偉晶巖型尾礦提純制備高純石英粉的工藝研究

張研研,張前程,張愛琳,周 璐,陳 祺,王 月

(1.渤海大學 新能源學院， 遼寧 錦州 121000； 2.太和區農業機械化學校， 遼寧 錦州 121000)

石英是自然界中最為常見、應用十分廣泛的非金屬礦物資源之一。目前，石英的應用已經不僅局限于對原料純度要求不高的玻璃制品、建筑材料等傳統領域，而是更多地被應用到高新技術領域，如光纖通訊電子材料、半導體用硅材料等，這些領域對石英的純度要求很高[1-6]。

高純度石英的來源一般是自然界的石英砂或硅石[7-8]。謝貞付等[8]對湖南某地煅燒石英砂礦樣(純度在99.97%以上)采用“浮選-酸浸”的工藝流程制備出了SiO2質量分數為99.993 6%、鐵雜質質量分數為62.9×10-6的高純石英砂。本研究發現:河北承德某低品位偉晶巖型鉀長石砂礦經系列選礦工藝后，尾礦中SiO2含量很高，故對尾礦提純制備高純石英粉，以避免礦物資源浪費。本文采用“磨礦-強磁選-酸浸-煅燒-水淬-二次酸浸”的提純工藝，制備出了SiO2質量分數達99.992 8%、鐵雜質質量分數為9.6×10-6的高純石英粉，這對資源綜合利用有著一定的意義。

1 試驗方法

1.1 礦石的物質組成

河北承德某低品位偉晶巖型鉀長石砂礦，經磁選、浮選等選礦工藝后，得到鉀長石精礦，發現其尾礦中SiO2質量分數高達97.52%，故對尾礦提純制備高純石英粉。礦石的主要化學成分如表1所示。

表1 石英尾礦主要化學成分

成分SiO2TFeCaOMgOAl2O3K2ONa2OTiO2P2O5燒失量質量分數/%97.520 00.251 80.246 70.141 50.075 30.076 30.054 40.000 40.002 51.630 7

1.2 提純工藝的確定

對尾礦利用X射線衍射儀進行礦物組成分析，如圖1所示，發現尾礦基石英砂中仍可檢測到鉀長石的存在，但因含量極少，利用浮選法脫除困難[9-10]，故選用化學方法，其提純工藝如圖2所示。

圖1 尾礦基石英粉XRD

圖2 尾礦基高純石英粉提純工藝

2 試驗結果及分析

2.1 深度磨礦

尾礦中的石英砂主導粒度為為50～100 μm。石英微粒中包裹著雜質元素，通過磨礦使石英解離，雜質充分暴露。試驗使用立式行星球磨機，采用瑪瑙球為研磨介質進行干法磨礦。磨礦后對所得的石英粉體利用實驗室標準篩400目(38 μm)進行濕法篩分。磨礦2.0 h可得石英粉體中-38 μm質量分數為82.50%，繼續增加磨礦時間，其-38 μm含量增幅很小。

2.2 濕法強磁選

采用濕法強磁選工藝，去除石英粉中的磁性物質，并減少后續酸浸工藝的耗酸量。利用LGS-EX立式感應濕式強磁選機，通過調節激磁電流，使磁選試驗在1.3 T(31.26 A)磁場強度下進行。對磁選后的石英粉體進行數碼顯微觀察，其500倍下的數碼顯微照片如圖3所示。從圖3中可看出：石英粉體中鮮見染色雜質，即強磁選有效去除了石英粉中的磁性雜質。照片中成肉紅色者為粒度約20 μm的微細粒鉀長石，可利用酸法浸出進一步去除。

2.3 初次酸浸

第1次酸浸主要是為了進一步去除鐵雜質。分別稱取200 g石英尾礦，用去離子水水洗后加入相同濃度、不同種類的酸溶液，使酸液與石英粉的液固質量比為 6∶1，置于50 ℃水浴鍋中酸浸6 h，攪拌浸出，所得結果如表2所示。從表2中可以看出：選用15%混合酸(鹽酸和草酸1∶1)效果最佳。

圖3 強磁選后的石英粉體數碼顯微照片

表2 不同種酸除鐵的試驗結果

2.4 煅燒及二次酸浸

將先前提純得到的石英粉經過濾、鹽酸酸洗、高純水沖洗及干燥后，在箱式高溫爐中煅燒2 h。對石英粉進行煅燒然后迅速放入冷卻水中進行水淬，使石英基體與雜質交界處爆裂，這樣雜質完全暴露，對其進行二次酸浸后，可進一步去除微細粒長石及其他雜質。圖4為煅燒溫度對石英砂中SiO2和雜質含量的影響。

由圖4可看出：煅燒溫度為750～900 ℃時，石英粉體中的SiO2含量增加明顯，除磷雜質以外鐵、鈣、鎂等雜質含量明顯降低，而在煅燒溫度從900 ℃升到1 050 ℃的過程中，SiO2及雜質含量變化較小。煅燒溫度升到1 100 ℃時，除磷雜質以外的其他雜質含量明顯減少。產生上述現象是因為石英晶型一般在900 ℃附近開始轉變[11-12]，此時石英晶體體積發生膨脹，從而使雜質進一步暴露，有利于去除雜質。煅燒溫度升至1 100 ℃時，此種重構式晶型轉變完成，此時雜質去除效果最好，再升高溫度已沒有意義，故煅燒溫度選擇 1 100 ℃最佳。

圖4 煅燒溫度對SiO2和雜質含量的影響

將一定量的石英粉在1 100 ℃時煅燒2 h，經水淬后在50 ℃的恒溫水浴鍋中加入液固比為3∶1、濃度為10%的不同酸液，二次酸浸6 h。酸液種類對除雜效果的影響如表3所示。

由表3可明顯看出，按1∶9配成的10%的氫氟酸和鹽酸混合酸溶液對石英粉體的除雜效果最好，此時SiO2質量分數為99.9928%，鐵雜質質量分數為9.6×10-6,其他雜質含量也降低明顯，已達到高純石英粉的要求。

表3 不同酸液的除雜效果

3 結束語

高純石英粉是一種比較重要的非金屬礦資源，用途非常廣泛。本文針對河北承德某低品位偉晶巖型鉀長石礦物提純后的石英尾礦，采用“磨礦-強磁選-酸浸-煅燒-水淬-二次酸浸”的提純工藝，制備出了SiO2質量分數為99.992 8%、鐵雜質質量分數為9.6×10-6、Al雜質質量分數為4.1×10-6的高純石英粉，這對資源綜合利用和避免尾礦資源的浪費有著一定的意義。