本溪思山嶺石英巖提純試驗研究

崔少文 蔡曉慶 徐銀全 董家奇 董 振

（建龍重工集團本溪龍新礦業有限公司）

石英是一種物理和化學性質十分穩定，性能優異，且用途廣泛的礦產資源［1］。通常，根據石英內部雜質和氣液包裹體的含量來決定石英的純度及用途；根據應用范圍可將石英產品區分為普通石英砂、精制石英砂、高純石英砂、熔融石英砂和硅微粉5類。普通石英砂可應用于玻璃、陶瓷、鑄造、化工、冶金、造紙等領域，是工業生產、制造的重要原材料。隨著光纖及半導體工業地飛速發展，優質石英資源日趨枯竭［2-3］。合理開發并充分利用現有石英砂資源已成為當下石英產業的研究重點［4］。遼寧本溪思山嶺礦區經勘探發現大量SiO2品位為96.502%的石英礦，預估資源儲量5～7 億t。現對該礦石進行初步石英提純試驗和工藝探索研究，探尋適宜的工藝流程及分選條件，對遼寧本溪思山嶺地區石英資源的高效開發、利用具有重要的指導意義。

1 試驗原料及設備

1.1 礦石性質

試驗用礦樣為遼寧本溪思山嶺石英礦，礦石為具有光澤的灰白色塊狀，表面覆有一層紅褐色表皮。原礦多元素化學分析結果見表1，巖礦鏡下鑒定分析結果見圖1。

由表1 及圖1 可知，該礦石屬變質石英巖，結構構造較為簡單，主要由石英、少量粒度較細的白云母及泥質礦物等雜質組成，其中石英表現為粒狀變晶結構，集合體為致密塊狀構造，少量泥質礦物分布在石英裂隙之中，部分白云母礦物被石英包裹。金屬礦物主要為少量黃鐵礦、褐鐵礦和磁鐵礦，呈他形粒狀結構和星散狀構造分布在石英裂隙中。礦石中主要組成礦物SiO2品位為95.60%，主要雜質Al2O3、ZnO、Fe2O3、TiO2含量分別為0.345%,0.229%,0.113%,0.033 8%，其中TiO2、Fe2O3含量偏高。

1.2 原礦粒度篩析及粒級多元素分析

將原礦破碎至-0.71 mm，采用網格縮分法取樣1 kg，使用試驗室標準網格篩進行篩析，產品篩析及多元素分析結果見圖2、圖3。

由圖2、圖3 可見，該石英礦物硬度較高，雜質嵌布粒度較細。-0.71+0.105 mm 粒級產率為77.86%，-0.105 mm 粒級累積產率為22.14%，細粒級含量較少。-0.71+0.105 mm 粒級SiO2品位在96.2%以上，高于-0.105 mm 粒級SiO2品位。隨著粒級的降低，各粒級中Fe2O3、TiO2、Al2O3品位升高，-0.44mm粒級礦物中Fe2O3、TiO2、Al2O3品位分別為0.545%，0.052%，0.802%，遠高于-0.71+0.105 mm 粒級礦物中的各組分含量。此現象說明，該石英礦物中，雜質主要富集在細粒端，富集在粗粒端的雜質含量相對較少，造成這種現象的主要原因是礦石表面存在氧化膜且礦物中含有部分鐵氧化物、長石礦物，破碎過程中，在機械力的作用下，礦物顆粒受應力作用被擠壓粉碎，此時礦物顆粒表面相互摩擦，由于氧化膜及長石等雜質的硬度小于石英，相較于石英更易被粉碎，在同等粉碎條件下，礦物中的雜質更易形成細粒級產物。因此，細粒級礦物中雜質富集較多。

1.3 試驗設備及試劑

試驗主要儀器及設備為PE-150X250 試驗室顎式破碎機、QH2PG-90X100 對輥破碎機、SGB-0307濕式強磁板式磁選機、LHGC500AFT 立環高梯度磁選機、HTDZ-150 電磁漿料高梯度磁選機、XFD-0.5L試驗室單槽浮選機，主要試驗藥劑有黃藥、HT-3、HT-8 等。

2 試驗結果與討論

考慮到提純后石英后續產品的銷售及應用問題，將石英原礦破碎至-0.71+0.105 mm、-0.105 mm 兩個粒級進行試驗［5］。根據礦石性質可知，影響該石英礦提純的主要雜質為含鐵氧化物，且其主要富集在細粒端。鐵在石英中的賦存狀態不同，其被除去的難易程度也不同，磁選是降低開采加工過程中混入的機械鐵以及石英砂中Fe2O3最有效的選礦方法，是石英砂選礦工藝流程中必不可少的環節［6-7］。由于石英、長石的礦物性質相近，簡單的物理方法很難將其分離開來，因此石英中長石、云母等雜質的分離則需要依靠浮選法［8-10］。故該石英礦的提純采用磁選—浮選聯合工藝流程。

2.1 磁選磁場強度條件試驗

采用SGB-0307 濕式強磁板式磁選機，對-0.71 mm 粒級的石英原礦在磁場強度為1.1 T 的條件下進行粗選除鐵試驗，試驗結果見表2。采用LHGC-100F周期式立環高梯度磁選機，在選別條件不變的情況下，對濕式強磁板式磁選粗精礦進行磁場強度試驗，結果見圖4。

由圖4 可見，在試驗條件范圍內，隨著背景磁場強度的增加，分選產品中SiO2含量先增加后降低，Fe2O3含量先降低后增加；在背景磁場強度為1.2，1.4 T 時，石英品位能達到99%以上；在背景磁場強度為1.2 T 時選別效果最好，SiO2含量最高為99.173%，Fe2O3含量最低為0.041%，造成這種現象的主要原因是，隨著磁場強度的不斷增加，設備介質盒中所產生的磁性越強，吸附的弱磁性礦物越多，當吸附的礦量達到介質盒所能承受的極限后，再給入的礦物很難被吸附，未被吸附的礦物會隨漿料進入石英精礦中，影響石英精礦品質。

2.2 分選流程初步探索試驗

將原礦破碎至-0.71 mm，使用篩孔尺寸0.105 mm 篩進行粗細分級，得到-0.71+0.105 mm 粒級的粗粒端礦樣及-0.105 mm 的細粒端礦樣，對各礦樣分別進行石英提純分選試驗。

（1）粗粒端石英礦物流程試驗。采用SGB-0307濕式強磁板式磁選機在磁場強度1.1 T 的條件下，對-0.71+0.105 mm 粒級石英礦物進行分選試驗。分選獲得的石英粗精礦給入LHGC-500AFT 高梯度立環磁選機，在背景磁場強度為1.4 T 的條件下進行兩段分選，所得石英精礦為粗粒端流程試驗的最終石英精礦。試驗流程見圖5，各作業試驗數據見表3，多元素分析結果見表4。

由表4可知，強磁板式磁選機能夠初步去除石英砂中少量的強磁性礦物，兩段立環高梯度磁選機能夠除去共計7.59%的磁性礦物。磁選能降低礦物中0.049%的鐵含量以及0.02%的Al2O3。通過該流程分選，最終能得到-0.71+0.105 mm 粒級SiO2含量99.08%、Fe2O3含量0.032%、TiO2含量0.012%、Al2O3含量0.156%的石英精礦。

（2）細粒端石英礦物流程試驗。采用SGB-0307濕式強磁板式磁選機在磁場強度1.1 T 的條件下，對-0.105 mm 粒級石英礦物進行分選，分選獲得的石英粗精礦給入LHGC-500AFT 高梯度立環磁選機分選，背景磁場強度為1.4 T，立環磁選所得石英精礦給入HTDZ-150電磁漿料高梯度磁選機進行分選，背景磁場強度為1.7 T，電磁漿料磁選所得石英精礦進行石英—長石浮選分離試驗，浮選所得為-0.105 mm 粒級的最終石英精礦。試驗的主要目的為除去-0.105 mm 粒級石英礦物中的磁性礦物，分離出長石，達到提升石英品質的目的。試驗流程見圖6，各作業試驗數據及多元素檢測結果見表5、表6。

由表6 可知，通過磁選能初步去除石英砂中的磁性礦物，浮選能進一步提純石英，降低礦物中的雜質含量。磁選能分離出23.87%的磁性礦物雜質，浮選能分離出22.92%的非磁性礦物雜質，其中電磁漿料磁選分選出的磁性礦物中夾雜石英較多。按照該流程，磁選后能得到SiO2含量98.916%、Fe2O3含量0.101%、TiO2含量0.013%、Al2O3含量0.331%的-0.105 mm 粒級石英精礦，此時礦物中雜質含量偏高，不能達到合格工業品位。對-0.105 mm 粒級磁選石英精礦進行石英—長石浮選分離后，能得到 產 率53.21%，SiO2含 量99.48%、Fe2O3含 量0.021%、TiO2含量0.006 2%、Al2O3含量0.071%的石英精礦，該石英精礦為-0.105 mm 粒級石英砂最終產品。

2.3 全流程試驗

依據上述試驗結果，該石英礦石可采用粗細分級—磁浮聯合工藝進行選別，試驗流程見圖7，結果見表7。

由表7 可知，在原礦SiO2品位95.60%時，應用該流程可獲得SiO2品位分別為99.08%、99.48%的兩種石英精礦，滿足工業石英礦選別指標要求［10］。

3 結論

（1）本溪思山嶺石英巖礦石屬變質石英巖，結構簡單，主要組成礦物SiO2品位為95.60%，主要雜質為Al2O3、ZnO、Fe2O3、TiO2，其中TiO2、Fe2O3含量偏高。采用粗細分級—磁浮聯合工藝對該礦物進行分選提純，最終能獲得-0.71+0.105 mm 粒級SiO2品位為99.08%以及-0.105 mm 粒級SiO2品位為99.48%的石英精礦。

（2）石英提純效果隨著礦物細度的降低而提高。粗細分級—磁浮聯合工藝能夠提前對礦物進行分級，根據需求拋雜，依據產品定位分選出最適宜的石英產品，實現產品的多元化，經濟效益顯著。同時，減輕單一流程處理量，提高處理能力及分選效率，對降能增效具有一定的作用，并可有效解決脈石礦物嵌布粒度細、分布不均勻導致的選別困難的問題。

（3）針對該石英礦中脈石礦物嵌布粒度細、分布不均勻的問題，應結合礦石的實際性質及試驗結果，加強最終產品類別的精準定位，開發結構合理的工藝流程，最大限度地實現有用礦物地回收利用，實現資源的高效利用。