硅石选矿提纯工艺研究现状,26-30

前言：作为高纯石英粉生产原料的天然高品级水晶日趋匮乏,研究用硅石矿物替代天然水晶生产高纯石英原料迫在眉睫。 本文综述了国内外硅石矿物原料替代天然水晶生产高纯石英砂的研究现状;系统总结了擦洗、磁选、浮选、酸浸的常规方法和非常规方法以及去除包裹体的选矿提纯工艺的研究和进展;提出了我国硅石矿物选矿提纯工艺研究的发展方向和制约其发展速度的主要因素。 但由于这些特种石英原料 对质量的要求很高 , 通常需求含量大于 99. 9 % , 甚 至 99. 99 % ,而允许的杂质含量非常低。 只有高品 级天然一 、 二级水晶能达到要求。 而天然水晶资源 日趋枯竭 ,特别是高品级天然水晶资源更是稀缺 ,并 且在世界各地分布极不平衡 ,95 %的水晶集中在巴 西和马达加斯加 , 使得除此以外的国家都在努力寻 找替代品。 目前解决水晶替代原料有三种途径 1 ( 1) 人造水晶 ; ( 2 ) 溶胶 - 凝胶及四氧化硅气相沉 淀法等人工合成 ; ( 3 ) 用天然硅石加工提纯后代替 水晶。 由于人造水晶和人工合成法产量低 、 能耗大 、 成本高 ,故大规模生产有较大的困难。

用自然界大 量存在的硅石 ( 包括石英岩 、 石英砂岩 、 脉石英为主 要矿物的岩石) ,经提纯后来制备高纯或超高纯石英 原料 ,具有来源广泛 ,生产成本低 ,批量大等优点 ,是 代替天然水晶的最为有效的途径。 江苏连云港地区目前处于用水晶作原料制取 超纯石英砂的国内水平 , 但是大量的工业化生 产 ,矿物组织的均匀性和内在品质的化学含量的不 稳定。 只适合于中 、 低档石英玻璃 , 高纯 、 低羟基石 英原料的技术难关还未攻克 ,我国大口径石英管 、 高 质量石英棒和石英锭以及光通信使用的石英玻璃仍 需要大量进口。

研究现状

北京矿冶研究总院作为我国最早的研究机构 , 代表了我国在该领域的水平 , 但是国外水 平还有一定差距。 该院从矿物成矿机理 、 矿物特性 入手 ,特别是在浮选提纯技术等方面进行了较为深 入的研究。

国外早在 20 世纪 70 年代开始研究利用石英 砂制备高纯石英砂的技术。

氧化硅的纯度目前正在由 99. 999 2 %向 99. 999 4 % 的方向发展。 但由于水晶在我国的储量有限 ,价格昂贵 ,质地不均 匀 ,有些矿物杂质和工艺过程中的混杂物质不可能Ξ 收稿日期 2007 - 07 - 19) 作者简介 刘国库 (1982 — ,男 ,在读硕士研究生 ,主要从事矿物加工工程方面的研究。

第 6 期 刘国库等 硅石选矿提纯工艺研究现状27璃原料 ,以满足光学 、 光纤套管 、 电子工业用高档石 3 英玻璃生产的需要。 但 CO 、 2 等气体极难从 CO 固体或熔体中排出 ,造成熔制产品缺陷 6。 2 硅石杂质赋存状态硅石除了主要矿物石英外 , 通常伴有长石 、 云 母、 粘土和铁质等杂质矿物。 制备的高纯和超高纯 石英原料 ,是除了二氧化硅外其它都是杂质 ,其中主 要的有害杂质是含铁和含铝杂质 , 所以硅质原料提 纯方法和工艺流程的进步和改进也主要体现在对含 铁杂质和含铝杂质的有效脱除上。 铁在硅石中常以以下几种形式存在 4 以微细 粒状态赋存在粘土 ,或者高岭土化的长石中 ; 以氧化 铁薄膜形式附着在石英颗粒的表面 ; 含在重矿物和 铁矿物等颗粒中 ; 在石英颗粒内部呈浸染或透镜状 态或以固溶态存在于石英晶体内部。

此外 , 加工过 程中也会混入一定量的机械铁。 含铝杂质主要来自长石 、 云母和粘土矿物 ,还有 3+ 4+ Al 替代 Si 存在于石英晶格中。 这种异价类质 同象的替换 ,常造成碱金属阳离子进入结构空隙 ,以 保持电子的平衡 ,形成结构杂质。

此外 ,硅石中普遍存有流体包裹体 , 按其成因可 分原生包裹体、 假次生包裹体、 次生包裹体三类5 原生包裹体是先于主矿物或与主矿物同时形成 的包裹体 ,其特点是包裹体生成后不发生空间上的 移动。 原生包裹体占据主矿物结晶构造位置上 , 均 匀分布于晶体中。

假次生包裹体是在主矿物结晶过程中 , 由于应 力和构造作用 ,使已结晶的矿物发生破碎和裂开 ,在 这些裂隙中 ,成矿溶液又重新进入而产生重结晶时 形成的包裹体。

假次生包裹体外端终止于晶体内的一个生长 面 ,并存在着明显的排列面。

次生包裹体是形成于主矿物结晶基本完成之后 任何过程的包裹体 ,晶体形成后 ,因受外界作用力的 影响而破裂 ,产生裂隙 ,这时在环境中活动的含矿溶 液有可能渗入晶体内成为包裹体。 次生包裹体一 般在后期构造愈合的位置上 ,常沿裂隙分布 ,且几组 包裹体可以相交 ,形状较为复杂。 流体体积很小 ,一般直径在微米右左 ,粉碎石英 矿时 ,次生包裹体容易被机械破裂 , 但原生包裹 体 ,很难破裂消除 ,即使用高温滚烧也只能将表面 局部气体包裹体炸裂 , 不足以改变内部微小气泡状 态 1。 流体包裹体中的小分子气体可以通过高温3 选矿提纯工艺根据硅石矿物原料的杂质和包裹体的赋存状 态 ,在选矿提纯工艺主要分擦洗 - 磁选 - 浮选 - 酸 浸等工艺流程 ,随着选矿工艺研究的不断深入 ,又引 进了电选和生物选矿等。 3. 1 擦 洗擦洗是借助机械力和砂粒间的磨剥力来除去石 英砂表面的薄膜铁 、 粘结及泥性杂质矿物的选矿方 法 ,它可以进一步擦碎未成单体的矿物集合体 ,再经 分级作业对泥质性杂质矿物进行有效脱除。 该工艺 一般作为硅石矿物原料入选前的预处理工艺。 目前 ,主要有机械擦洗 、 棒磨擦洗和加药高效强 力擦洗和超声波擦洗等方法。

硅石选矿提纯

机械擦洗 , 一般认为影响擦洗效果的因素主要 是来自擦洗机的结构特点和配置形式 , 其次为工艺 因素 ,包括擦洗时间和擦洗浓度。 研究表明 ,砂矿擦 洗浓度在 50 %～60 %之间效果 ; 擦洗时间原则 上以初步达到产品质量要求为基准。 棒磨擦洗 ,影响擦洗效果主要因素为矿浆浓度、 擦洗时间、 加棒量及棒配比。

选矿提纯工艺

由于棒磨机的磨矿介质 是线性接触的 ,因此 ,棒磨过程具有选择性、 产品的粒 度较为均匀、 过粉碎现象较轻。 采用此工艺 ,一方面 强化了擦洗效果 ,另一方面可以改变原砂的粒度组 成 ,为石英砂进一步的分选提供了矿物学基础7。 加药高效强力擦洗 , 加药的目的是增大杂质矿 物和石英颗粒表面的电斥力 , 增强杂质矿物与石英 颗粒相互间的分离效果。 牛福生 8 在对云南某地 石英砂矿采用加药高效强力擦洗 , 得到 Fe2 O3 含量0. 1 %以下 , SiO2 含量也大于 99 %的很好的擦洗提纯效果。

超声波擦洗 9 主要是去除颗粒表面的次生铁 薄膜 ( 即 “薄膜铁” FeOO H)。