CN101695680A - 高纯石英砂生产中的热碱自磨除杂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高纯石英砂生产中的热碱自磨除杂方法，属于石英砂生产技术领域。该方法的步骤为：破碎石英矿石，块度达到10厘米以下或者粒度0.5mm以下；将破碎后的10厘米以下的石英碎块均匀输入自磨机(粒度0.5mm以下的石英砂投入擦洗机)，同时按液固体积比0.5∶1至2∶1的比例加入浓度为0.1％-2％的NaOH或者Na2CO3溶液；在温度为40-100℃(最好为90±5℃)的条件下，启动自磨机或者擦洗机，使石英矿石相互自磨，剥离矿石表面的杂质；将自磨或者擦洗后的石英用清水或者纯净水清洗，直至清洗后物料的pH值达到中性。采用本发明可以保证产品质量，并且显著提高了资源利用率和生产效率，大幅度减少整个生产过程的污染排放，降低废水处理成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种石英砂生产中的除杂方法，尤其是一种高纯石英砂生产中的热碱自磨除杂方法，属于石英砂生产技术领域。
背景技术
高纯石英砂是石英玻璃的唯一原料，广泛应用于太阳能、电子、半导体、高级电光源、通信、热工仪表、实验室仪器、光学、化工、国防军事、冶金、电气等尖端科技和新兴工业领域。
生产高纯石英砂的原料矿石一般为品位高的工业水晶以及原生或次生脉石英。通常矿石表面和裂隙中附着的薄膜状泥质和铁质污染物，是加工过程中首先需要进行清除的杂质。
传统的去杂方法是先将矿石破碎成5厘米左右的块状，人工分拣出质量较好的部分，碎矿和污染比较严重的部分则丢弃掉。下一步将矿石放在由硫酸、硝酸、盐酸、氢氟酸配成的复合酸液中浸泡。再经过煅烧、破碎、筛分、浮选、酸浸泡、清洗、烘干、磁选等加工。两次或多次酸浸泡，在夏天气温较高时每次浸泡数天，冬天则需要浸泡更长时间。这种工艺不仅生产效率低、劳动强度和危险性大，而且严重浪费原料、污染环境。
申请号为200610038120.6的中国发明专利公开过一种石英砾石分选及矿物解离提纯工艺，该工艺首先将高纯度的脉石英砾石从混杂的砾石中分选出来，再经过破碎、筛分、自磨、煅烧水碎、发泡漂浮法、酸碱处理和超声波清洗，生产出SiO2含量达到99.98％以上的石英砂；其中，A、根据肉眼容易识别的矿物学判别标志或者超声波探测识别配合手工或机械分拣，将高纯度的脉石英砾石从混杂的砾石中挑选出来；B、将挑选出来的高纯度脉石英砾石破碎至5公分以下，用5毫米孔径的筛机进行筛分，5毫米筛下物废弃；C、将粒径5毫米到5公分的石英碎块置入自磨机中自磨10-12小时，脱除石英砾石表面常见的泥、铁杂质；D、将自磨洗净后的石英碎块置入电炉中，在900-1200℃下煅烧3-4小时，取出后迅速投入10倍以上的冷水中水淬，冷却烘干后用石英对辊机粉碎至80目以下；E、将粉碎后的石英砂在浮选槽中进行浮选，所用捕搜剂选用适用于中性至偏碱性介质条件下的MD系列两性捕搜剂；F、将经过浮选处理后的石英砂用混合酸酸法处理；G、酸处理后的石英砂用碱法处理；H、在水槽中以纯净水为介质，用超声波清洗机对石英砂反复清洗。
实践表明，以上现有技术存在如下问题：1)加工初期依赖人工手选，质量控制无法稳定，且生产效率低下；2)自破碎后至自磨前必须将5毫米筛下物废弃，两次分选丢弃的比例可达30-50％，造成资源的严重浪费；3)传统的酸浸泡用酸量大，浸泡时间长，且需要在塑料箱内人工搅拌，危险性大，环境污染严重。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种在保证产品质量稳定前提下，资源利用率高、并且有利于环境保护的高纯石英砂生产中的热碱自磨除杂方法。
为了达到以上目的，本发明的高纯石英砂生产中的热碱自磨除杂方法包括以下步骤：
第一步、粗碎：将石英矿石破碎达块度小于10厘米；
第二步、浸泡：将破碎后的石英输入自磨机，同时按液固体积比0.5∶1至2∶1的比例加入浓度为0.1％-2％的NaOH或者Na2CO3溶液；
第三步、剥离：在温度为40-100℃(最好为90±5℃)的条件下，启动自磨机，使石英矿石相互自磨，剥离矿石表面的杂质；
第四步、清洗：将自磨后的石英矿石用洁净水(清水或者纯净水)清洗，直至清洗液的PH值达到中性，筛分得所需石英石产品转后处理工序。
以上过程中，在加热状态下使矿石先后相互自磨与擦洗，可以有效剥离矿石表面的杂质，而热碱液对石英的轻度溶蚀起到强力洗涤剂的作用，可以有效提高净化效果，保证产品质量。而以“热碱自磨除杂”取代了复合酸浸泡，减小了有害排放，缓解了对环境的压力，尤其是，石英的后期加工不可避免要排出一定量的废酸，而本发明排出的废碱液正好可以用于与后期加工产生的废酸液中和，因此能够显著减少整个生产过程的污染排放，降低废水处理成本。
本发明进一步的完善是，所述后处理工序包括以下步骤：
第五步、煅烧：将清洗后的石英矿石在950-1050℃温度下煅烧20-30分钟；
第六步、精碎：冷却后，将石英矿石再次破碎成粒度小于0.5mm的石英砂；
第七步、浮选：将精碎后的石英砂投入浮选机，用反浮选法分离出杂质矿物；
第八步、擦洗：将浮选后的石英砂投入擦洗机，同时按液固体积比0.5∶1至2∶1的比例加入浓度为0.1％-2％的NaOH或者Na2CO3溶液，在温度为40-100℃(最好为90±5℃)的条件下，启动擦洗机，使石英砂相互摩擦，进一步剥离表面的杂质；
第九步、漂洗：将擦洗后的石英砂用洁净水(清水或者纯净水)漂洗，直至漂洗液的PH值达到中性；
第十步、将漂洗后的石英砂烘干后，经磁选机分选(磁场强度最好在1.5T以上)精矿包装(尾矿通常丢弃处理)，得高纯石英砂产品。
上述后处理的擦洗步骤采用了与前处理第二、三步类同的碱液浸泡去杂，不仅可以进一步借助热碱液对石英砂的轻度溶蚀起到强力洗涤剂的作用，有效提高净化效果，缓解了对环境的压力；而且由于本发明摒弃了传统的人工分拣，因此显著提高了资源利用率和生产效率，排除了人为因素的影响，有助于保持产品质量稳定。前后两次碱浸泡去杂还方便了生产管理，排出的废碱液量与石英后期加工排出的废酸量恰巧基本匹配，中和时基本无需添加调节成分，因此能够大幅度减少整个生产过程的污染排放，进一步降低废水处理成本。
具体实施方式
实施例1
本实施例以安徽省潜山县产出的热液型脉石英为原料，按以下程序加工：
1、粗碎：启动鄂式破碎机，将原料石英矿石破碎至6公分以下。
2、浸泡：将粗碎后的石英矿石通过给料机均匀输入自磨机，同时按照液固体积比1∶1的稳定流量输入预先配制好的1％浓度的NaOH溶液。
3、剥离：将带有电加热的卧式自磨机预热，至安装在出料口内侧上方的探头温度达到90℃。以此处测量的空气温度为参照系，设定电加热系统的控制温度为90℃。(实验表明，加热温度需要控制在40℃以上。温度越高，去垢除铁的效果越好；但温度超过100℃碱液会产生汽化，能耗大，并且增加环境污染，因此将温度控制在90℃左右最为合适。)启动自磨机，使石英矿石相互自磨，剥离矿石表面的杂质；注意调节自磨机的转速和进料速度，保持热电偶的显示温度稳定在电加热系统设定的的控制温度90℃附近。
4、清洗：将出料接入安装2毫米孔径筛网的圆桶式筛分机。调节筛分机中心轴管中喷射出的清水水量，以保证清洗后物料的PH值达到中性；得所需石英石产品转后处理工序。筛分出的2毫米以下的细粒泥砂作为尾矿丢弃。自磨机及筛分机排出的废碱液经沉淀池沉淀后接入工厂的污水处理系统，用来中和高纯石英砂生产后期排出的废酸液。
本实施例采用的低浓度NaOH或者Na2CO3溶液在加热状态下均与SiO2产生轻微化学反应，产生可溶于水的NaSiO3溶胶，该反应过程在石英颗粒表面产生轻度溶蚀，象削果皮一样去除表面杂质。NaSiO3溶胶容易被彻底清洗，不形成二次污染。实践证明，采用本实施例后得到的碎矿洁净清亮，SiO2含量由原矿的99.5％提高到99.95％以上，主要金属元素杂质Al和Fe分别从原矿的100ppm和60ppm以上下降到50ppm和15ppm以下，质量及生产效益明显优于传统的酸浸泡工艺(参见下表)。
总之，本实施例的“热碱自磨除杂技术”以物理方法，配合2％左右低浓度碱液，在加热状态下通过设备转动形成的矿石相互自磨，剥离矿石的表面杂质，同时热碱液对石英的轻度溶蚀起到强力洗涤剂的作用，净化效果显著，可实现机械化连续作业。将其应用于生产中，碎矿及污染较重的矿石无须丢弃，不但大幅度提高了生产效率、产品收率和产品质量，而且将本阶段排出的废碱液与后期加工产生的废酸液进行中和，能够大幅度减少污染排放。
实施例2
本实施例以从巴西进口的工业水晶为原料，按以下程序加工：
1、启动鄂式破碎机，将原料矿石破碎至3公分以下。
2、将经过粗破后的石英矿石通过给料机均匀输入自磨机，同时按照液固体积比0.5∶1的稳定流量输入预先配制好的0.5％浓度的NaOH溶液。
3、将带有电加热的卧式自磨机预热，至安装在出料口内侧上方的探头温度达到80℃。以此处测量的空气温度为参照系，设定电加热系统的控制温度为80℃。启动自磨机，使石英矿石相互自磨，剥离矿石表面的杂质.调节自磨机的转速和进料速度，保持热电偶的显示温度稳定在电加热系统设定的的控制温度80℃附近。
4、将出料接入安装1.5毫米孔径筛网的圆桶式筛分机。调节筛分机中心轴管中喷射出的清水水量，以保证清洗后物料的PH值达到中性。筛分出的1.5毫米以下的细粒泥砂作为尾矿处理。筛分得所需石英产品转后处理工序。
上述自磨机及筛分机排出的废碱液经沉淀池沉淀后接入工厂的污水处理系统，用来中和高纯石英砂生产后期排出的废酸液。检验统计表面，本实施例中SiO2含量由原矿的99.90％提高到99.98％以上，主要金属元素杂质Al和Fe分别从原矿的80ppm和30ppm以上下降到50ppm和10ppm以下，质量及生产效益明显优于传统的酸浸泡工艺(参见下表)。
之后将经过以上加工的石英石再经过煅烧、破碎、筛分、浮选等后处理，得到高纯石英砂产品。具体为：
5、将矿石在950-1050℃温度下煅烧20分钟以上。
6、待冷却后，用锤式或者对辊破碎机将矿石破碎、筛分至0.5mm以下，得到石英砂。
7、将石英砂投入浮选机用反浮选法分离出杂质矿物，得到精砂。在石英砂浮选后的清洗残留药剂阶段，由于采用本实施例的工艺代替传统的大量热纯水反复清洗(一般需要用水20倍以上)，能够提高生产效率、提高清洗质量，并且可以节约用水一半以上。
8、将浮选后的精砂投入立式单槽擦洗机，按照液固体积比0.5∶1的比例浓度0.2％的比例加入化学纯或者分析纯NaOH，温度控制在50℃以上，再按照启动擦洗机擦洗5分钟后，使石英砂相互摩擦，进一步剥离表面的杂质。最好重复擦洗2至3遍。
9、加入纯净水清洗残留的碱液，直至检查溶液PH值达到中性后，再加入纯净水清洗两遍。
10、将漂洗后的石英砂烘干，经磁场强度最好在1.5T以上的磁选机分选，尾矿丢弃，包装得高纯石英砂产品。
本实施例在高纯石英砂生产的后处理阶段也以碱代替传统的酸浸泡，尤其是以碱溶蚀替代传统的氢氟酸溶蚀，因此能够显著减轻环境污染。而排出的废碱液接入工厂的污水处理系统，正好可以全部用来中和高纯石英砂生产后期排出的废酸液。
总之，本实施例工艺简单，设备制造成本低，机械化程度高，可根据矿石质量和对半成品质量要求的变化灵活调节工艺参数，加工质量稳定可靠，有助于保证产品质量不仅大幅度提高了生产效率和产品质量，同时也显著减轻环境压力。
Claims (5)
1.一种高纯石英砂生产中的热碱自磨除杂方法，包括以下步骤：
第一步、粗碎：将石英矿石破碎达块度小于10厘米；
第二步、浸泡：将破碎后的石英输入自磨机，同时按液固体积比0.5∶1至2∶1的比例加入浓度为0.1％-2％的NaOH或者Na2CO3溶液；
第三步、剥离：在温度为40-100℃的条件下，启动自磨机，使石英矿石相互自磨，剥离矿石表面的杂质；
第四步、清洗：将自磨后的石英矿石用洁净水清洗，直至清洗液的PH值达到中性，筛分得所需石英产品转后处理工序。
2.根据权利要求1所述高纯石英砂生产中的热碱自磨除杂方法，其特征在于：所述后处理工序包括：
第五步、煅烧：将清洗后的石英矿石在950-1050℃温度下煅烧20-30分钟；
第六步、精碎：冷却后，将石英矿石再次破碎成粒度小于0.5mm的石英砂；
第七步、浮选：将精碎后的石英砂投入浮选机，用反浮选法分离出杂质矿物；
第八步、擦洗：将浮选后的石英砂投入擦洗机，同时按液固体积比0.5∶1至2∶1的比例加入浓度为0.1％-2％的NaOH或者Na2CO3溶液，在温度为40-100℃的条件下，启动擦洗机，使石英砂相互摩擦，进一步剥离表面的杂质；
第九步、漂洗：将擦洗后的石英砂用洁净水漂洗，直至漂洗液的PH值达到中性；
第十步、将漂洗后的石英砂烘干后，经磁选机分选，精矿包装，得所需石英砂产品。
3.根据权利要求1或2所述高纯石英砂生产中的热碱自磨除杂方法，其特征在于：所述第四步中，采用安装2毫米孔径筛网的圆桶式筛分机筛分。
4.根据权利要求2所述高纯石英砂生产中的热碱自磨除杂方法，其特征在于：所述第三步和第八步的温度控制在90±5℃。
5.根据权利要求4所述高纯石英砂生产中的热碱自磨除杂方法，其特征在于：所述第八步重复2至3次。
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