CN102189037B - 石英砂除杂工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种石英砂物理除杂工艺。本发明充分考虑了石英矿物与共存的杂质矿物之间的物理和化学性质差异，避免了石英矿石杂质解析工艺中不利于高纯石英砂生产的工序，采用纯物理的方法，有效去除石英砂中的杂质矿物。天然产出的石英矿石，经过杂质解析工艺获得粒径合格的原料石英砂，原料石英砂再经过选矿除杂工艺就获得石英砂产品，该产品中已经完全去除了单独存在的所有杂质矿物，以及绝大部分与石英连生的杂质矿物，为高纯石英砂生产的后续工序提供合格原料。
Description
技术领域
本发明涉及一种石英砂物理除杂工艺。
背景技术
高纯石英砂是生产光纤通讯、电子工业、半导体、太阳能、激光及航空航天等高新技术领域用高品质石英玻璃的唯一原料，目前国际公认的高纯石英砂元素杂质标准，是以美国尤尼明（UNIMIN）公司生产的高纯石英砂为标准，其IOTA-CG等级为最低端产品，金属元素杂质总量22ppm±，即1吨石英砂中杂质元素的含量要小于22克才达到高纯石英砂标准。高纯石英砂是以天然产出的石英矿石为原料生产的，在石英矿石中含有大量的杂质矿物，主要是云母类矿物和长石类矿物，高纯石英砂生产中，首先就是要去除石英砂中几乎所有的杂质矿物，为此，科技工作者进行了大量努力。
杨忠伦等申请的CN1156689高效去除石英砂中含铁杂质的方法，是利用盐酸和硝酸的混合酸液，在一定条件下，对石英砂进行去铁反应，可使石英砂含铁量明显降低。
李红申请的CN1295040石英砂除铁新方法，是利用浓盐酸与干石英砂混合，达到对石英砂除铁的目的。
余光锐申请的CN1394696石英砂选矿工艺，是通过对石英砂进行脱泥、擦洗、分级后制成成品石英砂。
刘少云申请的CN1569631石英砂和石英粉的制备与提纯工艺及其产品，其石英砂的制备与提纯工艺包括石英原矿→粗选→破碎→水选→焙烧→水淬→草酸或柠檬酸浸→干磨或湿磨→高梯磁磁选→分级→浮选→去离子水洗→特种干燥→真空包装。
贵研铂业股份有限公司申请的CN101733192A一种用物理法提纯石英砂矿的方法，是将石英砂矿经破碎、擦洗、分级后，进行重选、脱泥、烘干，获得石英砂产品。
广宝来特种石英（凤阳）科技有限公司申请的CN101628258一种石英砂浮选工艺，是将石英砂在调浆桶中进行pH调节以及与浮选药剂反应后，再进入浮选机中浮选，去除石英砂中相关杂质。
上述发明专利，虽然都是针对石英砂除杂的，但有的是专门针对石英砂中的铁质，进行化学除铁；有的只对石英砂进行简单的破碎、擦洗、分级，获得普通窗玻璃用石英原料；有的只针对石英砂物理除杂的某一工序（如浮选）进行；还有的在生产工艺中采取了焙烧、水淬等工序，采取这样的工艺基本没有考虑石英矿石及其共生矿物的特性，不利于后续的高纯石英砂生产，只能作为一般的高品质石英砂使用。因此，还没有专门以生产高纯石英砂为目的，而进行的石英砂中杂质矿物的去除研发。
石英矿石是由石英与大量杂质矿物构成的块状集合体，要去除这些杂质矿物，就必须使这些杂质矿物与石英分离，成为单体，常用的方式就是使用破碎和粉碎设备，将石英矿石粉碎成石英砂，再从石英砂中去除杂质矿物。由于石英矿石硬度大，在破碎、粉碎阶段，设备的磨损比较严重，因此国内很多石英砂厂都采用焙烧、水淬方法，使石英矿石热胀冷缩后结构疏松，降低在制砂过程中设备的磨损程度。但此种方式因为石英矿物与长石、云母等矿物共生时，会出现所谓的低共熔现象，混合体系的初始熔融温度可降至700oC左右，而目前对石英矿石的焙烧温度一般在900oC 左右，这样经焙烧后的矿石已经产生了部分熔融，熔融形成的玻璃质就会很牢固的覆盖在石英表面，很难去除，由于这些玻璃质中含有大量的金属元素杂质，从而为高纯石英砂的生产带来很难解决的问题。
发明内容
本发明涉及一种石英砂物理除杂工艺，为高纯石英砂生产的后续工序提供粒径和杂质含量均达到要求的原料。
本发明采用的技术方案是：按以下工艺步骤进行：以下步骤均采用湿法进行；
1）破碎：将原料石英矿破碎至20-40mm的小块体；
2）粉碎：将1）步骤得到的石英块粉碎，获得粒径达到使用要求的石英砂备用；；
3）一级磁选：将2)步骤得到的石英砂进行一级磁选，其磁场强度100~600mT；
4）溜槽分选：将3)步骤得到的石英砂沿溜槽面旋转、下滑，利用重力和离心力进行不同比重物料的分离；
5）一级浮选：在弱酸性环境下往石英砂浆内加入起泡剂，起泡反应5-15min后，将物料吸入至浮选机，浮选出云母类矿物；
6）二级浮选，在5）下，在弱碱性环境下往石英砂浆内加入捕收剂，反应5-15min后，将物料吸入至浮选机，浮选出长石类矿物；
7）二级磁选：其磁场强度大于15000高斯。
5）步骤中，其PH值4-6，起泡剂为增加云母类矿物疏水性的混合试剂。
6）步骤中，其PH值8-10，捕收剂为增加长石类矿物疏水性的混合试剂。
本发明的优点是：本发明充分考虑了石英矿物与共存的杂质矿物之间的物理和化学性质差异，避免了石英矿石杂质解析工艺中不利于高纯石英砂生产的工序，采用纯物理的方法，有效去除石英砂中的杂质矿物。天然产出的石英矿石，经过杂质解析工艺获得粒径合格的原料石英砂，原料石英砂再经过选矿除杂工艺就获得石英砂产品，该产品中已经完全去除了单独存在的所有杂质矿物，以及绝大部分与石英连生的杂质矿物，为高纯石英砂生产的后续工序提供合格原料。
附图说明
图1为本发明的逻辑图。
具体实施方式
实施例一
本发明包括杂质解析工艺和选矿除杂工艺两部分。
所述杂质解析工艺是将石英矿石直接经破碎、粉碎和分级工序，使杂质矿物与石英分离，在石英砂中主要呈单体出现，获得粒径符合要求的原料石英砂。作为优选方案，粉碎和分级工序均采用湿法工艺。
所述选矿除杂工艺是将经杂质解析工艺获得的原料石英砂，通过磁选、溜槽分选和浮选工序，去除石英砂中的矿物杂质，获得粒径和杂质含量均符合要求的石英砂产品，为高纯石英砂生产的后续工序提供原料。
作为优选方案，所述磁选工序采用二级磁选，一级磁选采用永磁磁选机磁选，二级磁选采用高梯度磁选机磁选，以去除石英砂中含铁的磁性矿物。
所述溜槽分选是利用溜槽设备将石英砂中比重大的重矿物杂质去除。
作为优选方案，浮选工序也采用二级浮选，一级浮选从石英砂中浮选出云母类矿物，二级浮选从石英砂中浮选出长石类矿物。
下面对各步骤进行详细的说明：
申请人首先使用颚式破碎设备将天然产出的石英矿石破碎成小块体，然后采用粉碎设备将小块体石英矿石粉碎成石英砂。作为优选方案，本发明采用棒磨机对小块体石英矿石进行湿法粉碎，一是消除粉碎过程中产生的粉尘，二是使石英颗粒之间相互摩擦，促使石英表面附着的杂质如铁的氧化物和氢氧化物等与石英颗粒分离。
为了获得粒径符合要求的石英砂，申请人采用筛分的方法控制石英砂的粒径范围。作为优选方案，采用湿法筛分方法，并使用两层振动筛，上层筛控制石英砂的最大粒径，筛上粗颗粒返回到棒磨机中重新粉碎；下层筛控制石英砂的最小粒径，筛下细颗粒作为普通窗玻璃的原料；两层筛之间的石英砂是粒径符合要求的石英砂。作为另一个优选方案，湿法筛分可以消除扬尘，同时还将石英矿石中的粘土类矿物去除。
石英矿石经过杂质解析工艺后，获得了粒径符合要求的石英砂，而且其中的杂质矿物基本上都呈单体出现，为选矿除杂工艺提供原料石英砂。
由于破碎及粉碎工序均采用铁质设备，特别是粉碎工序的棒磨机中采用铁棒作为粉碎介质，因此在原料石英砂中除原矿石中的杂质矿物外，又增加了设备磨损形成的铁屑，申请人利用永磁磁选机（一级磁选）将原料石英砂中的铁屑、磁铁矿等强磁性物质去除，作为优选方案，一级磁选的永磁磁选机采用湿法磁选。
对于原料石英砂中含有的极少量副矿物（又称重矿物，如锆石），它们没有磁性，比重大于石英，申请人采用溜槽分选设备来去除重矿物，当原料石英砂浆体沿着溜槽面旋转、下滑时，各种矿物根据各自的比重不同，在重力和离心力的双重作用下发生分离，矿物比重相差越大，分离程度越高；另外，矿物形态对溜槽分选也有一定影响，片状矿物很容易与粒状矿物分离。因此，在利用溜槽分选设备对原料石英砂浆体进行分选时，在产品收集区，至少可以将石英砂浆体分为三部分：粒状重矿物区、粒状石英砂区以及片状矿物和轻矿物区，这样在利用溜槽分选设备去除石英砂中重矿物的同时，还可以去除部分片状的云母类矿物。
由于石英砂中云母类矿物种类较多，单纯利用溜槽分选设备不可能去除干净，此外，石英砂中还含有一定量的粒状、比重与石英差不多的长石类矿物，申请人采用浮选工序来去除这些杂质矿物。作为优选方案，本发明采用二级浮选工序来分别去除石英砂中的云母类矿物和长石类矿物。一级浮选是在弱酸性环境下，用起泡剂从石英砂浆体中浮选出云母类矿物以及云母与石英的连生体；二级浮选是在弱碱性环境下，用捕收剂从石英砂浆体中浮选出长石类矿物以及长石与石英的连生体。
作为另一个优选方案，一级浮选使用2个调浆桶、1台浮选机，当第1个调浆桶中装满石英砂浆、进行pH调节、加入起泡剂后，使用第2个调浆桶承接溜槽分选下来的石英砂浆，2个调浆桶交替使用，确保生产连续进行；在第1个调浆桶中石英砂浆与起泡剂反应5~15min后，将石英砂浆吸入浮选机，浮选出云母类矿物。二级浮选使用1个调浆桶、1台浮选机，调浆桶承接一级浮选的产品，经调节pH（调节为弱碱性）、加入捕收剂后，反应5~15min，吸入浮选机浮选出长石类矿物。
经过一级磁选、溜槽分选以及二级浮选的石英砂，还含有少量的弱磁性矿物（如角闪石、辉石等）以及磁性矿物与石英的连生体（如磁铁矿与石英的连生体），申请人采用高梯度磁选机来去除这些磁性物质。作为优选方案，二级磁选使用的高梯度磁选机采用湿法磁选，高梯度磁选机的磁场强度大于15000高斯。
实施例2
采用与实施例1相同的原料，除将石英砂浆体不进行溜槽分选外，利用与实施例1相同的工艺、方法和设备，获得石英砂产品，对石英砂取样进行杂质元素分析，结果见表1。
实施例3
采用与实施例1相同的原料，除将石英砂浆体不进行一级浮选外，利用与实施例1相同的工艺、方法和设备，获得石英砂产品，对石英砂取样进行杂质元素分析，结果见表1。
实施例4
采用与实施例1相同的原料，除将石英砂浆体不进行二级浮选外，利用与实施例1相同的工艺、方法和设备，获得石英砂产品，对石英砂取样进行杂质元素分析，结果见表1。
实施例5
采用与实施例1相同的原料，除将石英砂浆体不进行二级磁选外，利用与实施例1相同的工艺、方法和设备，获得石英砂产品，对石英砂取样进行杂质元素分析，结果见表1。
表1 （单位：ppm；标注的除外）
Claims (1)
1.石英砂除杂工艺，其特征在于，按以下工艺步骤进行：以下步骤均采用湿法进行；
1）破碎：将原料石英矿破碎至20-40mm的小块体；
2）粉碎：将1）步骤得到的石英块粉碎，获得粒径达到使用要求的石英砂备用；
3）一级磁选：将2)步骤得到的石英砂进行一级磁选，其磁场强度100~600mT；
4）溜槽分选：将3)步骤得到的石英砂沿溜槽面旋转、下滑，得到粒状重矿物区、粒状石英砂区以及片状矿物和轻矿物区；
5）一级浮选：4）步骤中的粒状石英砂在弱酸性环境下往石英砂浆内加入起泡剂，起泡反应5-15min后，将物料吸入至浮选机，浮选出云母类矿物，此步骤中使用2个调浆桶、1台浮选机，当第1个调浆桶中装满石英砂浆、进行pH调节、加入起泡剂后，使用第2个调浆桶承接溜槽分选下来的石英砂浆，2个调浆桶交替使用，确保生产连续进行；
6）二级浮选，在弱碱性环境下往石英砂浆内加入捕收剂，反应5-15min后，将物料吸入至浮选机，浮选出长石类矿物，此步骤中选使用1个调浆桶、1台浮选机，调浆桶承接一级浮选的产品；
7）二级磁选：其磁场强度大于15000高斯。
2.根据权利要求1所述的石英砂除杂工艺，其特征在于，5）步骤中，其PH值4-6。
3.根据权利要求1所述的石英砂除杂工艺，其特征在于，6）步骤中，其PH值8-10。
4.根据权利要求1所述的石英砂除杂工艺，其特征在于，5）步骤中，起泡剂为增加云母类矿物疏水性的混合试剂。
5.根据权利要求1所述的石英砂除杂工艺，其特征在于，6）步骤中，捕收剂为增加长石类矿物疏水性的混合试剂。
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