CN108514951A - 一种利用铁尾矿作为原料生产玻璃用石英粉的方法 - Google Patents

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李绍元
张晓帆
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B02C17/00—Disintegrating by tumbling mills, i.e. mills having a container charged with the material to be disintegrated with or without special disintegrating members such as pebbles or balls
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03C1/00—Ingredients generally applicable to manufacture of glasses, glazes, or vitreous enamels
    • C03C1/02—Pretreated ingredients

Abstract

本发明公开了一种利用铁尾矿作为原料生产玻璃用石英粉的方法，通过两次磁选操作对铁尾矿进行降铁操作，然后依次进行水力旋流分级、筛分除杂、浮选、调质、捕收后经过反浮选工艺、强磁精选和酸洗得到一级石英粉半成品，并将此一级石英粉半成品作为中间原料进行整形球磨后添加二氧化硅品位大于96％的微粉硅胶作为改性剂进行两次干混后得到可用于生产玻璃的石英粉成品。本发明能有效利用低品位、高杂质含量的铁尾矿作为原料制备具有较佳流动性、分散性且不易在熔制过程发生团聚的石英粉作为玻璃原料，一方面能有效利用资源，而另一方面能有效将获得的石英粉应用于实际生产过程中。

Description

一种利用铁尾矿作为原料生产玻璃用石英粉的方法
技术领域
本发明涉及尾矿处理以及石英粉加工技术领域，具体涉及一种利用铁尾矿作为原料生产玻璃用石英粉的方法。
背景技术
石英粉，又称硅微粉，是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物，其主要矿物成分是SiO2，石英砂的颜色为乳白色、或无色半透明状，硬度7，性脆无解理，具有油脂光泽，其化学、热学和机械性能具有明显的异向性，不溶于酸，微溶于KOH溶液，熔点1650℃，其低等级成品可用于生产硅砂、石英耐火材料和烧制硅铁，而高等级成品则可以用于制造精密仪器的轴承、研磨材料、玻璃、陶瓷等产品。在现有技术中，石英粉的生产主要是通过开采出来的石英矿直接加工制成。而近年来，随着我国工业化、城镇化和现代化建设的推进，矿产资源需求将持续大幅度增加，矿产资源供需矛盾日益突出，环境压力也越来越大，从矿冶废物中进行再生资源的回收利用是也越来越得到国家政策支持和提倡。
在钢铁冶炼领域，由于受选矿技术和设备的限制或选矿工艺流程制约，造成选矿回收率低，致使大量有用组分留存在尾矿中，而铁与石英在自然界中存在的伴生关系，使得经过提铁生产之后的铁尾矿中SiO2含量一般都在60％以上；另外，传统技术对于铁尾矿的提纯处理过程中，通常也只是回收了其中的铁，若将铁尾矿中的铁进行回收，也必然会导致回收铁后的二次尾矿中含有更多的硅类物质，使得这些铁尾矿在传统工艺中基本上只会用于生产砖块或者其他建筑材料，产品附加值低，也导致了铁尾矿综合利用率低下的情况。基于上述原因，也有很多企业开发出在铁尾矿或者二次铁尾矿中提取和制备石英粉的工艺，这些工艺通常较为粗糙、加工成本高，且生产出来的石英粉成品虽能使用，但只考虑了品位和化学成分的指标，未考虑形貌、粉末细度的一致性和粉末的分散性等问题，导致粉末的堆密度、流动性和分散性容易出现问题，使得其在后期的实际工业应用中不如矿制石英粉。因而，若能提供一种新的工艺来将铁尾矿原料制成石英粉，并将石英粉的品质提高到矿制石英粉等级，即可提高铁尾矿制石英粉的应用范围，在创造经济价值的同时还能有效减少尾矿堆存对空间的占用以及石英原矿的开采对生态环境造成的破坏，因而具有相当重要社会意义和经济价值。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种利用铁尾矿作为原料生产玻璃用石英粉的方法，以解决上述技术背景中的缺陷。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种利用铁尾矿作为原料生产玻璃用石英粉的方法，具体包括以下操作步骤：
1)铁尾矿制粉：对作为原料的铁尾矿进行除杂，在除去其中的浮土和灰渣后制矿浆，并利用强磁选机对铁尾矿浆进行强磁粗选，然后将其中含石英含量较多的石英粗精矿依次进行水力旋流分级以及筛分除杂，将筛分除杂后的原料进行浮选，并加入调整剂以及捕收剂后，通过反浮选工艺得到石英精矿粉，然后将上述石英精矿粉脱水后制浆并进行强磁精选，然后将强磁精选的一次石英精矿进行酸洗浸出得到一级石英粉半成品。
2)石英粉整形：选取长筒型且带无铁污染内衬的整形球磨机作为整形设备，在整形球磨机中依次加入磨球以及步骤1)制得的一级石英粉半成品，其中，磨球采用直径2～20mm、且尺寸统一的氧化铝磨球或者氧化锆磨球，控制球磨机转速20～80转/分，球磨时间为2～3min，得到二级石英粉半成品。
3)石英粉改性：取步骤2)得到二级石英粉半成品，加入微粉硅胶作为表面改性剂，先取占质量比50％的石英粉与微粉硅胶干混10～60min，再将混合物加入到剩余的石英粉中进行混合，混合30～90min，混合完成后即得石英粉成品。
作为本发明的进一步限定，所述步骤1)中所述筛分除杂时，通过高频细筛与球磨机配成闭路循环，利用球磨机与高频细筛的协同作用将石英颗粒与杂质颗粒进行分离除杂。
作为本发明的进一步限定，所述步骤1)中强磁粗选所采用的磁场强度大于0.8T，而强磁精选的所采用的磁场强度大于强磁粗选所采用的磁场强度。
作为本发明的进一步限定，所述步骤1)中的酸洗浸出采用质量浓度为10～20％的HCl和质量浓度0.1～3％HF制成的混合酸作为酸浸液，其酸浸处理温度为20～80℃、酸浸浓度为40～60％。
作为本发明的进一步限定，所述步骤2)中磨球量的标准为磨球体积占整形球磨机工作腔容积的40～50％，且石英粉半成品原料加入后，磨球与石英粉半成品原料的中体积占整形球磨机工作腔容积的60～70％。
作为本发明的进一步限定，所述步骤3)中加入的微粉硅胶的二氧化硅品位大于96％，细度为1200～2000目，添加量在0.3～1.5％。
作为本发明的进一步限定，所述步骤3)的微粉硅胶在添加前需要先在150℃条件下干燥2h，且过30～40目筛后再进行添加。
作为本发明的进一步限定，所述步骤3)的混合步骤完成时，需要对混合物进行取样来测堆密度3～5次，直至堆密度数值间的误差小于5％即得混合完成后的石英粉成品，而若存在误差值较大，则延长混合时间。
作为本发明的进一步限定，所述步骤3)中的混合过程在螺旋混料机里进行，且混合完成后的混合物粉末的堆密度为1.2g/cm3以上，休止角为35°。
本发明通过两次磁选操作对铁尾矿进行降铁操作，并通过工艺优化提取石英，其提取的石英品级优于传统工艺，同时，其酸洗后的石英粉通过整形球磨时，采用了长筒型和带无铁污染内衬的磨机，转速较慢，磨球较小，侧重于整形，区别于常规磨机。对磨矿条件进行了严格限定，从而对粉末的微观形貌和一致性进行了着重处理，使堆密度和休止角接近要求。
而经过整形后的石英粉虽然堆密度和休止角参数较好，但是分散性和流动性都有一定改善，但都不够好，在玻璃的熔制过程中容易造成混料不均匀，团聚严重，气泡较多，影响玻璃的质量，因而需要进行表面改性处理，本发明采用二氧化硅品位大于96％的微粉硅胶作为改性剂，其同时还兼备抗结剂和分散剂作用，可以改善粉末的流动性和分散性，保证石英粉在熔化前是分散的状态。又可以做助流剂，改善玻璃原料在混合时和熔制时给料时的流动性，使其在熔制过程中不容易发生团聚，因而，制取玻璃时能获得更佳的工艺效果。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例一：
在本实施例中选取经过一次回收铁操作的二次铁尾矿作为原料，在操作前首先对作为原料的铁尾矿进行除杂，除去其中的浮土和灰渣，然后，将除杂后的铁尾矿加水将调制成质量浓度16％的铁尾矿浆，然后将铁尾矿浆加入强磁选机设定磁场强度为1T进行强磁粗选，经过强磁选机处理后的矿料被分成两堆，其中一堆为含铁量较多的铁粗精矿，而另一堆为石英含量较多的石英粗精矿。
取石英粗精矿通过水力旋流器进行分级脱泥，在脱掉细泥后得到沉沙料，将上述沉沙料送长筒型磨机，并将高频细筛与球磨机组成闭路循环，利用球磨机与高频细筛的协同作用将石英颗粒与杂质颗粒进行分离；将高频细筛筛下矿浆浓缩制成质量浓度40％的铁尾矿浆后给入浮选机中进行浮选，并采用反浮选工艺除去杂质，然后在除杂后的矿浆中加入调整剂，调整矿浆的整体pH值至2，再加入捕收剂，经一次粗选和三次扫选的反浮选工艺得到SiO2品位99.3％，Fe2O3含量为0.18％的石英精矿粉。
再将石英精矿粉进行脱水处理后再次加水调成质量浓度20％的矿浆后送入强磁选机进行强磁精选，设定磁场强度为1.2T来除去在工艺过程中所带入的及前面强磁未选净的铁杂质，然后往除杂后的浆料中加入HCl和HF的混合酸，控制混合酸中HCl的质量浓度为19％，而HF的质量浓度为2％，在32℃，酸浸浓度60％的条件下搅拌浸出得到SiO2品位99.82％，Fe2O3含量小于0.02％的一级石英粉半成品。
将直径10～12mm的氧化铝磨球加入带耐磨陶瓷内衬的长筒型整形球磨机进行球磨整形，其加入量为整形球磨机工作腔容积的42％，然后加入一级石英粉半成品，控制一级石英粉半成品与磨球的总体积占整形球磨机工作腔容积的62％，控制球磨机转速80转/分，球磨2min，得到二级石英粉半成品，备用。
取二级石英粉半成品总量质量比50％的上述二级石英粉半成品与占二级石英粉半成品总量1％的品位大于96％，细度为1200目的微粉硅胶，投入螺旋混料机里进行干混30min，然后将另外50wt％的二级石英粉半成品加入再次混合60min，混合完成后，对混合物进行取样来测堆密度5次，直至堆密度数值间的误差小于5％，得到石英粉成品。该石英粉成品堆密度为1.5g/cm3，休止角为35°。
实施例二：
在本实施例中选取炼铁后产生的一次铁尾矿作为原料，在操作前首先对作为原料的铁尾矿进行除杂，除去其中的浮土和灰渣，然后，将除杂后的铁尾矿加水将调制成质量浓度12％的铁尾矿浆，然后将铁尾矿浆加入强磁选机设定磁场强度为0.9T进行强磁粗选，经过强磁选机处理后的矿料被分成两堆，其中一堆为含铁量较多的铁粗精矿，而另一堆为石英含量较多的石英粗精矿。
取石英粗精矿通过水力旋流器进行分级脱泥，在脱掉细泥后得到沉沙料，将上述沉沙料送长筒型磨机，并将高频细筛与球磨机组成闭路循环，利用球磨机与高频细筛的协同作用将石英颗粒与杂质颗粒进行分离；将高频细筛筛下矿浆浓缩制成质量浓度32％的铁尾矿浆后给入浮选机中进行浮选，并采用反浮选工艺除去杂质，然后在除杂后的矿浆中加入调整剂，调整矿浆的整体pH值至2.4，再加入捕收剂，经一次粗选和三次扫选的反浮选工艺得到SiO2品位99％，Fe2O3含量0.19％的石英精矿粉。
再将石英精矿粉进行脱水处理后再次加水调成质量浓度16％的矿浆后送入强磁选机进行强磁精选，设定磁场强度为1.1T来除去在工艺过程中所带入的及前面强磁未选净的铁杂质，然后往除杂后的浆料中加入HCl和HF的混合酸，控制混合酸中HCl的质量浓度为17％，而HF的质量浓度为1.6％，在60℃，酸浸浓度55％的条件下搅拌浸出得到SiO2品位为99.71％，Fe2O3含量0.027％的一级石英粉半成品。
将直径10～12mm的氧化铝磨球加入带耐磨陶瓷内衬的长筒型整形球磨机进行球磨整形，其加入量为整形球磨机工作腔容积的45％，然后加入一级石英粉半成品，控制一级石英粉半成品与磨球的总体积占整形球磨机工作腔容积的65％，控制球磨机转速60转/分，球磨3min，得到二级石英粉半成品，备用。
取占二级石英粉半成品总量的品位大于96％，细度为1100目的微粉硅胶作为改性剂，在150℃条件下干燥2h，然后过30目筛，取筛下物与占总量质量比50％的上述二级石英粉半成品混合，投入螺旋混料机里进行干混60min，然后将另外50wt％的二级石英粉半成品加入再次混合80min，混合完成后，对混合物进行取样来测堆密度5次，直至堆密度数值间的误差小于5％时得到石英粉成品。该石英粉成品堆密度为1.35g/cm3，休止角为35°。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种利用铁尾矿作为原料生产玻璃用石英粉的方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
1)铁尾矿制粉：对作为原料的铁尾矿进行除杂，在除去其中的浮土和灰渣后制矿浆，并利用强磁选机对铁尾矿浆进行强磁粗选，然后将其中含石英含量较多的石英粗精矿依次进行水力旋流分级以及筛分除杂，将筛分除杂后的原料进行浮选，并加入调整剂以及捕收剂后，通过反浮选工艺得到石英精矿粉，然后将上述石英精矿粉脱水后制浆并进行强磁精选，然后将强磁精选的一次石英精矿进行酸洗浸出得到一级石英粉半成品；
2)石英粉整形：选取长筒型且带无铁污染内衬的整形球磨机作为整形设备，在整形球磨机中依次加入磨球以及步骤1)制得的一级石英粉半成品，其中，磨球采用直径2～20mm、且尺寸统一的氧化铝磨球或者氧化锆磨球，控制球磨机转速20～80转/分，球磨时间为2～3min，得到二级石英粉半成品；
3)石英粉改性：取步骤2)得到二级石英粉半成品，加入微粉硅胶作为表面改性剂，先取占质量比50％的石英粉与微粉硅胶干混10～60min，再将混合物加入到剩余的石英粉中进行混合，混合30～90min，混合完成后即得石英粉成品。
2.根据权利要求1所述的利用铁尾矿作为原料生产玻璃用石英粉的方法，其特征在于，所述步骤1)中所述筛分除杂时，通过高频细筛与球磨机配成闭路循环，利用球磨机与高频细筛的协同作用将石英颗粒与杂质颗粒进行分离除杂。
3.根据权利要求1所述的利用铁尾矿作为原料生产玻璃用石英粉的方法，其特征在于，所述步骤1)中强磁粗选所采用的磁场强度大于0.8T。
4.根据权利要求1或3中所述的利用铁尾矿作为原料生产玻璃用石英粉的方法，其特征在于，所述步骤1)中强磁精选的所采用的磁场强度大于强磁粗选所采用的磁场强度。
5.根据权利要求1所述的利用铁尾矿作为原料生产玻璃用石英粉的方法，其特征在于，所述步骤1)中的酸洗浸出采用质量浓度为10～20％的HCl和质量浓度0.1～3％HF制成的混合酸作为酸浸液，其酸浸处理温度为20～80℃、酸浸浓度为40～60％。
6.根据权利要求1所述的利用铁尾矿作为原料生产玻璃用石英粉的方法，其特征在于，所述步骤2)中磨球的量的标准为磨球体积占整形球磨机工作腔容积的40～50％，且石英粉半成品原料加入后，磨球与石英粉半成品原料的中体积占整形球磨机工作腔容积的60～70％。
7.根据权利要求1所述的利用铁尾矿作为原料生产玻璃用石英粉的方法，其特征在于，所述步骤3)中加入的微粉硅胶的二氧化硅品位大于96％，细度为1200～2000目，添加量在0.3～1.5％。
8.根据权利要求1所述的利用铁尾矿作为原料生产玻璃用石英粉的方法，其特征在于，所述步骤3)的微粉硅胶在添加前需要先在150℃条件下干燥2h，且过30～40目筛。
9.根据权利要求1所述的利用铁尾矿作为原料生产玻璃用石英粉的方法，其特征在于，所述步骤3)的混合步骤完成时，需要对混合物进行取样来测堆密度3～5次，直至堆密度数值间的误差小于5％即得混合完成后的石英粉成品，而若存在误差值较大，则延长混合时间。
10.根据权利要求1所述的利用铁尾矿作为原料生产玻璃用石英粉的方法，其特征在于，所述步骤3)中的混合过程在螺旋混料机里进行，且混合完成后的石英粉成品的堆密度为1.2g/cm3以上，休止角为35°。
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