湖相沉積石英礫石選礦提純?cè)囼?yàn)研究

尚德興,俞燕強(qiáng),吳建新

(蚌埠玻璃工業(yè)設(shè)計(jì)研究院,蚌埠 233018)

湖相沉積石英礫石選礦提純?cè)囼?yàn)研究

尚德興,俞燕強(qiáng),吳建新

(蚌埠玻璃工業(yè)設(shè)計(jì)研究院,蚌埠 233018)

該文在江西鄱陽(yáng)地區(qū)湖相沉積型石英礫巖進(jìn)行礦物分析的基礎(chǔ)上,通過(guò)磨礦、分級(jí)、重選、磁選、浸出等選礦方法進(jìn)行提純?cè)囼?yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明,經(jīng)“磨礦—分級(jí)—重選—磁選—浸出”工藝,獲得石英精砂,其組成如下: SiO2≥99.82%、Al2O3≤0.060%、Fe2O3≤0.003 0%、TiO2≤0.015%。

礫石; 重選; 磁選; 浸出

硅質(zhì)原料是自然界最為廣泛的重要礦產(chǎn)資源,其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于玻璃、陶瓷、水泥、鑄造、化工等領(lǐng)域。隨著高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的需要,硅質(zhì)原料因其耐高溫、熱膨脹系數(shù)小、高度絕緣、化學(xué)穩(wěn)定性好以及獨(dú)特的光學(xué)特性等特點(diǎn)使其更多應(yīng)用于太陽(yáng)能、電工電子、半導(dǎo)體、精密儀器、航空航天等高新技術(shù)行業(yè)。優(yōu)質(zhì)硅質(zhì)原料資源日趨匱乏與新技術(shù)領(lǐng)域?qū)Ω哔|(zhì)量石英砂的供需矛盾逐漸凸顯,對(duì)石英礦選礦進(jìn)行提純研究、加工和利用,對(duì)解決高質(zhì)量石英砂的需求具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

該文對(duì)江西鄱陽(yáng)地區(qū)湖相沉積型石英礫石進(jìn)行礦物分析研究,通過(guò)多種選礦組合工藝提純后獲得精制石英砂,其組成為:SiO2≥99.82%、Al2O3≤0.060%、Fe2O3≤0.003 0%、TiO2≤0.015%,改變了當(dāng)?shù)匾蚴⑸拌F含量較高只能用于普通浮法玻璃和建筑行業(yè)等傳統(tǒng)行業(yè)的局面。

1 試 驗(yàn)

1.1 原礦

原礦為江西鄱陽(yáng)地區(qū)10 mm以上的礫石,礫石呈棱角狀—次圓狀,大小不等,結(jié)構(gòu)致密,硬度較高。原礦經(jīng)破碎、篩分、混勻制備成粒度為-3 mm試樣進(jìn)行試驗(yàn),原礦化學(xué)分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 原礦化學(xué)分析結(jié)果 w/%

1.2 礦物成分分析

X射線衍射儀對(duì)原礦進(jìn)行分析,X射線衍射結(jié)果見(jiàn)圖1。礦物主要成分為石英,微量礦物有云母、電氣石、鋯石、金紅石、磁鐵礦、鈦鐵礦、赤鐵礦、石榴子石、綠簾石、綠泥石等。

體視顯微鏡觀察-3 mm和-0.5 mm礦樣,顯微鏡照片見(jiàn)圖2。顯微鏡下觀察:石英顆粒表面不潔凈,有明顯鐵質(zhì)浸染和粘土礦物,雜質(zhì)礦物與石英顆粒之間呈膠結(jié)狀且主要存在于石英顆粒表面和顆粒裂隙間,新鮮斷面呈無(wú)色透明,石英顆粒內(nèi)部潔凈透明,基本不含雜質(zhì)礦物。

1.3 試驗(yàn)方法與設(shè)備

1.3.1 磨礦

XMB-67型棒磨機(jī),磨礦濃度50%,磨礦條件經(jīng)優(yōu)化后確定為:裝棒量7.38 kg,磨礦時(shí)間7 min,-3 mm試樣磨礦后過(guò)0.5 mm篩。

1.3.2 分級(jí)

φ125 mm水力分級(jí)機(jī)分級(jí)。

1.3.3 重選

給礦濃度25%～30%,φ600斜面螺旋溜槽分段多道。

1.3.4 磁選

SSS-I型周期式高梯度磁選機(jī)。

1.3.5 浸出

特種擦洗機(jī)(自制),浸出劑BBY-1,液固比1∶1進(jìn)行浸出試驗(yàn)。

1.4 測(cè)試方法

中華人民共和國(guó)建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T1021.2-2007。

2 結(jié)果與討論

2.1 磨礦—分級(jí)

磨礦借助磨礦介質(zhì)與砂粒間的研磨、摩擦、剪切等作用力,使礦物粒度進(jìn)一步變小,同時(shí)有利于除去石英砂表面薄膜鐵、粘結(jié)及泥性雜質(zhì)礦物。通過(guò)分級(jí)可實(shí)現(xiàn)目的礦物和雜質(zhì)礦物分離,同時(shí)控制產(chǎn)品中細(xì)粒級(jí)含量。分級(jí)上升水量對(duì)分級(jí)效果的影響見(jiàn)表2。

表2 分級(jí)試驗(yàn)條件及結(jié)果

由表2結(jié)果可知:磨礦產(chǎn)品隨分級(jí)上升水量增大,精砂產(chǎn)率降低,細(xì)砂“跑粗”增加。經(jīng)分級(jí)作業(yè)后精砂中Fe2O3含量明顯下降,結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)要求(細(xì)粒級(jí)含量-0.1 mm＜5%),分級(jí)適宜上升水量為2 500 L/h。

2.2 重選

分級(jí)后的精砂中重礦物(鋯石、金紅石)和含鐵重礦物(磁鐵礦、鈦鐵礦、赤鐵礦)的存在影響精砂質(zhì)量。為降低相近粒度范圍內(nèi)分級(jí)沉砂中的重礦物,進(jìn)行重選試驗(yàn),重選試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3結(jié)果可知,重選次數(shù)增加,重選精砂中Fe2O3含量降低,經(jīng)過(guò)兩次重選后,精砂中Fe2O3含量變化不大,此時(shí)精砂中Fe2O3為0.014%,綜合考慮適宜選擇兩次重選。

表3 重選試驗(yàn)結(jié)果

2.3 磁選試驗(yàn)

為除去石英砂顆粒中磁鐵礦、赤褐鐵礦和破碎、磨礦過(guò)程混入的次生鐵,重選精砂進(jìn)行磁選試驗(yàn),磁選試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

由圖3結(jié)果可知,磁場(chǎng)強(qiáng)度提高,精砂中Fe2O3含量降低,磁場(chǎng)強(qiáng)度高于10 000×80 A/m,精砂Fe2O3含量無(wú)多大變化。故磁選場(chǎng)強(qiáng)選擇10 000× 80 A/m,此時(shí)磁選精砂SiO2含量為99.66%,Al2O3含量為0.071%,Fe2O3含量為0.055%。

2.4 浸出試驗(yàn)

浸出過(guò)程是復(fù)雜的多相反應(yīng)過(guò)程,分三階段:浸出劑向礦粒表面和裂隙中擴(kuò)散,試劑被礦粒表面吸附并進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),在礦粒表面形成的反應(yīng)產(chǎn)物溶解并向溶液內(nèi)部擴(kuò)散。影響浸出速率因素:浸出劑種類和濃度、浸出時(shí)間、浸出溫度。

2.4.1 浸出劑濃度

常規(guī)浸出劑硫酸、鹽酸、氫氟酸和硝酸的費(fèi)用較高,常溫浸出反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng),加溫浸出時(shí)酸容易揮發(fā),酸的用量增大,對(duì)設(shè)備的破壞和環(huán)境影響也較大,生產(chǎn)成本較高,后續(xù)洗滌也會(huì)影響浸出效果。該文采用浸出劑BBY-1,浸出溫度100℃,液固比1∶1,浸出時(shí)間45 min,浸出劑濃度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

由圖4可知,浸出可極大降低精砂中Fe2O3含量,浸出劑濃度越大,精砂中Fe2O3含量越低。浸出劑濃度的增大增加了單位體積內(nèi)活化分子數(shù)目,分子之間碰撞的機(jī)會(huì)增多,反應(yīng)速率加快,浸出率提高。考慮生產(chǎn)成本等因素,浸出劑濃度取25%,此時(shí)Fe2O3含量為53×10-6。

2.4.2 浸出時(shí)間

液固比1∶1,浸出劑濃度25%,浸出溫度100℃,浸出時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。

由圖5可知,浸出時(shí)間越長(zhǎng),反應(yīng)越充分,精砂中Fe2O3含量越低,浸出時(shí)間60 min時(shí),Fe2O3含量為30 ppm且趨于穩(wěn)定。綜合考慮,浸出時(shí)間為60 min。

2.4.3 浸出溫度試驗(yàn)

液固比1∶1,浸出劑濃度25%,浸出時(shí)間60 min,浸出溫度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖6。

由圖6可知,浸出溫度升高,分子運(yùn)動(dòng)越劇烈,反應(yīng)速率加快,反應(yīng)越充分,精砂中Fe2O3含量越低。浸出溫度為90℃時(shí),精砂中Fe2O3含量為30 ppm,并趨于穩(wěn)定。故浸出適宜溫度為90℃。

2.4.4 磨礦-分級(jí)-重選-磁選-浸出組合工藝試驗(yàn)結(jié)果

在液固比1∶1,浸出劑濃度25%,浸出時(shí)間60 min、浸出溫度90℃的條件下,對(duì)“磨礦-分級(jí)-重選-磁選”后精砂進(jìn)行浸出試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 磨礦-分級(jí)-重選-磁選-浸出組合工藝精砂結(jié)果

由表4可知,經(jīng)“磨礦-分級(jí)-重選-磁選-浸出”組合工藝后,精砂指標(biāo)SiO2含量達(dá)到99.82%,Fe2O3含量降低到0.003 0%。

3 結(jié) 論

a.磨礦、分級(jí)作業(yè)是控制產(chǎn)品粒級(jí)的有效手段,有助于石英和表面及裂隙間粘土礦物的有效分離,經(jīng)磨礦、分級(jí)后,Fe2O3含量明顯降低。

b.重選、磁選顯著降低了精砂中Fe2O3含量,精砂質(zhì)量有所提高。

c.浸出工藝對(duì)該礦Fe2O3含量降低極其有效,最佳的浸出條件為:液固比1∶1,浸出劑濃度25%,浸出溫度90℃,浸出時(shí)間60 min。

d.江西鄱陽(yáng)地區(qū)湖相沉積型石英礫石,通過(guò)“磨礦—分級(jí)—重選—磁選—浸出”工藝,獲得石英精砂SiO2含量達(dá)到99.82%,Fe2O3含量降低到0.003 0%,其余雜質(zhì)含量較低。

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Study on Lacustrine Deposits Quartz Gravel by Mineral Purification

SHANG De-xing,YU Yan-qiang,WU Jian-xin
(Bengbu Design&Research Institute for Glass Industry,Bengbu 233018,China)

Based on the analysis of the lacustrine deposits quartz gravel from Jiangxi Poyang area,purification was carried on by some methods such as grinding,hydraulic classification,gravity concentration,magnetic concentration, leaching and so on.It was shown that the quartz sand product containing SiO2≥99.82%,Al2O3≤0.060%,Fe2O3≤0.003 0%,TiO2≤0.015%can be obtained by combination of grinding,hydraulic classification,gravity concentration, magnetic concentration,leaching.

quartz gravel; gravity concentration; magnetic concentration; leaching

10.3963/j.issn.1674-6066.2014.06.017

2014-08-15.

尚德興(1986-),工程師.E-mail:shangdexing@126.com