青海某脈石英礦選礦提純試驗研究

李成福，馬進海，魏有寧，祁昌煒，張世龍，李玉龍，趙明福

（1.青海省地質調查局，青海 西寧 810000；2.中國建筑材料工業地質勘查中心青海總隊，青海 西寧 810000；3.青海省有色地質礦產勘查局七隊，青海 西寧 810001）

石英是一種物理和化學性質均十分穩定的礦產資源[1-2]，其用途也相當廣泛，主要用于玻璃、鑄造、陶瓷及耐火材料、冶金、建筑、化工、塑料、橡膠、磨料、航空航天等領域[3-4]。尤其是高純石英砂SiO2含量在99.95%以上或者更高的，由于所具有的獨特的物理、化學特性，廣泛應用于大規模集成電路、太陽能電池、光纖、激光、航天、軍事等領域中[5]。由于這些領域關系到國家的長遠發展，是一個國家高新技術可持續發展的必要條件，因此高純石英砂的戰略地位非常重要[6]。最初超高純石英砂是由一、二級水晶加工而成，隨著一、二級水晶資源的逐步枯竭[7-8]，利用各種分選提純的手段從石英礦中分離出高純度的石英砂成為當前的研究重點和難點。

本文以脈石英礦石工藝礦物學特征和選礦試驗研究為基礎，確定合理的選礦工藝流程，獲得實際生產中的技術參數條件及產品性質特征。

1 礦石性質

試驗中使用的礦石樣品取自青海，屬熱液成因的脈石英。樣品為中粒石英脈巖，呈乳白色，中粒粒狀結構，塊狀構造，巖石質純，致密堅硬，主要礦物為石英，局部可見少量長石，表面有褐黃色風化物(見圖1)。

通過對原礦礦石進行分析，主要礦物成分為石英，有少量的云母等雜質礦物，石英中含有較多的包裹體，粒度多＜5μm(見圖2)。原礦中SiO2含量為99.04%，Al元素含量最高，高達0.103 5%。原礦主要化學成分分析結果見表1。

圖1 脈石英礦石樣品

由表1可知，礦石主要化學組成為SiO2，其次是Fe2O3、Al2O3、CaO和K2O，其他化學元素含量較低。原礦中的主要雜質為Fe2O3和Al2O3，因此石英選礦提純試驗主要是去除含鐵和含鋁雜質。

圖2 樣品鏡下包裹體

表1 原礦主要化學成分分析結果(%)

2 選礦試驗

礦石中SiO2含量高，且只含少量云母、鐵質礦物及其他礦物雜質。故選取了煅燒→水淬→破碎→粉碎(拋尾)→磁選→浮選→酸浸→洗滌→脫水干燥的工藝，在進行了多次工藝探索之后，形成如圖3所示的提純工藝流程。

2.1 煅燒—水淬

先將大塊石英巖原料破碎成拳頭小塊放加熱爐里加熱至800℃左右保溫半小時。然后，將燒紅的石英放進冷水池內進行水淬處理風干或烘干。烘干后的石英已經十分松脆，可以利用顎式破碎機和圓盤磨把它破碎成后續粉碎機所需粒度大小。

圖3 提純工藝試驗流程

2.2 破碎—粉碎

采用瑪瑙研缽進行人工手磨、篩分至6 0～160mm，供制備高純石英砂使用。將樣品分級為-60～+80mm，-80～+100mm和-100～+160mm三組，分別標記為Q-60，Q-80，Q-100。三組樣品的選礦條件相同，不同粒級的產品可作對比參照。

2.3 磁選

由于破碎會給石英礦帶來一部分次生鐵，另外礦石本身也含有一些鐵雜質。因此磨礦后，接著進行了磁選以除去這部分鐵雜質。將樣品盡量鋪平，如散在玻璃平面上，用強力磁鐵進行除雜，每次吸附的磁性礦物用薄片刮下[9-10]。

2.4 浮選

將磁選過的石英砂和浮選藥劑加入浮選機(XFD-0.5型單槽浮選機)，用硫酸作調節劑，調節浮選液pH值=3～4，浮選調漿濃度25%～30%，添加捕獲劑進行調漿，調漿時間5min，葉輪轉速2 130r/min，刮板轉速15r/min。其中捕獲劑為十八胺，用量為150g/t[11]。

2.5 酸浸

用水、濃鹽酸、氫氟酸比例為5∶3∶2，酸液與石英砂的重量比例為3∶1，在60℃攪拌下酸浸0.5～1h[12]。

2.6 洗滌與干燥保存

用pH值=2～3的稀鹽酸洗去殘留在石英表面的酸浸液，最后用超純水清洗至洗液無Cl-(用AgNO3溶液檢驗)。在105℃烘箱中保溫3h，然后裝入樣品袋中，密閉保存。

3 試驗結果與討論

3.1 磁選

將磁選后的樣品標記為QC-60，QC-80，QC-100，測試并分析Fe等雜質元素含量變化。磁選后SiO2含量及雜質變化見表2。

表2 磁選后樣品中SiO2含量和特征雜質變化

由表2可見，通過煅燒—水淬、磁選工藝處理后的不同粒級的石英砂樣品的Al、Fe等特征雜質元素均有明顯下降，Al由〉1 000×10-6下降至(300～500)×10-6，Fe也下降至200×10-6以內。

3.2 浮選

將浮選后的樣品標記為QF-60，QF-80，QF-100，測試并分析Fe等雜質元素含量變化。浮選后SiO2含量及雜質變化見表3。

表3 浮選后樣品中SiO2含量和特征雜質變化

經過浮選處理后，Fe、Ca均有明顯下降，可見通過以上的浮選工藝對Fe和Ca的去除效果較明顯，且粒級較粗的QF-60樣品的Ca含量已經低于儀器檢出限，但是對于Al的去除效果不佳，可見該浮選條件下沒有達到對Al元素的有效去除，在工業試驗中可采用改進的浮選工藝達到更好的去除Al元素的效果。

3.3 酸浸

將酸浸后的樣品標記為QS-60，QS-80，QS-100，測試并分析Fe等特征雜質元素含量變化。酸浸后SiO2含量及雜質變化見表4。

表4 酸浸后樣品中SiO2含量和特征雜質變化

由表4可知，通過酸浸各粒級石英砂樣品中的Al、Fe等雜質元素均有較好的去除效果，Fe最低可降至6.82×10-6，Ca、K均降低至低于檢出限。

3.4 實驗室提純產品研究

表5 實驗室提純產品與原礦雜質元素含量(×10-6)及SiO2(%)分析結果對比

經過選礦提純試驗后，通過原子發射光譜測試手段對提純的最終產品進行分析(見表5)，認為經以上提純工藝制得的高純石英砂除個別肉眼可見灰色外，其余均為潔白色；由于提純工藝中將樣品磨細過篩至(60～160)mm，故其粒度范圍為(60～160)mm。

根據提純后得到產品的相關數據，參照相關標準，本次試驗提純的樣品總體質量較好，提純的所有樣品均可作為不同級別的平板玻璃用硅質原料、器皿玻璃用硅質原料和較好質量的硅微粉使用；同時除個別樣品以外均可作為不透明石英玻璃制品的原料[13-14]。

4 結論

(1) 在實驗室條件下，采用煅燒—水淬→破碎→粉碎→磁選→浮選→酸浸→洗滌→脫水干燥的提純試驗工藝，可將SiO2含量從99.04%提高至99.91%，雜質元素含量總和從〉2 511×10-6降低至〈200×10-6，可見該工藝具有較好的選礦提純效果，但是Al元素含量仍然較高。因此后續的半工業試驗中需通過調整浮選工藝的試驗提高選礦提純效果。

(2) 本次試驗提純的樣品總體質量較好，提純的樣品除個別以外SiO2含量均可達到電工級高純硅微粉的工業要求。均可作為不同級別的平板玻璃用硅質原料、器皿玻璃用硅質原料和較好質量的硅微粉使用。

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