伴生黃鐵礦石英砂礦石綠色提純工藝研究

姚 樂，段樹桐，謝永民,2，孫 翔,2

(1.中建材蚌埠玻璃工業設計研究院有限公司,蚌埠 233018;2.凱盛石英材料(黃山)有限公司,黃山 245000)

目前，我國浮法玻璃企業通常使用的原料主要包括石英砂(硅砂)、長石、白云石、石灰石、純堿、芒硝、碳粉等，將原料按一定比例配制，經熔窯高溫熔融，玻璃液從池窯中連續流至并漂浮在相對密度較大的錫液表面上(即錫槽)，由于地心引力及本身表面張力作用，玻璃液在熔融錫表面上，攤成厚度均勻平整的玻璃帶，冷卻后引上過渡輥臺，輥臺輥子的轉動把玻璃帶拉出錫槽進入退火窯，再經退火切割而成透明無色平板玻璃產品。玻璃產品具有玻璃表面特別平整光滑、厚度非常均勻，光學畸變很小等特點[1]。

浮法玻璃配方中SiO2是形成浮法玻璃最主要的氧化物，SiO2：69%～73%，主要由石英砂提供。其中Fe2O3在無色透明浮法玻璃生產中屬于有害雜質，它能使玻璃著成黃綠色而影響玻璃的光學性能。目前高檔無色浮法玻璃制品中Fe2O3≤0.08%[1]。

該文旨在探索以采用伴生黃鐵礦的石英砂巖礦為原料進行綠色提純工藝研究，使其能夠滿足浮法玻璃對硅質原料的化學成分要求。

1 試 驗

1.1 原礦相關分析

原礦取自四川省某地石英砂巖礦區，樣品濕度較大，將樣品先進行晾干。采用顎式破碎機和篩分設備對原礦進行了加工，使物料在5 mm以下，篩下物混合均勻后制備成滿足試驗要求的原料。

1.1.1 礦石多元素化學分析

為了查明礦石中所含化學元素及礦物的種類和數量，對礦石進行了多元素化學分析，分析結果見表1。

表1礦石多元素化學分析結果/%

樣品SiO2Al2O3Fe2O3TiO2CaOMgOCr2O3K2ONa2O燒失量備注YP-197.131.420.280.0250.005 40.0250.520.1320.0020.460 6-5 mmYP-297.311.380.30.0210.006 20.0210.510.0920.0010.358 8-5～+0.71 mmYP-396.821.580.220.0290.005 10.030.580.2130.0030.519 9-0.71 mm

由表1中結果分析可知，該礦石中Fe2O3含量達到了0.28%，有害組分大大超出了浮法玻璃用砂對原料的質量要求。因此，需要采用經濟可行的技術工藝手段，以提高有益組分并降低有害組分，使試樣質量滿足配方要求。

1.1.2 礦物組成及主要礦物嵌布特征

為了進一步查明礦石的具體組成礦物，對礦石進行了工藝礦物學分析。該礦是一種硅泥質中粒石英砂巖；原礦以石英為主，占95%以上，粒徑范圍0.154～0.6 mm(28目～100目)；同時含少量或微量其它雜質礦物，主要是黃鐵礦等。顯微鏡顯示見圖1：石英(Q，圖中無色部分)內部及周圍嵌布有褐色黃鐵礦(P)和淺綠色云母(I)，包裹體礦物一般0.053～0.060 mm。對礦石質量影響較大的是黃鐵礦和粘土礦物，它們以粒間填隙物無序散布于石英顆粒之間；Fe2O3含量為0.28%，主要來源于黃鐵礦，也有部分來源于粘土礦物。

1.2 試劑與儀器設備

該工藝不使用任何化學試劑。

破碎作業：顎式破碎機，型號：PE-150×250和PEX-100×125；輥式破碎機，型號：XPS-Φ250×150。

磨礦作業：棒磨機，型號：XMB-Φ240×200。

分級作業：水力分級機，型號：Φ50 mm。

擦洗作業：擦洗機，型號：XFD12、1.5 L。

磁選作業：高梯度磁選機，型號：SSS-I型周期式。

重選作業：螺旋溜槽，型號：Φ600 mm。

1.3 試驗過程

1.3.1 磨礦作業

對磨礦作業影響的因素很多，這里主要考慮了磨礦時間、裝棒量等因素對磨礦產品的影響。

1)裝棒量試驗 裝棒量試驗條件及結果見表2。

表2 裝棒量試驗條件及結果

注：1)磨礦時間：2 min；2)磨礦濃度：50%。

表2試驗數據結果表明：裝棒量的多少對磨礦產品合格粒級含量有很重要的影響，適當增加裝棒量，有利于磨礦作業產量的提高。綜合考慮，確定裝棒量為4.12 kg。

2)磨礦時間試驗 磨礦時間試驗條件及結果見表3。

表3 磨礦時間試驗條件及結果

注：1)裝棒量：4.12 kg； 2)磨礦濃度：50%。

表3試驗數據結果表明：磨礦時間為2 min時，磨礦效果最好，綜合考慮，確定磨礦時間為2 min。

1.3.2 分級作業

為了降低磨礦產品中-0.125 mm粒級含量，采用Φ50 mm水力分級機對磨礦產品進行分級試驗。分級作業流程試驗條件及結果見表4。

表4分級試驗條件及結果

序號上升水量/(L·h-1)產率/%分級沉砂粒度指標/%+0.71 mm0.71～0.125 mm-0.125 mm12089.27096.083.9224088.66096.973.0336087.81097.252.75

表4試驗數據結果表明：水力分級機是控制沉砂中-0.125 mm粒級含量的有效手段，通過適當調節上升水量，就可以較方便地控制細粒級的含量。當上升水量為20 L/h時，分級沉砂中-0.125 mm粒級含量為3.92%，滿足浮法玻璃對石英砂原料的粒度要求。綜合考慮，上升水量控制在20 L/h為宜。

1.3.3 擦洗作業

為去除石英顆粒表面的膠結物，以進一步降低試樣中Fe2O3、Al2O3的含量，進行了擦洗試驗。

擦洗作業是在較高礦漿濃度下，利用葉輪的旋轉，帶動礦漿旋轉，從而使砂粒與砂粒之間發生撞擊、磨擦，從而達到去除石英顆粒表面膠結物的目的[2]。由于該次試驗采用綠色環保的工藝方法，不采用任何化學試劑，因此主要考慮擦洗時間對試樣的影響。擦洗條件及試驗結果見表5。

表5 擦洗條件及試驗結果

注：脫泥采用虹吸脫泥方式，脫泥4次，擦洗濃度50%。

表5試驗數據結果表明：擦洗作業能夠降低該試樣中Fe2O3含量，隨著擦洗時間的增加，Fe2O3含量降低幅度逐漸減小。擦洗時間的增加會帶來電能的消耗增加，造成能源的浪費。綜合考慮，該試驗擦洗時間確定為10 min。

1.3.4 磁選作業

磁選是在磁選設備的磁場中進行的。被選礦石給入磁選設備的選分空間后，受到磁力和機械力(包括重力、離心力、水流動力等)的作用。磁性不同的礦粒受到不同的磁力作用，沿著不同的路徑運動。由于礦粒運動的路徑不同，所以分別接取時就可得到磁性產品和非磁性產品[3]。磁選作業條件及試驗結果見圖2。

圖2試驗數據表明：通過磁選作業可以降低產品中的Fe2O3含量，隨著磁通量密度的增加，Fe2O3含量逐漸降低，在磁通量密度為300 mT時到達平臺數據，趨于穩定。考慮經濟成本和實現的難易程度，該次試驗確定采用磁通量密度為300 mT作為磁選作業的條件。

1.3.5 重選作業

為降低試樣中Fe2O3及重礦物的含量，對試樣進行重選試驗。重選作業是利用礦物比重不同，在重力離心力的作用下，使礦粒群在運動中按比重的不同分離，以達到對重礦物進行分選的目的[4]。影響重選作業效果的因素很多，該次試驗主要考慮重選次數對試驗結果的影響。重選作業設備采用Φ600 mm螺旋溜槽，重選作業條件及結果見圖3，重選補加水量為1 296 L/h。

圖3試驗數據表明：重選作業可以降低精砂中Fe2O3含量，重選次數越多降鐵效果越明顯，產品中的Fe2O3含量逐漸降低，二次重選和三次重選后的產品Fe2O3含量差別不大，二次重選后Fe2O3含量為0.058%，該指標證明試驗結果良好。重選次數過多會造成產品產率的降低，并且在工業生產中會造成能耗的增加和資源的浪費。因此，為了保證后續試驗精砂質量確定采用二次重選。

1.4 組合工藝穩定流程試驗

經過上述試驗過程的探索，最終確定以下試驗流程：破碎—磨礦—篩分—分級—擦洗—磁選—重選—重選。穩定流程試驗結果見表6。

表6 穩定流程試驗結果

穩定流程試驗結果表明：采用該組合工藝，得到的石英精砂產品中SiO2含量達到了99.02%～99.10%，Fe2O3含量達到了0.057%～0.062%。該精砂指標完全能夠滿足浮法玻璃對硅質原料要求。

2 結果與討論

該試驗根據伴生黃鐵礦的石英砂巖工藝礦物學的特點，采用無介質擦洗作業、磁選和以塔式螺旋溜槽進行重選的清潔提純技術，適用于以伴生黃鐵礦的石英砂巖礦為原料生產浮法玻璃用砂的企業。該試驗具有一定的優勢，具體體現在以下幾個方面：

1)無化學污染。該試驗采用無介質擦洗、磁選和重選等清潔提純技術，無任何化學試劑的加入，可以做到無化學污染，不會對環境造成傷害。

2)效果明顯。采用無介質擦洗作業、磁選和以塔式螺旋溜槽進行重選的清潔提純技術，可以有效地去除黃鐵礦，降低Fe2O3的同時，對降低Al2O3等有害成分也具有良好的效果。

3)工藝簡單。該試驗工藝十分簡單，工作方便，容易掌握，實用能力強。

4)安全性好。該試驗沒有任何化學試劑的加入，采用該發明不會對環境及人員產生不利的影響。

5)推廣容易。該試驗工藝簡單，操作簡易，設備和材料成本低廉，沒有化學試劑的加入，非常容易掌握和學習，利于推廣應用。

6)用途廣泛。該試驗可以適用伴生黃鐵礦的石英砂巖礦，可以根據黃鐵礦含量的多少進行適當的調整，以適應當地生產環境。

7)社會經濟效益顯著。目前，關于伴生黃鐵礦的石英砂巖除鐵工藝采用的均為化學方法，其生產成本很高且對環境具有較大的影響，后續的處理工藝投入較大。

[1] 彭 壽.新玻璃概論(修訂版)[M].北京：高等教育出版社，2015.

[2] 王淀佐.資源加工學[M].北京：科學出版社，2008.

[3] 鄭水林.非金屬礦加工技術與應用手冊[M].北京：冶金工業出版社，2005.

[4] 謝廣元.選礦學[M].徐州：中國礦業大學出版社，2001.