湖南醴陵浦口地區石英砂礫巖綜合利用試驗研究

李維波，徐 昊，吳少飛，文 亭

（湖南省有色地質勘查局二一四隊，湖南 株洲 412007）

石英砂不僅可以作為玻璃原料、陶瓷骨料、釉面材料、耐火材料、冶金添加劑、電器絕緣填料、研磨介質、塑料填料、涂料添加劑，還可以用作金屬鑄造、高爾夫球場鋪面、建筑抹面和化工醫療等領域，而高純石英砂更是電子核心器件、光導通訊材料、太陽能電池等高新技術產業不可缺少的重要材料。湖南省醴陵市石英砂礫巖礦資源豐富，主要集中在王仙-浦口-南橋一帶的石炭系下統樟樹灣組中［1］。目前該地區現有的石英砂巖礦主要以砂石骨料為主要用途，經濟價值較低。近年來，醴陵市政府通過招商引資引進旗濱玻璃集團公司，著力打造高性能電子玻璃產業基地。浦口地區石英砂礫巖礦資源儲量大，SiO2平均含量96.17%，Al2O3平均含量1.08%，Fe2O3平均含量1.07%，由于礦石中有害雜質（Fe2O3、Al2O3）高［2］，該類石英砂巖是否符合可供高性能電子玻璃生產開發的條件尚不明確，本次研究目的是利用浦口地區的石英砂巖，采用“洗礦脫泥—磨礦—磁選—分級—磨礦—混合酸浸出”的聯合流程從石英砂巖中選出經濟效益高的石英精砂，并充分利用尾砂、尾泥。

1 礦石性質

石英砂礫巖礦體賦存于石炭系下統樟樹灣組中段（C1zs2）［3］，礦體多為中淺層單斜礦體，埋深較淺，多出露地表，礦體厚度較穩定。礦體巖石組合主要為灰白色石英礫巖、（含礫）石英砂巖，夾雜少量青灰色、紫紅色砂巖、砂質泥巖，構成石英礫巖-含礫石英砂巖-石英砂巖（砂巖、砂質泥巖）基本層序，石英礫巖中發育大型透鏡狀層理，砂巖中可見楔狀交錯層理。

石英砂礫巖礦石呈灰白色，中礫結構，塊狀、厚層狀構造；巖石成分主要為：礫石，占80%～85%，礫石主要為石英，大小3～8 mm，最大可達5 cm，礫石呈渾圓狀-次棱角狀，分選性較好，磨圓中等-較好，填隙物主要為石英細沙、粉砂，占5%～10%，膠結物主要為硅質、少量泥質，占5%；膠結方式為接觸式、孔隙式膠結，巖石固結程度好。巖石后期受應力作用見少量次生裂隙，裂隙寬1～3 mm，沿裂隙充填少量的粘土礦物及氧化鐵質。礦石中主要礦物組成及各礦物的相對含量見表1，化學成分見表2。

表1 試樣礦物組成表 %

表2 試樣化學分析結果 %

鐵的賦存狀態決定了除鐵工藝的選擇［4］，為更好地達到除鐵效果，對礦石中的含鐵礦物進行了分析，分析結果見表3。

表3 鐵物相分布表 %

根據分析結果，礦石中的含鐵礦物主要是赤鐵礦、褐鐵礦，其次為角閃石，再次為云母類、綠泥石及其它。

2 綜合利用試驗

因石英砂產品綜合利用粒度為0.833～0.104 mm之間，對試驗礦樣（即原礦）預先篩除-0.104 mm的細粒產品（原生尾泥）后，對＋0.104 mm的粗粒產品進行磨礦，然后進行磁選脫鐵和脫鐵尾礦進行酸浸試驗。石英砂礫巖礦提純可選性試驗原則工藝流程如圖1所示。

2.1 原礦洗礦、脫泥分級試驗

攪拌擦洗［5］是借助機械力分離粘結在石英砂表面的高嶺土，水云母及鐵質膠結物，以獲得潔凈的石英砂和長石，有利用下一步流程的順利進行。將原礦用清水攪拌洗礦三次，試樣中Fe2O3含量分別由0.80%降到了0.56%；Al2O3含量由0.53%降到了0.32%。石英砂產品中的Al2O3、Fe2O3含量有一定程度的降低；將洗礦后的原礦分別進行篩分分級，對試樣的-0.104 mm原生尾泥中Fe、Al含量進行測定，脫泥試驗對Fe的去除效果一般，但對Al的去除效果較好，說明含Al的礦物主要賦存在膠結的泥質物中。

2.2 磨礦、磁選脫鐵試驗

圖1 石英砂礫巖礦提純可選性試驗原則工藝流程

2.2.1 磨礦

對洗礦脫泥后的分級＋0.104 mm粗粒產品在XMQ型球磨機中進行磨礦，每次給礦量為1 000 g，磨礦濃度為66.67%，磨礦時間為變量，磨礦產品用150目（0.104 mm）和200目（0.074 mm）篩水篩，篩上、篩下產品分別烘干稱重，得到下一步磁選產品，根據磨礦時間與粒度產率分布圖，磨礦時間變長，鐵含量反而增加，如圖2所示，因此磨礦時間不宜超過3 min。

圖2 磨礦時間與粒度產率、Fe2O3含量關系圖

2.2.2 磁選脫鐵試驗

將試樣洗礦脫泥后的分級磨礦產品中進行磁選試驗，每次磁選給礦量為100 g，固定磁場強度為變量，磁選機脈沖為12次／min，隨著磁場強度的增加，SiO2品位逐漸升高，含鐵量逐漸降低，如圖3所示。

經洗礦—分級—磨礦—磁選—分級，最終獲得的產品名稱、產率及化驗品位見表4。

圖3 不同磁場強度下SiO2、Fe2O3含量變化曲線圖

表4 普通石英砂產品綜合試驗指標 %

2.3 高純度石英砂提純試驗

目前，國內石英砂提純的研究較多［6，7］，大多數提出了以酸浸為主的提純工藝。為獲得高純度的石英精砂，以滿足電子用玻璃的工藝需要，對本次樣品進行了探索性試驗，在已獲得的普通石英精砂的基礎上，對磁選的尾礦分別采用稀鹽酸、濃鹽酸及混合酸進行浸出試驗研究，試驗給礦細度為0.417～0.104 mm含量100%，試驗結果見表5。

表5 試樣1普通石英砂產品酸浸出試驗結果

從試驗結果表中能看出，在相同的條件下，濃硝酸＋濃鹽酸混合酸對鐵質去除效果最佳。

經過對普通石英砂礦石開展提純流程試驗，最終推薦綜合利用工藝流程為“洗礦脫泥—磨礦—磁選—分級—磨礦—混合酸浸出”，得到電子玻璃用高純度石英砂產品。

2.4 尾砂的綜合利用

經過提純試驗除產出的普通石英砂產品和超純石英砂產品外，提純過程中產生的原生尾泥、次生尾泥、磁性產品利用是礦產資源綜合利用的重要組成部分，也是消除環境污染、變廢為寶的有利途徑。

原生尾泥、次生尾泥、磁性產品、粗粒產品主要成分是SiO2，雜質主要是長石、粘土、云母、鐵質礦物等，其化學成分見表6。

從表6各產品的化學成分看，原生尾泥可以廣泛應用于建材生產、制磚廠的原材料，也能滿足耐火材料、鑄造用砂對各成分含量的要求，達到綜合利用的目的；次生尾泥、磁性產品及＋0.833 mm粗粒產品可以考慮作為水泥廠的添加劑；0.833～0.417 mm粗粒產品中有害雜質較低可以作為平板玻璃原料。

3 結 論

1.根據水洗、脫泥、磨礦、磁選試驗結果，水洗脫泥對石英砂巖膠結物中的Al2O3去除效果較好，磨礦時間最佳為3min，在一定程度范圍內SiO2品位隨磁場輕度增強逐漸升高，含鐵量隨磁場強度增強逐漸降低。

表6 選礦流程中各產品化學組分表 %

2.酸浸試驗結果表明在相同條件下，采用濃硝酸與濃鹽酸1∶3混合酸除鐵效果最好。

3.為得到高純度電子玻璃用石英砂產品，推薦使用綜合利用工藝流程為“洗礦脫泥—磨礦—磁選—分級—磨礦—混合酸浸出”。