某金礦尾礦提純石英應用對比實驗研究

王楊，陳留慧

（1.遼寧萬隆科技研發有限公司長沙分公司，湖南 長沙 410002；2.中南大學 資源加工與生物工程學院，湖南 長沙 410083）

石英砂、石英砂巖、石英巖、脈石英等統稱硅質原料，不僅可作為玻璃原料、耐火材料、絕緣填料，還可以用作金屬鑄件造型、油井巖層壓裂支撐等領域；而高純石英砂更是蓋板玻璃、基板玻璃、太陽能玻璃、光電和半導體器件等產品最基本的原料[1-3]。目前大部分的石英原料均從石英原礦中提取，石英原礦一般SiO2含量大于98%，且雜質含量較少，Fe2O3含量在1%以下，提取相對容易。而選礦尾礦，諸如鐵尾礦或金尾礦，SiO2含量一般在60% ～ 90%，Fe2O3含量在1% ～ 15%，雜質含量較高，石英與其他礦物嵌布關系復雜，因此造成提取回收困難，開發利用率低。目前常用提取石英的方法有磁選[4]、浮選[5-8]、酸洗[9]等。

某金礦含金4.6 g/t，銀45 g/t，回收金銀后的尾礦產率達到92 %，尾礦中主要礦物為石英。回收金銀后，對石英進行了回收和提純實驗，并將提純石英與比利時矽比科礦業有限公司石英產品在化學性質、粒度組成及玻璃相關參數進行了對比實驗研究。

1 實 驗

1.1 試樣性質

原礦的多元素分析結果見表1，礦物組成及含量見表2。

表1 金原礦多元素分析結果/%Table 1 Analysis results of multi-elements of the gold raw ore

表2 主要礦物組成及相對含量Table 2 Main mineral composition and relative content

從表1 可以看出，有用元素為Au、Ag、SiO2和K2O，含量分別為4.6 g/t、45 g/t、87.80%和1.23%。從表2 可以看出，礦石的主要金屬礦物為自然金、閃鋅礦、方鉛礦、黃鐵礦；主要非金屬礦物有石英、鉀長石、白云母，含少量方解石、絹云母等，礦樣中石英含量較高，達到78.1%，有回收價值。

1.2 實驗流程

1.2.1 提取石英流程

磨礦細度-0.074 mm 65.86%時，首先采用強磁選得磁選精礦；磁選尾礦濃縮后給入浮選機，采用碳酸鈉調整pH 值8.0，用丁黃藥和2#油浮選得金銀精礦；浮選尾礦利用環烷酸皂和十二胺浮選云母，得云母精礦；再利用氫氟酸活化長石，用十二胺作捕收劑，浮選得鉀長石精礦，繼續利用十二胺進行反浮選除雜提純，得石英精礦，實驗流程見圖1。

圖1 金礦提純石英原則工藝流程Fig. 1 Process flow chart of quartz purification principle for the gold ore

對石英精礦進行酸洗處理，可得到SiO2品位為99.91%的石英產品，取氣流分級的-0.104 mm ～+0.045 mm產品用于對比實驗產品，以下簡稱金礦提純石英。

1.2.2 對比實驗流程

對比實驗對象為比利時矽比科礦業有限公司生產的石英粉（此石英粉是美國康寧公司溢流下拉法生產手機蓋板玻璃指定原料，以下簡稱矽比科石英粉）。主要在化學成分、粒度組成、玻璃熔制實驗與結構、性能測試等方面進行對比。

2 結果與討論

2.1 化學成分對比

多元素分析結果見表3。

表3 石英精礦多元素分析結果/%Table 3 Multi-element analysis results of the quartz concentrate

從表3 中可以看出，最重要的SiO2、Fe2O3含量，矽比科進口石英砂為99.85%、0.012%，金礦提純石英砂為99.91%、0.007%。兩者化學成分相差不大。金礦提純石英SiO2含量略高，Fe2O3稍低，說明金礦提純石英化學成分較矽比科產品略好。

2.2 粒度組成對比

粒度組成結果見表4。

表4 石英產品粒度組成結果Table 4 Results of quartz product particle size composition

由表4 可知，兩者粒度組成相差不大，金礦提純石英-0.045 mm 含量略多，粒度稍細。

2.3 玻璃熔制對比實驗

2.3.1 配方設計

實驗設計了液晶顯示用高堿高鋁玻璃化學組成見表5。

表5 對比實驗用玻璃化學組成Table 5 Chemical composition of glass used for comparative test

配方中只有石英砂來源不一樣，其他配方原料完全相同。

2.3.2 熔制對比實驗

在同一德國產納博熱高溫爐中對以上兩種石英砂配制的玻璃料進行熔制對比實驗。

采用剛玉坩堝熔化、澄清玻璃配料，然后澆注和退火，得到玻璃樣品見圖2。

圖2 矽比科(左)、金尾礦提純石英砂(右)熔制玻璃試樣Fig. 2 Melted glass samples made from silica picot (left) and gold tailings purified quartz sand (right)

圖2 樣品可見小白點是澆注模具所帶石英砂顆粒及少量微氣泡。

由圖2 可以看出，矽比科石英砂和金礦提純石英砂所熔制的玻璃均表現為清澈透明，宏觀效果一致。

2.3.3 玻璃黏度對比實驗

玻璃的黏度與溫度的關系屬于連續漸變的過程，玻璃黏度與溫度的關系對玻璃的制造和加工過程起著決定性作用。在玻璃的加工制造過程中，必須嚴格遵守玻璃的黏度-溫度特性曲線。

采用玻璃SRV-1600 高溫旋轉黏度計，對以上兩種石英砂所熔制的玻璃料進行了高溫黏度測試，黏度與溫度對應數據見表6。

表6 石英粘度與溫度Table 6 Corresponding table of quartz viscosity and temperature

將其玻璃的典型特征黏度測量出來，繪制形成基礎玻璃的溫度-黏度曲線見圖3。

圖3 金礦提純石英和矽比科石英熔制玻璃黏度曲線對比Fig. 3 Comparison of viscosity curves between purified quartz and silica bico quartz fused glass in the gold ore

金礦提純石英和矽比科石英擬合公式分別為：

η:特征黏度 T：對應溫度（作為參考）

由于設備只能測到1550℃，高溫無法測量，從黏度曲線看，玻璃的熔化溫度10 PaS 對應溫度很高，根據計算公式計算分別高達1933.5℃和1890.6℃。表6 中給出的是黏度曲線上測得黏度對應的溫度，與擬合計算公式較吻合，低溫的部分需要根據膨脹曲線上的Tg 和Ts 對應的溫度來擬合，可以計算得到玻璃的軟化溫度。

從圖3 可見，兩種玻璃的溫度-黏度曲線有所區別，在相同溫度下，金礦提純石英的高溫黏度低于矽比科石英，說明金礦提純石英在高溫下易于熔制，易于澄清和排除氣泡。

2.3.4 玻璃熱膨脹系數測試對比實驗

玻璃的熱膨脹系數對玻璃的成形、退火、鋼化以及玻璃的熱穩定性等都有重要意義。實驗采用德國耐馳臥式膨脹儀，對金礦提純石英和矽比科石英所熔制玻璃進行熱膨脹系數測試，其結果見圖4。

圖4 金礦提純石英和矽比科石英熔制玻璃的熱膨脹曲線對比Fig. 4 Comparison of thermal expansion curves of purified quartz and silica bico quartz fused glass in the gold ore

圖4 中，金礦提純石英和矽比科石英的膨脹轉化溫度（軟化點）分別為614.0℃和618.8℃，退火溫度（退火點）分別為563.7℃和562.6℃，轉變溫度（轉變點）分別540.2℃和538.1℃，應變溫度（應變點）分別為495.8℃和491.9℃，玻璃的線性熱膨脹系數分別為9.3363E-06和9.6246E-06。從測試結果可以看出，金礦提純石英和矽比科石英所熔制玻璃的軟化點、退火點、轉變點及應變點相差無幾，二者的熱膨脹曲線幾乎重合。

玻璃的組成、結構決定玻璃的性能，因此在玻璃組成、熔制工藝一致的情況下，玻璃的關鍵工作溫度與玻璃的黏度及熱膨脹系數緊密相關，而玻璃的黏度及熱膨脹系數已在實驗中檢測與分析，至于玻璃的其他性能，如強度、透光度、耐磨性能等，還與后期玻璃的化學鋼化工藝相關，在本實驗中就不一一檢測與贅述。

3 結 論

（1）該礦樣石英含量較高，達到78.1%，有回收價值；石英結晶較好，通過提純可以得到SiO2 品位99.91%的石英產品。

（2）通過化學成分、粒度組成、熔制、粘度和熱膨脹系數測試對比實驗，得出金礦提純石英各項技術指標達到甚至超過矽比科進口石英產品，說明該提純工藝是可行的。