湖北某石英礦制備超白砂試驗研究*

陸 玉 胡林彬 劉中偉 王 康 石麗芬 曹 欣

（1.中國建材國際工程集團有限公司海南分公司；2.蚌埠玻璃工業設計研究院有限公司）

石英的主要化學成分為SiO2，在地殼中分布廣泛［1］，是生產玻璃的主要礦物原料。隨著環境與能源問題的日益嚴重，國家開始大力發展太陽能發電［2］。因此，光伏玻璃作為光伏發電的重要組件顯得至關重要［3］。光伏玻璃的制備對石英砂有著較高的要求［4］，雖然我國石英儲量豐富，但大多品質較差，是否能作為超白光伏玻璃用砂，必須經過詳細的選礦工藝試驗研究［5］。本文以湖北某地石英巖礦為研究對象，進行了原礦分析與系統的選礦工藝試驗研究，最終獲得了滿足超白砂指標要求的精砂。

1 試驗材料與設備

1.1 試驗原料分析

試驗原料取自湖北某地石英礦區不同采礦點混合樣，將原礦破碎至-3.2 mm，對破碎后產品進行混勻、縮分、包樣，分別采用X射線衍射儀與X射線熒光光譜儀對試樣進行物相分析與化學成分分析，結果見圖1、表1。

由圖1可見，試樣中主要礦物為石英，并未發現其他脈石礦物，可能是脈石礦物含量較低導致。

?

由表1可知，試樣SiO2含量99.68%，Al2O3含量0.019%，兩者均滿足超白砂指標要求，Fe2O3含量較高，為0.171%，超出光伏砂指標要求；因此，在超白砂制備工藝中主要考慮降低Fe2O3含量。

1.2 試驗設備及藥劑

試驗采用稀硫酸作為浮選pH值調整劑，HK-1、HK-2作為浮選捕收劑，稀硫酸為分析純硫酸藥劑配制，HK-1、HK-2為試驗室自制藥劑。試驗所用主要儀器及設備見表2。

?

2 試驗研究

為提高石英精砂中的SiO2含量，最大限度地降低Fe2O3含量，對試樣進行了一系列的可選性試驗研究，最終確定采用預先篩分（0.6 mm）—磨礦（粗粒級）—合并磁選（3道）—分級—擦洗（酸）選礦工藝進行提純，試驗流程見圖2，并對各工藝進行了最佳試驗條件探索，尋求最佳試驗條件及參數。

2.1 磨礦時間條件試驗

由于光伏砂要求+0.71 mm粒級含量0%，-0.1 mm粒級含量≤5%。由于試樣破碎至-3.2 mm后，-0.6 mm粒級含量為36.32%，占比較大，為減少過粉碎現象，磨礦作業前采用預先篩分作業，及時拋出合格粒級。磨礦濃度固定為50%，調整磨礦時間分別為5，5.5，6，6.5 min，探索不同磨礦時間對磨礦產品粒度的影響，尋求最佳磨礦時間，試驗結果見圖3。

由圖3可見，隨著磨礦時間的增加，0.1～0.6 mm粒級含量持續增加，-0.1 mm粒級含量呈現先增加后平穩再急劇增加的趨勢；為保證較好的磨礦效率，盡可能減少-0.1 mm粒級含量，因此，選擇磨礦時間6 min為宜。

2.2 磁選條件試驗

試驗對磨礦后產品進行了3道磁選，分別是一段中磁作業和兩段強磁作業，由于試樣在肉眼及顯微鏡下均可明顯觀察到黃色、棕色、紅色的雜質礦物、鐵浸染的石英砂、氧化鐵-石英連生體等含鐵礦物，同時破碎及磨礦作業會在試樣中引入部分機械鐵。為除去試樣中的強磁性礦物及引入的機械鐵，對磨礦后產品首先進行一段中磁作業（0.4 T），以便提高后續強磁作業的磁選效果，并對兩段強磁作業進行了最佳磁場強度探索試驗。

2.2.1一段強磁選磁場強度條件試驗

為探究不同磁場強度對磁選精礦中Fe2O3含量的影響，調整一段強磁磁場強度分別為1.0，1.2，1.4 T進行試驗，試驗結果見圖4。

由圖4可見，隨著磁選磁場強度的增加，磁選精砂產率降低，但降低幅度不大，Fe2O3含量呈現先降低后基本穩定的趨勢；當磁場強度≥1.2 T時，磁選精砂Fe2O3含量基本保持不變，且磁場強度越高，磁選精砂產率越低；綜合考慮，一段強磁選磁場強度確定為1.2 T。

2.2.2二段強磁選磁場強度條件試驗

調整二段強磁選磁場強度分別為1.2，1.4，1.6 T，試驗結果見圖5。

由圖5可見，隨著磁場強度的增加，磁選精砂產率略有下降，但磁選精砂Fe2O3含量基本不變，說明當磁場強度≥1.2T時，已經實現對試樣中弱磁性礦物的有效分離；因此，二段強磁選作業磁場強度確定為1.2 T。

2.3 分級條件試驗

為降低試樣中-0.1 mm粒級含量，使其達到超白砂指標要求，采用φ100 mm水力分級機進行分級試驗。試驗探究上升水量對各粒級含量的影響，調整上升水量分別為100，120，150，180 L/h，試驗結果見圖6。

由圖6可見，隨著分級上升水量的遞增，分級沉砂產率降低，分級沉砂中-0.1 mm含量逐漸減少，分級細砂中+0.1 mm粒級含量增加；綜合考慮，分級沉砂產率及超白砂指標要求-0.1 mm粒級含量≤5%，確定分級作業上升水量為120 L/h。

2.4 擦洗條件試驗

由于試樣中部分石英砂表面存在鐵浸染現象，試驗采用擦洗作業進行脫除，為提高擦洗作業對試樣中Fe2O3的去除效果，在擦洗作業中加入少量酸介質。綜合考慮酸成本、操作環境、揮發性及廢水處理便捷性，試驗選用硫酸作業擦洗介質，擦洗作業條件試驗分別探究不同酸用量、擦洗時間對擦洗精砂Fe2O3含量的影響。

2.4.1硫酸用量條件試驗

固定礦漿濃度50%，主軸轉速800 r/min，擦洗時間15 min，調整酸用量分別為10，20，30 kg/t進行試驗。試驗結果見圖7。

由圖7可見，在礦漿濃度及擦洗時間不變的條件下，隨著硫酸用量的增加，擦洗精礦Fe2O3含量基本穩定，因此，確定硫酸用量10 kg/t為宜。

2.4.2擦洗時間條件試驗

固定礦漿濃度50%，主軸轉速800 r/min，硫酸用量10 kg/t，調整擦洗時間進行試驗，試驗結果見圖8。

由圖8可見，在硫酸用量不變的條件下，隨著擦洗時間的延長，擦洗精礦Fe2O3含量呈基本穩定的趨勢；擦洗時間5 min已滿足要求，確定擦洗時間為5 min。

2.5 精礦分析

經過系統的流程試驗，確定了超白砂制備工藝的最佳參數，并對最終精砂進行化學分析，分析結果見表3。

?

由表3可知，最終精砂SiO2含量為99.77%，Al2O3含量為0.040%，Fe2O3含量為0.006 4%，滿足光伏砂Fe2O3≤0.008 0%指標要求。對最終精砂進行粒度篩析，精砂中+0.71 mm粒級含量為0%，-0.1 mm粒級含量為3.26%，滿足光伏砂對粒度的指標要求。

3 結 語

（1）湖北某石英礦中脈石礦物含量較少，石英含量較高，SiO2含量為99.68%，Al2O3含量為0.019%，Fe2O3含量為0.171%，不符合光伏砂對Fe2O3含量的指標要求。

（2）試驗采用預先篩分（0.6 mm）—磨礦（粗粒級）—篩上篩下合并磁選（三道）—分級—擦洗（酸）工藝流程處理，經過條件試驗確定最佳工藝參數為預先篩分粒度0.6 mm，磨礦時間6 min，磨礦濃度50%；磁選作業中磁選磁場強度0.4 T，兩段強磁磁場強度均為1.2 T；分級作業水量120 L/h，擦洗作業硫酸用量10 kg/t、礦漿濃度50%，擦洗時間5min；最終獲得了SiO2含量99.77%、Al2O3含量0.040%、Fe2O3含量0.006 4%、+0.71 mm粒級含量為0%、-0.1 mm粒級含量3.26%的精砂，滿足光伏砂Fe2O3≤0.008 0%指標要求。