內蒙古某地石英礦選礦工藝試驗研究

裴業虎

(1.江西理工大學資源與環境工程學院，江西 贛州 341000；2.廣東省佛山地質局，廣東 佛山 528000)

石英是地殼中最為常見和研究最多的一種礦物[1]。石英作為一種重要的工業礦物原料[2-6]，在現代工業產品中有近百種都需要用到石英礦物作為生產原料，其應用已不再僅僅局限于傳統玻璃制品等領域，而開始應用于石英板材、光伏玻璃砂等領域[7-12]。石英板材是以石英礦物為主要骨料的新型裝修裝飾材料，具備生產過程低能耗、產品環保、無輻射、高硬度、耐高溫、不滲油污等優點。隨著國家能耗雙控政策和碳達峰中和目標的提出，國家對高能耗的建筑材料生產會嚴格控制，石英石板材是一種符合國家可持續發展戰略的裝飾材料。近年隨著石英板材生產消費的大幅增加，石英粉供不應求，石英粉市場價格也居高不下。本文就內蒙古某地的石英礦為原料，探索試驗可以制成滿足石英板材用石英粉要求的生產工藝。

1 原礦物化分析

對礦石進行XRD物相分析(圖1)和在顯微鏡下鑒定，礦物成分較簡單，主要為石英，極少量鉀長石、白云母、輝石、磁鐵礦等。

圖1 石英礦石XRD分析圖譜

礦石中主要化學組分為SiO2，次要化學組分CaO、Al2O3、Fe2O3等，MgO、K2O、Na2O、Cr2O3含量均較低(表1)。

表1 石英原礦化學分析結果 (單位：%)

2 試驗設備及試劑

YHCP-180×150氧化鋯錘式破碎機、WBS-1型白度儀、101A-1型數顯電熱鼓風干燥箱、GM-52型陶瓷球磨機、WQM-50L棒磨機、TLH-500T高梯度磁選機、ZNCL-TS-500型恒溫攪拌器、草酸(分析純)、氫氟酸(分析純)。

3 工藝試驗結果與討論

3.1 破碎—篩分—陶瓷球磨工藝

把礦石放入YHCP-180×150型氧化鋯錘式破碎機中破碎至小于4目(-4.75mm)，并進行篩分。篩分的粒級是4～16目，16～40目，40～120目，-120目四個粒級。分別把四個粒級的石英砂放進GM-52型陶瓷球磨機進行磨礦，磨礦粒度控制在-325目85%±2%通過，把磨好的石英粉進行白度測試和SiO2、Fe2O3含量測試(表2)，用于評估不同粒徑石英砂硅、鐵含量對石英粉白度指標的影響。結果表明，Fe2O3含量和白度指標呈現明顯的負相關，鐵含量越高，白度越低，而SiO2含量和白度的相關性不是很明顯(圖2)。

表2 四個粒級的石英砂、石英粉分析測試結果

圖2 SiO2、Fe2O3和白度指標關系圖

3.2 棒磨—強磁選—陶瓷球磨工藝

把小于4目(-4.75mm)的石英砂，放入WQM-50L棒磨機中濕法棒磨，棒磨后的物料過16目篩，篩上礦物返回再磨。篩下礦物再用120目篩篩分，120目篩下石英砂作為尾礦直接拋棄(圖3)。接著把120目篩上石英砂脫水濃縮，進入TLH-500T立環高梯度磁選機強磁選，磁選強度設定為1.3T，磁選后石英精砂經過脫水，放入101A-1型數顯電熱鼓風干燥箱中烘干后測試化學指標。烘干后的石英精砂放入GM-52型陶瓷球磨機，進行磨粉測試白度(表3)。

圖3 棒磨—磁選—磨粉工藝流程圖

表3 石英精砂、石英粉分析測試結果

經過水磨和強磁選后，石英砂的SiO2含量提高了，Al、Fe含量降低比較明顯。磁選精砂經過烘干磨粉后石英粉白度達到了92.9。

3.3 磁選精砂—酸洗—陶瓷球磨工藝

磁選精砂通過鏡下觀察，部分存在被鐵浸染的黃褐色石英顆粒(圖4)。為進一步提升石英粉的白度，采用酸洗工藝來進一步去除雜質。把磁選精砂200g加入到四氟乙烯燒杯中，然后加入150mL蒸餾水，再加入氫氟酸(化學純)3mL，草酸(化學純)3.0g，并放置于ZNCL-TS-500型恒溫攪拌器上浸出，設定浸出溫度為80℃，浸出時間4小時。浸出完成后，用蒸餾水洗滌至pH值至中性。再把石英砂烘干測試石英砂的鐵含量，并放入GM-52型陶瓷球磨機中磨粉，測試白度(表4)。

圖4 氧化鐵表面浸染型石英砂

從表4中可以看出，酸浸以后，Fe2O3含量大幅度降低到50×10-6以下，酸浸后的石英砂制成的石英粉白度也大幅度增加，達到了95.3，可以滿足高端人造板材用石英粉要求。

表4 酸洗石英砂、石英粉測試結果

4 結論

(1)礦石只經過簡單的破碎、篩分、磨粉后制成石英粉白度最高的只有91.6，只能滿足低端板材石英粉要求。

(2)礦石經過破碎、棒磨、立環強磁選、酸浸后，石英砂的Fe2O3含量能降低到46×10-6，制成的石英粉白度可以達到了95.3，能滿足高端板材石英粉要求。

(3)Fe2O3含量是影響石英粉白度的關鍵因素，鐵含量越高，白度越低，而SiO2含量和白度的相關性不是很明顯。