青海某地脈石英提純試驗研究

王 宏，王小山，馬靜雅，馬 亮

(咸陽非金屬礦研究設計院有限公司，陜西 咸陽 712021)

石英具備諸多優異性能，隨著我國科學技術以及經濟的飛速發展，對高品質石英的市場需求量也隨之增加。我國脈石英礦床貧礦多，富礦少，礦床規模以中、小型為主，礦石平均SiO2僅為97.46%[1]。長石、云母是石英中常見伴生礦物，長石與石英均為架狀結構礦物，因在晶體結構及化學性質方面相近，分離較困難。浮選是將石英與長石、云母等雜質礦物分離的有效途徑，主要方法為有氟有酸法、無氟有酸法、無氟無酸法等[2]。傳統使用氫氟酸的方法效果最好，但會引發生產安全、環境和健康危害等問題[4]，目前采用無氟有酸法浮選分離石英和長石較為普遍。

青海某脈石英礦原礦只能作為普通玻璃原料，含鐵、鋁等超標，經濟效益不佳。通過選礦試驗研究，確定了合理的選礦工藝流程及最佳工藝參數，最終產品達到超白玻璃硅質原料的質量要求，提升了產品附加值。

1 試樣與方法

1.1 原礦性質

試樣采自青海某地，礦石呈乳白色—灰白色(表面多呈黑褐色)，有淡黃色或紅褐色浸染，油脂光澤，半透明—不透明，質純，堅硬，斷面石英結晶較致密。礦石主要礦物相為石英，石英衍射峰強高，峰形尖銳，其含量超過98%，其次有長石、云母等(圖1)。原礦可用作低檔玻璃原料使用，但要擴大其用途，提高其附加值，須通過選礦提純工藝除去雜質礦物。

圖1 原礦XRD圖

對原礦樣進行化學成分測試分析(表1)，原礦樣SiO2含量98.92%，主要雜質含量為Al2O3、Fe2O3、K2O、Na2O等。

表1 原礦化學分析 (單位：%)

1.2 試驗方法及工藝流程

本試驗的目的主要是提高石英精砂中SiO2的含量，降低雜質的含量。原礦中主要雜質成分為Al、K、Fe、Na的氧化物，Al2O3、K2O、Na2O以長石、云母形式存在，而鐵雜質存在形式為被石英包裹、石英砂碎屑間孔隙中或以薄膜鐵雜質形式附著于石英顆粒表面。

降低鐵雜質和具有磁性礦物包裹體的顆粒含量主要通過磁選法，尤其強磁選工藝可最大限度地去除赤鐵礦、褐鐵礦和黑云母等弱磁性雜質礦物[3]。

降低Al2O3、K2O、Na2O含量主要采用浮選法，即除去長石、云母等雜質礦物。雖然在一定的pH值范圍內長石與石英呈負電性，但二者的零電點有差別[6]，可通過多種捕收劑吸附行為的協同作用，使長石可浮性優于石英，達到二者分離的效果[7]。層狀結構的云母(KAl2[Si3AlO10](OH，F)2)解離后表面暴露了大量的陰離子O2-及F-，零電點極低(pH值＜2)，因此在很寬的pH值范圍內(pH值=2～13)均可用陽離子捕收[5]。

因此，確定試驗工藝流程為：原礦→粗碎→細碎→磨礦→超聲波擦洗→分級→磁選→浮選→過濾烘干。

1.3 試樣處理

原礦經顎式破碎機粗碎，對輥破碎機(輥面為氧化鋯材質)細碎、球磨機磨礦、篩分，得到粒徑為-0.71mm的石英礦樣。再對礦樣進行超聲波擦洗[8]，以使附著于石英表面、裂隙面的薄膜鐵雜質和粘土礦物等剝落，達到除鐵目的。然后將礦樣進行篩分分級，得到+0.109～-0.71mm和-0.109mm兩種粒級物料，-0.109mm粒級物料作為加工硅微粉原料，而+0.109～-0.71mm粒級石英砂即為本試驗待處理樣品。

2 磁選試驗

2.1 磁選段數條件試驗

將經處理的+0.109～-0.71mm粒級試樣作為入選樣進行磁選條件試驗，磁選設備選用周期式脈動高梯度磁選機、超導磁選機。考察了不同磁場強度、不同磁選段數對提純效果的影響(表2)。隨著磁選段數的增加，石英精砂中鐵含量降低，白度增加。兩段磁選精砂中SiO2含量比一段磁選有較大幅度提高，Fe2O3含量降低明顯；三段磁選精砂中SiO2含量比兩段磁選略有提高，Fe2O3含量也有所降低；三段磁選流程中，超導磁選與高梯度磁選結果接近，且超導磁選精砂產率降低明顯。綜合考慮精礦指標和選礦成本，磁選試驗選擇兩段磁選。

表2 磁選段數條件試驗結果

2.2 磁場強度條件試驗

為了考察磁場強度對脈石英除鐵效果的影響，采用先“中磁—強磁”兩段磁選流程，第一段中磁磁場強度分別選用 0.3T、0.5T、0.7T、0.9T，二段強磁磁場強度分別選用1.1T、1.3T、1.5T、1.7T(表3)。一次磁選中場強選擇0.5T與0.7T，Fe2O3含量變化不大，且0.5T產率較高，一次磁選強度選擇0.5T；二次磁選隨著場強的增加，精砂的產率和Fe2O3含量呈下降趨勢，當場強達到1.5T后SiO2含量和Fe2O3含量變化不明顯，因此二次磁選強度選擇1.5T。

表3 磁場強度條件試驗結果

3 浮選試驗

為了考察捕收劑種類、pH值及捕收劑用量對長石、云母的浮選影響，對磁選后的精砂進行浮選分離條件試驗，試驗流程見圖2～4。

圖2 捕收劑種類試驗流程

3.1 捕收劑種類試驗

捕收劑分別選用十二胺、十八胺[10]、十二胺與十八胺混合物(1∶1)、XF-S進行比對試驗(圖5、圖6)，混合胺捕收效果強于十二胺、十八胺；選用捕收劑XF-S相比混合胺，精礦產率雖然稍低，但得到的浮選精砂產品指標最好、白度最高，因此，確定捕收劑選用XF-S。

圖5 捕收劑種類試驗結果(一)

圖6 捕收劑種類試驗結果(二)

3.2 pH值調整試驗

用硫酸調整礦漿pH值分別為pH值=2～3，pH值=3～4，pH值=4～5，pH值=7～8進行對比試驗(圖7、圖8)，隨著礦漿pH值的增加，精礦產率提高、SiO2含量降低，白度呈下降趨勢，Al2O3含量增加，當礦漿pH值為2～3時，得到的浮選精礦雖然產率稍低，但Al2O3含量最低、白度最高。從精礦品質方面考慮，硫酸調整礦漿pH值為2～3。

圖3 pH值條件試驗流程

圖4 捕收劑用量試驗流程

圖7 pH值條件試驗結果(一)

圖8 pH值條件試驗結果(二)

3.3 捕收劑用量試驗

捕收劑用量分別選用200g/t、400g/t、600g/t和800g/t進行對比試驗(圖9、圖10)，隨著捕收劑用量的增加，精砂中SiO2含量和Al2O3含量均先下降后趨于平穩、產率逐漸降低，當捕收劑用量達到600g/t后，浮選精砂指標趨于平緩穩定。當陰離子捕收劑過量時混合捕收劑使礦物表面產生親水行為，選擇性開始減弱，而且捕收性能也有下降。

圖9 捕收劑用量試驗結果(一)

圖10 捕收劑用量試驗結果(二)

對精礦進行分析測試(表4)，SiO2含量99.78%，Al2O3含量0.082%，Fe2O3含量0.025%，白度為91.68，最終石英精砂產品質量達到預期效果。

表4 精礦化學分析 (單位：%)

4 結論

(1)采用先中磁(0.5T)后強磁(1.5T)的兩段磁選可以提高精砂中SiO2含量至99.22%，除鐵效果明顯，可以將精砂中Fe2O3含量降低至0.032%，產率為 93.25%。

(2)捕收劑XF-S效果強于混合胺，在pH值為2～3的條件下，可得到SiO299.78%、Al2O30.082%、Fe2O30.025%、白度為91.68的浮選精砂。

(3)通過“磁選—浮選”工藝，有效提高了石英砂的純度，工藝除雜效果顯著，無氟環境友好，提升了產品的應用面及附加值，具良好的應用前景。