石英砂礦地質(zhì)特征及提純工藝試驗(yàn)研究

摘要：選取赫章縣某地的石英砂作為試驗(yàn)原料，開(kāi)展石英砂礦地質(zhì)特征及提純工藝試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，F(xiàn)e2O3含量可降低至0.01%，Al2O3含量可降低至0.061%，CaO含量可降低至0.012%，TiO2含量可降低至0.022%，K2O含量可降低至0.019%，MgO可降低至0.004%，Na2O可降低至0.003%，ZrO可降低至0.003%，提純效果明顯，能達(dá)到優(yōu)等品玻璃用砂質(zhì)量要求。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)特征；石英砂；磁選；酸洗；提純

中圖分類(lèi)號(hào)：TD973 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）07-00-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.07.006

Experimental Study on Geological Characteristics and Purification Process of Quartz Sand Ore

CHEN Xiaolang

（Regional Geological Survey Institute， Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development Guizhou Province，

Guiyang 550000， China）

Abstract： Selecting quartz sand from a certain location in Hezhang county as experimental raw material， we conducted experimental research on the geological characteristics and purification process of quartz sand deposits. The experimental results show that the Fe2O3 content can be reduced to 0.01%， the Al2O3 content can be reduced to 0.061%， the CaO content can be reduced to 0.012%， the TiO2 content can be reduced to 0.022%， the K2O content can be reduced to 0.019%， the MgO content can be reduced to 0.004%， the Na2O content can be reduced to 0.003%， and the ZrO content can be reduced to 0.003%. The purification effect is significant and can meet the quality requirements of high-quality glass sand.

Keywords： geological features; quartz sand; magnetic separation; acid washing; purification

高純石英玻璃制品是一種重要的輔助生產(chǎn)材料，已廣泛用于電光源、光纖通信、光伏、半導(dǎo)體及光學(xué)玻璃行業(yè)等高新技術(shù)領(lǐng)域[1-3]。赫章縣對(duì)石英砂巖礦石的需求量較大，對(duì)品質(zhì)要求較高[4]。目前，石英砂巖礦石的品位無(wú)法滿足實(shí)際要求，存在很多雜質(zhì)，需經(jīng)過(guò)選礦提純才能應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)[5]。現(xiàn)有文獻(xiàn)中關(guān)于石英砂除雜提純的研究相對(duì)較少。選取赫章縣某地的石英砂作為試驗(yàn)原料，采用“擦洗-磁選-酸洗”的方式進(jìn)行提純?cè)囼?yàn)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

赫章縣的某石英砂礦位于特提斯-喜馬拉雅與濱太平洋兩大巨型構(gòu)造域結(jié)合部位，屬揚(yáng)子陸塊一級(jí)構(gòu)造單元內(nèi)上揚(yáng)子陸塊（Ⅳ-4-1）西南緣。由于受珠市河背斜構(gòu)造單元的影響，區(qū)內(nèi)次一級(jí)構(gòu)造發(fā)育，多發(fā)育南北走向的斷裂及褶皺，構(gòu)造以北西向?yàn)橹鳎媳毕虼沃?/p>

2 礦體和礦石的特征

2.1 礦體特征

根據(jù)調(diào)查結(jié)果選擇2個(gè)石英砂巖礦體，為西部地區(qū)的西礦段和東部地區(qū)的東礦段。礦體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致，礦體頂板為蟒山組第三段第一亞段褐紫色、淺灰綠色中厚層含泥質(zhì)砂巖，含礫石，底板為蟒山組第二段的淺灰綠色薄至中層含泥質(zhì)砂巖與石英砂巖不等厚互層。

2.2 礦石特征

2.2.1 礦石結(jié)構(gòu)與構(gòu)造

礦石呈白色、淺白色，基本為細(xì)粒砂狀結(jié)構(gòu)，極少數(shù)為中粒砂狀結(jié)構(gòu)，呈塊狀構(gòu)造。巖石由砂級(jí)碎屑、填隙物及少量不透明礦物組成。砂級(jí)碎屑為石英及巖屑，呈次棱角狀，粒徑一般為0.10～0.25 mm，部分為0.05～0.1 0 mm（細(xì)），少部分為0.25～0.50 mm（中）。

2.2.2 礦物成分

礦石的礦物成分主要為石英，其次為少許的黏土礦物、電氣石、長(zhǎng)石等。石英為單晶石英，呈次棱角狀，粒徑一般為0.10～0.25 mm，部分為0.05～0.10 mm（細(xì)），部分為0.25～0.50 mm（中），個(gè)別為0.50～0.75 mm（粗），雜亂分布。部分顆?？梢?jiàn)次生加大邊，含量大于94%。黏土礦物為細(xì)小鱗片狀，直徑一般為0.001～0.010 mm，部分為0.01～0.02 mm，少部分為0.02～0.03 mm，填隙狀分布，含量小于5%。副礦物電氣石呈半自形粒柱狀，零星分布。長(zhǎng)石為斜長(zhǎng)石，零星分布。

2.3 礦石化學(xué)組成

SiO2含量為94.03%～99.20%（平均含量為97.54%），Al2O3含量為0.37%～4.07%（平均含量為0.93%），K2O含量為0.10%～0.69%（平均含量為0.21%），F(xiàn)e2O3含量為0.051%～0.390%（平均含量為0.160%），TiO2含量為0.021%～0.177%（平均含量為0.051%），MgO含量為0.009%～0.099%（平均含量為0.034%），CaO含量為0.007%～0.140%（平均含量為0.025%），Na2O含量為0.009%～0.029%（平均含量為0.013%）。通過(guò)ZK801、ZK802鉆探工程每隔0.22～2.44 m采集一件樣品，共采樣137件樣品進(jìn)行化驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)工作區(qū)內(nèi)石英砂巖礦體的SiO2平均含量為91.07%，F(xiàn)e2O3平均含量為0.86%，Al2O3平均含量為3.74%。結(jié)果顯示，含礦巖系的Fe2O3含量偏高。

3 提純?cè)囼?yàn)研究

3.1 原礦分析與制備

選取4件樣品進(jìn)行研究，樣品采自礦區(qū)4個(gè)不同點(diǎn)位的4種不同石英石礦樣。原礦石的Fe2O3含量如表1所示。本次試驗(yàn)的主要目的是降低石英石中的Fe2O3及其他雜質(zhì)含量。

試樣制備流程：原礦→粗破→細(xì)破→擦洗→制砂→篩分→重選（3次）。隨著粒度變細(xì)，二氧化硅的品位逐漸降低，而鐵、鋁等雜質(zhì)反而上升，采用水洗-分級(jí)脫泥方法可有效提高其品位。對(duì)于石英砂表面的薄膜鐵和粘連性的雜質(zhì)，借助機(jī)械力和砂粒之間的磨剝力去除表面的薄膜鐵及粘連性雜質(zhì)[6-7]。

3.2 磁選

磁選的目的是去除石英砂中解離的磁性雜質(zhì)礦物及具有磁性礦物包裹體的顆粒，可以最大限度地去除赤鐵礦、褐鐵礦和黑云母等弱磁性雜質(zhì)礦物[8]。選用ZQS型周期式高梯度磁選機(jī)，經(jīng)過(guò)2次磁選產(chǎn)生磁性物1和磁性物2。

3.3 酸洗

對(duì)于一些賦存在鐵礦物顆粒中或黑云母、石榴石及角閃石等礦物顆粒中的鐵雜質(zhì)，最有效的去除方法是浮選法。酸洗是利用石英不溶于酸，而其他雜質(zhì)礦物能被酸液溶解的特點(diǎn)，去除含鐵高的脈石礦物，可以進(jìn)一步對(duì)石英進(jìn)行提純[9-10]。鹽酸、硫酸是酸洗常用的酸類(lèi)，能有效去除Fe、Al、Mg[11-13]。

酸洗試驗(yàn)過(guò)程如下：第一，取99.8%工業(yè)草酸100 g，濃度55%的氫氟酸20 g，將經(jīng)過(guò)選洗及磁選后的樣品進(jìn)行酸洗[14-16]；第二，將酸洗加熱溫度設(shè)置為70 ℃，加熱4 h，酸反應(yīng)時(shí)間為4 h；第三，酸洗后，用3‰工業(yè)用堿脫酸處理，用清水脫酸脫堿[17-19]。

3.4 試驗(yàn)結(jié)果及討論

磁選結(jié)果顯示，原礦樣品粉碎。經(jīng)過(guò)擦洗過(guò)篩（140目）后，篩去4.94%～20.64%的雜質(zhì)，用磁選法對(duì)篩分后的石英砂進(jìn)一步提純[20-22]。經(jīng)過(guò)兩段磁選，磁性物1的原礦產(chǎn)率為1.27%～5.49%，磁性物2的原礦產(chǎn)率為0.44%～2.17%。YD1、YD2、YD3、YD4經(jīng)過(guò)磁選后，F(xiàn)e2O3的含量分別為0.072%、0.084%、0.16%及0.47%。Fe2O3去除率大于60%。

酸洗后，F(xiàn)e2O3含量可降低至0.01%，Al2O3含量可降低至0.061%，CaO含量可降低至0.012%，TiO2含量可降低至0.022%，K2O含量可降低至0.019%，MgO可降低至0.004%，Na2O可降低至0.003%，ZrO可降低至0.003%，提純效果明顯，能達(dá)到優(yōu)等品玻璃用砂質(zhì)量要求。

4 結(jié)論

研究區(qū)域的礦石以細(xì)粒砂狀結(jié)構(gòu)為主，極少數(shù)為中粒砂狀結(jié)構(gòu)，呈塊狀構(gòu)造。礦物成分主要為石英碎屑，其次為少許的黏土礦物填隙物，少量為不透明的電氣石、長(zhǎng)石等礦物。礦石以SiO2為主，其次為Al2O3、K2O、Fe2O3、TiO2、MgO、CaO、Na2O。試驗(yàn)的提純效果明顯，能達(dá)到優(yōu)等品玻璃用砂質(zhì)量要求。

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