石英石的选矿提纯方法

一、前言

石英又称硅石，是一种常见的非金属矿物原料，其应用领域十分广泛。我国的石英选矿提纯及深加工开发利用的比较晚，并且主要用于建筑工业，玻璃制造，陶瓷工业和铸造工业，这些领域的一个共同点就是石英的需求量大，原料质量要求低。

目前，国外以美国的石英砂选矿提纯技术最为先进，特点是工业化产量大、装备专业化和生产自动化程度高，其产品已发展到第六代（杂质总质量分数小于8×10-6，透明度为光学级）。经过选矿提纯制成的高纯和超高纯石英砂已广泛应用于航空航天、原子能技术、激光、光缆通讯、军工等高科技领域。随着科学技术的进步，高科技用硅的需求量也将大量增加，而天然水晶资源的日趋枯竭使得人们不得不将目光转向天然水晶的替代品—高纯和超高纯石英。因此，积极探求和推动石英选矿提纯技术的进步，实现精制石英、高纯和超高纯石英的成本、大批量工业化生产、对弥补天然水晶资源的不足，满足高科技用硅需求具有重要的现实意义。

二、石英选矿提纯方法

石英砂提纯是除去石英中少量或微量杂质，获得精制石英砂或高纯石英的高难度分离技术，近年来，国内外对石英提纯工艺研究主要围绕以下几个方面进行：

（一）水洗、分级脱泥

石英中的SiO2的品位随着石英粒度的变细而降低，铁质和铝制等杂志矿物的品位则正好相反，这种现象在含有大量粘土性质矿物石英中尤为明显。所以在入选前对石英原矿进行水选，分级脱泥是非常必要的，而且效果也是较为明显的。如江苏宿迁马陵山矿石英原矿化学组成为：SiO279.38%、Fe2O3 1.68%、AL2O311.28%，其粒度组成中-0.1mm粒级含量为27.65%。在对原矿进行预选水洗、分级脱泥后，SiO2的品位上升到86.36%，Fe2O3降低至0.49%，AL2O3降低至6.79%，除杂提纯效果较为显著。水洗、分级脱泥作为一种矿石入选前的预处理方法，应用的较早也很普遍，但对于存在于石英表面的薄膜铁和粘连性杂质矿物，其脱除效果尚不显著。

（二）擦洗

擦洗是借助机械力和砂粒间的磨剥力来除去石英砂表面的薄膜铁、粘结及泥性杂质矿物和进一步擦碎未成单体的矿物集合体，再经分级作业达到石英砂进一步提纯的效果，目前，主要有棒摩擦洗和机械擦洗两种方法，对于机械擦洗，一般认为影响擦洗效果的因素主要是来自擦洗机的结构特点和配置形式，其次为工艺因素，包括擦洗时间和擦洗浓度，研究表明，砂矿擦洗浓度在50%-60%之间效果最好，而且在一定程度上反而加大了石英提纯的难度；擦洗时间原则上以初步达到产品质量要求为基准，不宜过长，因时间过长，会加大设备磨损，提高能耗和造成选矿提纯成本的增加。由于对于某些石英矿，机械擦洗擦除效果不太理想，因此，在我国棒磨擦洗工业应用较为普遍和相对成熟。如对某地石英原矿经水洗、分级脱泥后+0.3mm以上的石英砂进行棒磨擦洗，结果表明，经磨矿擦洗后，Fe2O3从0.19%降低到0.10%，铁的去除率达47.4%。我们在对云南某地石英采用加药高效强力擦洗，配合适当的工艺和设备，结果发现比采用棒磨擦洗效果好，棒磨擦洗后收率为49%，而加药高效强力擦洗回收率为73%。加药的目的是增大杂质矿物和石英颗粒表面的电斥力，增强杂质矿物与石英颗粒相互间的分离效果。

（三）磁选

磁选工艺的采用，可以最大限度的清除包括连生体颗粒在内的赤铁矿、褐铁矿和黑云母等弱磁性杂质矿物。强磁选通常采用湿式强磁选机或高梯度磁选机。一般而言，对杂质以褐铁矿、赤铁矿、黑云母等弱磁性杂质矿物为主的石英，利用湿式强磁机在10000奥斯特以上可以选出；对含杂以磁铁矿为主的强磁性矿物，则采用弱磁机对或中磁机进行选别效果比较好，上村宏﹒田渊平次采用强磁机对濑户石英砂进行了实验条件研究，结果表明，磁选数和磁场强度选除铁效果有重要影响，随磁选次数的增加，含铁量逐渐减少，而一定的磁场强度下可除去大部分的铁质，但此后磁场强度即使提高很多，除铁率也无多大变化。另外，石英砂粒度越细，除铁效果越好，其原因是细粒石英砂中含铁杂质矿物量高的缘故。当石英砂原砂中含杂质矿物较多时，仅采用擦洗、脱泥和磁选是不能将石英砂提纯成高纯砂的，为了进一步提高石英的纯度和降除杂质

（四）浮选

考虑到含氟废水对环境的严重影响，国外于70年代出现了“无氟有酸浮洗法”如日本在实现长石与石英的分离中，采用硫酸或盐酸（PH=2）调浆，加高级脂肪族胺盐和石油磺酸钠混合捕收剂浮选获得成功，无氟无酸浮选法是近年来大力开发的石英长石浮选分离新工艺，唐甲莹等从1984年开始研究阴阳离子混合捕收剂浮选分离新工艺，该方法是在自然中性介质中，利用石英、长石结构组成的差异，合理调配阴阳离子捕收剂的配比，优先浮选出长石，实现二者的分离。但无氟无酸浮选法不如HF法和酸法成熟，目前尚未见到工业生产的应用的报道，云母与石英的等电点相近，分选难度大，采用酸性条件下阴离子捕收剂，或在碱性条件下阴-阳离子捕收剂两种方法浮选，可获得很好的效果。一般而言，经过擦洗、脱泥、磁选和浮选后，石英的纯度可达到99.3%-99.9%，基本上满足工业用砂的需求。