4 gängige Behandlungs­methoden für hochreinen Quarzsand

2025-03-27

Hochreiner Quarzsand ist die Materialbasis für die Entwicklung von Hochtechnologiebranchen, und seine Anwendungsgebiete umfassen optische Fasern, Militär- und Raumfahrtindustrie. Diese Bereiche haben äußerst strenge Anforderungen an die Reinheit von Quarzsand, insbesondere bezüglich Fe, Al und anderen Verunreinigungen.

Mineralische Verunreinigungen im Quarzsand liegen normalerweise in Form von nicht-quarzischen Mineralien wie Feldspat, Glimmer, Granat, Zirkon, Ilmenit und vielen anderen vor. Diese Verunreinigungen liegen hauptsächlich in den folgenden Formen vor:

(1) Als lockere begleitende Mineralien, die nicht chemisch mit Quarzkrystallen verbunden sind;

(2) Als Mineralfragmente, die chemisch und physikalisch mit Quarzkrystallen an ihrer Oberfläche verbunden sind, wobei diese Verunreinigungen hauptsächlich eisenhaltige Mineralien und aluminiumhaltige Mineralien sind;

(3) Mineralien, die von Quarzpartikeln umhüllt oder von Quarzkrystallen umgeben sind, die miteinander verbunden sind;

(4) Als Zwischenelemente, die Silicon ersetzen, umfassen diese Verunreinigungen hauptsächlich: Al3+, Fe2+, Fe3+, B3+, Ti4+, Ge4+, P5+ usw. Diese Ionen ersetzen Si4+, um kovalente Bindungen zu bilden. Wenn dies geschieht, geht es normalerweise mit dem Dotieren von Elementen wie Li1+, K1+, Na1+ und H1+ einher, um die elektrische Neutralität des SiO2-Gitters aufrechtzuerhalten. Al-Element ist eines der Hauptverunreinigungsbestandteile im Quarz-Erz, und Al3+ und Si4+ haben ähnliche Radien, sodass sie leicht Si4+ ersetzen können, und ihr Gehalt liegt normalerweise bei mehreren Tausend ppm. Daher ist der Al-Gehalt ein wichtiger Indikator für die Qualität von Quarz-Erz.

Derzeit umfasst der Reinigungsvorgang von hochreinem Quarzsand hauptsächlich mechanische Zerkleinerung, magnetische Trennung, Flotation, Säureauslaugung usw., die effektiv metallische Ionenverunreinigungen im Quarzgitter entfernen können.

1. Mechanische Zerkleinerung

Mechanische Zerkleinerung ist eine Methode, die mechanische Kräfte nutzt, um die Partikelgröße von Mineralien zu reduzieren. Im Reinigungsprozess von hochreinem Quarz besteht dieser Vorgang hauptsächlich darin, nicht-strukturelle Verunreinigungen in Quarzmineralien von Quarz zu trennen. Nicht-strukturelle Verunreinigungen beziehen sich auf Mineralinclusions (mineralische Verunreinigungen) und gas-flüssige Inclusions (Fluidinclusions). Verunreinigungen existieren an den Korngrenzen des Quarzes. Nachdem die ursprünglichen Quarzminerale zerkleinert wurden, wird die Partikelgröße reduziert und die spezifische Oberfläche vergrößert, sodass die Verunreinigungen zwischen den Korngrenzen an der Außenfläche der Quarzpartikel exponiert werden, was die Reinigungseffizienz des nachfolgenden Prozesses verbessert.

Im Prozess der mechanischen Zerkleinerung führt die relativ harte Natur der Quarzminerale dazu, dass durch häufigen Kontakt und Reibung mit den Geräten unvermeidlich Verunreinigungen eingeführt und eine Kontamination verursacht wird.

Die Quarzminerale wurden durch den nasskeramischen Kugelmühlenprozess ultrafein zerkleinert, und die Partikelgröße der dispergierten Quarzpartikel wurde getestet. Die umgebende Oberfläche ist passiviert, und die Rundheit wurde offensichtlich erhöht; und der Quarz wird durch Wasserwäsche und Säureauslaugung gereinigt, wobei die Helligkeit des erhaltenen Quarzes offensichtlich verbessert wird, was einen gewissen Referenzwert für die Forschung zur Entwicklung und Anwendung von Quarz hat.

2. Magnetische Trennung

Im Reinigungsprozess von hochreinem Quarz besteht das Ziel der magnetischen Trennung darin, einige magnetische Mineralien, wie magnetisches Ilmenit, Pyrit, Limonit und Granat, in den Inklusionen von magnetischem Quarzminerall zu entfernen, was eine gute Wirkung auf die Entfernung und Trennung von magnetischen Verunreinigungen wie Eisen und Titan im Rohquarzmineral hat.

Die magnetische Feldstärke des Magnetabscheiders kann eingestellt werden, auch bekannt als Gradient-Magnettrennung, verwendet schwachen Magnetismus zur Entfernung von Magnetit und starken Magnetismus zur Entfernung von magnetischen Mineralien wie Ilmenit, Limonit, Hämatit und Granat. Für schwere Mineralverunreinigungen (terrestrische klastische Mineralien mit einer spezifischen Dichte von mehr als 2,86, wie Zirkon, Epidot, Granat usw.), die im ursprünglichen Quarzerz vorhanden sind, werden in der Regel Methoden wie die Schwerkrafttrennung und hochintensive magnetische Trennung verwendet. Normalerweise werden Quarzminerale geschrubbt nach der magnetischen Trennung, was die Reinheit und Helligkeit des Quarzsands verbessern wird.

3. Flotation

Flotation ist die selektive Trennung von hydrophoben Substanzen und hydrophilen Substanzen entsprechend dem Unterschied in der Benetzbarkeit der Erzoberfläche, entweder natürlich oder nach Modifikation. Im Reinigungsprozess von hochreinem Quarz wird die Flotation hauptsächlich verwendet, um Glimmer- und Feldspatmineralien, die mit Quarz koexistieren, zu entfernen, und sie kann auch Phosphor- und eisenhaltige Mineralien flotieren.

Je nach den verwendeten Reagenzien kann die Flotation von Quarzsand in Flussquarzsandflotation und fluoridfreie Quarzsandflotation unterteilt werden. Bei der Flussquarzsandflotation werden flusshaltige Mittel eingesetzt, wie z.B. Flusssäure (HF) als Feldspataktivator und Schwefelsäure als Modifizierer, sodass unter den starken sauren Bedingungen mit pH=2-3 Dodecylamin als Sammler verwendet wird, und der aktivierte Feldspat wird im Voraus adsorbiert und dann getrennt. Ebenso verwendet die fluoridfreie Quarzflotation Schwefelsäure oder Salzsäure als Aktivator für Verunreinigungsminerale im Quarz, ohne flusshaltige Mittel zu verwenden, und nutzt anschließend den entsprechenden Sammler, um Quarz und Verunreinigungsmineralien zu flotieren und zu trennen. Darüber hinaus haben einige Studien gezeigt, dass der Flotationseffekt von Mischsammlern besser ist als der von Einzelsammlern und relativ kosteneffektiv.

Einige Forscher führten eine umgekehrte Flotation von Quarzsand-Schlämme durch, um hochreinen Quarzsand herzustellen, und verwendeten gemischte Sammler, um den feinkörnigen und grobkörnigen Quarzsand zu reinigen, um Quarzprodukte der Klasse 4N zu erhalten. Die Menge des Schäumungsmittels 2# Öl beträgt 75 g/t, der Quarzsand wird während der Grobauswahl mit Schwefelsäure versauert, und Propylendiamin wird als Sammler verwendet; die Dosierung beträgt 1:4. In den experimentellen Ergebnissen machte die Entfernung von Verunreinigungen mehr als 50% aus, die Gesamtmenge der Verunreinigungen betrug 99,01 μg/g, und die Entfernungsmengen von elementalem Al und Fe erreichten 37,50% bzw. 84,15%.

4. Säureauslaugung

Die Säureauslaugung ist ein Mittel zur Quarzreinigung, das sich nach der unterschiedlichen Löslichkeit von Quarz, Glimmer und Feldspat in sauren Lösungen richtet. Die Säureauslaugung kann den Oxidfilm auf der Oberfläche und Eisenerze effektiv entfernen. Für mineralische Verunreinigungen wie Glimmer und Feldspat wird in der Regel Flusssäure zur Auflösung verwendet. Zu den gängigen Säuremolekülen für die Säureauslaugung gehören Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Essigsäure und Flusssäure. Dabei hat verdünnte Säure eine bessere Wirkung auf die Entfernung von Al und Fe, während stärker saure konzentrierte Schwefelsäure, Königswasser und Flusssäure zur Entfernung von Cr und Ti eingesetzt werden.

Studien haben gezeigt, dass das Nebeneinander von verdünnter Säure und Flusssäure Fe, Al, Mg und andere metallische Verunreinigungen effektiv entfernen kann, jedoch sollte die Menge an Flusssäure kontrolliert werden, da Flusssäure Quarzpartikel angreifen kann. Der Einsatz verschiedener Arten von Säuren beeinflusst auch die Qualität der Reinigung und Verarbeitung. Dabei ist die Verarbeitungseffizienz von HCl und HF Mischsäure die beste.

Das Labor verwendete ein Gemisch aus HCl und HF als Auslaugungsmittel, um den Quarzsand nach der magnetischen Trennung zu reinigen. Durch chemische Auslaugung betrug die Gesamtmenge der Verunreinigungs-elemente 40,71 μg/g, und die Reinheit von SiO2 liegt bei beeindruckenden 99,993 Gew.%

Das Wesen der Säureauslaugung ist die Wechselwirkung zwischen der Säurelösung und Verunreinigungsmineralien. Daher hat die Temperatur während des Prozesses der Säureauslaugung einen großen Einfluss auf die Reaktionsgeschwindigkeit und die endgültige Reinigungseffizienz. Das Labor verwendete Salzsäure und Oxalsäure als gemischte Auslaugungsmittel, um die Auswirkungen von Temperatur, Zeit und Konzentration der Säureauslaugung auf die Reinigungseffizienz von Quarz zu untersuchen und stellte schließlich die Säureauslaugungstemperatur von 60 °C, die Auslaugungszeit von 8 h, die Oxalsäure-Konzentration von 10 g/L und die HCl-Konzentration von 5 %, das Verhältnis von Flüssigkeit zu Feststoff von 1:5 und die Rührgeschwindigkeit von 500 U/min als die besten Bedingungen für die Säureauslaugung fest. Die Ergebnisse zeigen, dass die Entfernung von Eisen 50% ausmacht.

Hochtemperatur- und Hochdruckauslaugung

Es handelt sich um eine relativ ausgereifte hydrometallurgische Technologie in der Metalloreverarbeitung. Diese Technologie kann den Säureverbrauch durch hohe Temperaturen und hohen Druck effektiv reduzieren. Der hohe Druck wird durch die geschlossene Umgebung des Tankreaktors, der aus einem Edelstahlmantel und einer Teflon-Innenauskleidung besteht, bereitgestellt. Sie kann Symbionten und Einschlüsse effektiver entfernen, deren Reinigungseffizienz bei hartnäckigen Erzen besser ist als die von magnetischer Trennung und Flotation.