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.

The magnetic field strength of the magnetic separator can be adjusted, also known as gradient magnetic separation, use weak magnetism to remove magnetite, and use strong magnetism to remove magnetic minerals such as ilmenite, limonite, hematite, and garnet. For heavy mineral impurities (terrigenous clastic minerals with specific gravity greater than 2.86, such as zircon, epidote, garnet, etc.) existing in the original quartz ore, methods such as gravity separation and high-intensity magnetic separation are generally used. Usually, quartz minerals are geschrubbt after magnetic separation, which will improve the purity and whiteness of quartz sand.

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.

According to the different reagents used, quartz sand flotation can be divided into fluorine quartz sand flotation and fluorine-free quartz sand flotation. Fluorine quartz sand flotation uses fluorine-containing agents, such as hydrofluoric acid (HF) as a feldspar activator, and sulfuric acid as a modifier, so that under the strong acid conditions of pH=2-3, dodecylamine used as a collector, and the activated feldspar is adsorbed in advance and then separated. Similarly, fluorine-free quartz flotation is to use sulfuric acid or hydrochloric acid as the activator of impurity minerals in quartz without using fluorine-containing agents, and then use the corresponding collector to flotate and separate quartz and impurity minerals. In addition, some studies have shown that the flotation effect of mixed collectors is better than that of single collectors and is relatively cost-effective.

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.