4 métodos de tratamiento comunes para arena de cuarzo de alta pureza

2025-03-27

La arena de cuarzo de alta pureza es la base material para el desarrollo de industrias de alta tecnología, y sus campos de aplicación involucran fibras ópticas, industria militar y aeroespacial. Estos campos tienen requisitos extremadamente estrictos sobre la pureza de la arena de cuarzo, especialmente para Fe, Al y otras impurezas.

Las impurezas minerales en la arena de cuarzo generalmente existen en forma de minerales no cuarzo como feldespato, mica, granate, circonio, ilmenita y muchos otros. Estas impurezas existen principalmente de las siguientes maneras:

(1) Como minerales asociados sueltos, no están combinados químicamente con cristales de cuarzo;

(2) Como fragmentos de minerales, combinados químicamente y físicamente con cristales de cuarzo en su superficie, estas impurezas son principalmente minerales que contienen hierro y minerales que contienen aluminio;

(3) Minerales envueltos por partículas de cuarzo o rodeados por cristales de cuarzo que se combinan entre sí;

(4) Como iones intersticiales para reemplazar el silicio, estas impurezas incluyen principalmente: Al3+, Fe2+, Fe3+, B3+, Ti4+, Ge4+, P5+, etc. Estos iones reemplazan a Si4+ para formar enlaces covalentes. Cuando esto ocurre, generalmente se acompaña de dopaje de elementos como Li1+, K1+, Na1+ y H1+ para mantener la neutralidad eléctrica de la red de SiO2. El elemento Al es uno de los principales elementos de impureza en el mineral de cuarzo, y Al3+ y Si4+ tienen radios similares, lo que les permite reemplazar fácilmente a Si4+, y su contenido suele ser tan alto como varios miles de ppm. Por lo tanto, el contenido de Al es un indicador importante de la calidad del mineral de cuarzo.

Actualmente, el proceso de purificación de arena de cuarzo de alta pureza incluye principalmente pulverización mecánica, separación magnética, flotación, lixiviación ácida, etc., que pueden eliminar eficazmente las impurezas de iones metálicos en la red de cuarzo.

1. Pulverización mecánica

La pulverización mecánica es un método que utiliza fuerza mecánica para reducir el tamaño de partícula de los minerales. En el proceso de purificación de cuarzo de alta pureza, este proceso se utiliza principalmente para separar impurezas no estructurales en los minerales de cuarzo del cuarzo. Las impurezas no estructurales se refieren a inclusiones minerales (impurezas minerales) e inclusiones de gas-líquido (inclusiones fluidas). Las impurezas existen en los límites de grano del cuarzo. Después de que los minerales de cuarzo originales sean triturados, el tamaño de partícula se reduce y el área de superficie específica aumenta, de modo que las impurezas entre los límites de grano quedan expuestas en la superficie externa de las partículas de cuarzo, mejorando así la eficiencia de purificación del proceso posterior.

En el proceso de pulverización mecánica, debido a la naturaleza relativamente dura de los minerales de cuarzo, el contacto y la fricción frecuentes con el equipo inevitablemente introducirán impurezas y causarán contaminación.

Los minerales de cuarzo fueron pulverizados ultrafino mediante el proceso de molienda con bolas de cerámica en húmedo, y se probó el tamaño de partícula de las partículas de cuarzo dispersas. La superficie circundante se pasivó, y la esfericidad aumentó notablemente; y el cuarzo se purificó mediante lavado con agua y lixiviación ácida, y la blancura del cuarzo obtenido mejoró notablemente, lo que tiene un cierto valor de referencia para la investigación sobre el desarrollo y la aplicación del cuarzo.

2. Separación magnética

En el proceso de purificación del cuarzo de alta pureza, el propósito de la separación magnética es eliminar algunos minerales magnéticos, como la ilmenita magnética, la pirita, la limonita y la granate, en las inclusiones del mineral de cuarzo magnético, lo que tiene un buen efecto en la eliminación y separación de impurezas magnéticas como hierro y titanio en el mineral de cuarzo crudo.

La intensidad del campo magnético del separador magnético puede ajustarse, también conocido como separación magnética en gradiente, se utiliza magnetismo débil para eliminar magnetita, y se utiliza magnetismo fuerte para eliminar minerales magnéticos como ilmenita, limonita, hematites y granate. Para las impurezas minerales pesadas (minerales clásticos terrígenos con gravedad específica mayor a 2.86, como zirconio, epidota, granate, etc.) que existen en el mineral de cuarzo original, se utilizan generalmente métodos como separación por gravedad y separación magnética de alta intensidad. Por lo general, los minerales de cuarzo sondesinfectado después de la separación magnética, lo que mejorará la pureza y blancura de la arena de cuarzo.

3.Flotación

La flotación es la separación selectiva de sustancias hidrofóbicas y sustancias hidrofílicas según la diferencia en la humectabilidad de la superficie del cuerpo mineral, ya sea de forma natural o tras una modificación. En el proceso de purificación del cuarzo de alta pureza, la flotación se utiliza principalmente para eliminar minerales de mica y feldespato que coexisten con el cuarzo, y también puede flotar minerales que contienen fósforo y hierro.

Según los diferentes reactivos utilizados, la flotación de arena de cuarzo se puede dividir en flotación de arena de cuarzo con flúor y flotación de arena de cuarzo sin flúor. La flotación de arena de cuarzo con flúor utiliza agentes que contienen flúor, como el ácido fluorhídrico (HF) como activador de feldespato, y ácido sulfúrico como modificador, de modo que bajo condiciones de ácido fuerte de pH=2-3, la dodecilamina utilizada como colector, y el feldespato activado se adsorbe previamente y luego se separa. De manera similar, la flotación de cuarzo sin flúor es utilizar ácido sulfúrico o ácido clorhídrico como el activador de minerales de impurezas en el cuarzo sin usar agentes que contengan flúor, y luego usar el colector correspondiente para flotar y separar el cuarzo y los minerales de impurezas. Además, algunos estudios han demostrado que el efecto de flotación de colectores mixtos es mejor que el de colectores únicos y es relativamente rentable.

Algunos investigadores realizaron flotación inversa de pulpa de arena de cuarzo en veta para preparar arena de cuarzo de alta pureza y utilizaron colectores mixtos para purificar la arena de cuarzo combinada fina-gruesa para obtener productos de cuarzo de grado 4N. La cantidad de agente espumante de aceite 2# es 75g/t, la arena de cuarzo se acidifica con ácido sulfúrico durante la selección gruesa, y se utiliza diamina propileno como colector; La dosis es 1:4. En los resultados experimentales, la eliminación de impurezas representó más del 50%, la cantidad total de impurezas fue de 99.01 μg/g, y las tasas de eliminación de Al y Fe elementales alcanzaron el 37.50% y 84.15%, respectivamente.

4.Lixiviación ácida

La lixiviación ácida es un medio de purificación del cuarzo según la diferente solubilidad del cuarzo, mica y feldespato en soluciones ácidas. La lixiviación ácida puede eliminar de manera efectiva la película de óxido en la superficie y mineral de hierro. Para impurezas minerales como mica y feldespato, generalmente se utiliza ácido fluorhídrico para la disolución. Los medios ácidos comúnmente utilizados para la lixiviación ácida incluyen ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido nítrico, ácido acético y ácido fluorhídrico. Entre ellos, el ácido diluido tiene un mejor efecto para eliminar Al y Fe, y ácidos sulfúricos concentrados más ácidos, agua regia y ácido fluorhídrico se utilizan para eliminar Cr y Ti.

Los estudios han demostrado que la coexistencia de ácido diluido y ácido fluorhídrico puede eliminar de manera efectiva Fe, Al, Mg y otras impurezas metálicas, pero la cantidad de ácido fluorhídrico debe controlarse porque el ácido fluorhídrico puede erosionar partículas de cuarzo. El uso de diferentes tipos de ácidos también afecta la calidad de la purificación y el procesamiento. Entre ellos, el efecto de procesamiento del ácido mezclado HCl y HF es el mejor.

El laboratorio utilizó un agente de lixiviación mezclado de HCl y HF para purificar la arena de sílice después de la separación magnética. A través de la lixiviación química, la cantidad total de elementos de impureza es de 40.71 μg/g, y la pureza de SiO2 es tan alta como 99.993% en peso.

La esencia de la lixiviación ácida es la interacción entre la solución ácida y los minerales de impureza. Por lo tanto, en el proceso de lixiviación ácida, la temperatura tiene una gran influencia en la velocidad de reacción y el efecto final de purificación. El laboratorio utilizó ácido clorhídrico y ácido oxálico como agentes de lixiviación mezclados para estudiar el efecto de la temperatura, el tiempo y la concentración de la lixiviación ácida en el efecto de purificación del cuarzo, y finalmente determinó que la temperatura de lixiviación ácida de 60 °C, el tiempo de lixiviación ácida de 8 h, la concentración de ácido oxálico de 10 g/L, la concentración de HCl del 5%, la relación líquido-sólido de 1:5 y la velocidad de agitación de 500 rpm son las mejores condiciones para la lixiviación ácida. Los resultados muestran que la eliminación de hierro representa el 50%.

Lixiviación a alta temperatura y alta presión

Es una tecnología hidrometalúrgica relativamente madura en el procesamiento de minerales metálicos. Esta tecnología puede reducir eficazmente el consumo de ácido mediante alta temperatura y alta presión. La alta presión es proporcionada por el entorno cerrado del reactor de tanque compuesto por un manto de acero inoxidable y un revestimiento de teflón. Puede eliminar simbiontes e inclusiones de manera más efectiva, cuyo efecto de purificación de minerales terrosos es mejor que el de la separación magnética y la flotación.