4 روش درمانی رایج برای شن کوارتز با خلوص بالا

2025-03-27

سیلیس کوارتز با خلوص بالا، پایه مواد برای توسعه صنایع های‌تک است و زمینه‌های کاربرد آن شامل فیبرهای نوری، صنایع نظامی و فضایی می‌باشد. این زمینه‌ها دارای الزامات بسیار سختی در مورد خلوص سیلیس کوارتز هستند، به‌ویژه برای ناخالصی‌هایی مانند آهن، آلومینیوم و سایر ناخالصی‌ها.

ناخالصی‌های معدنی در شن کوارتز معمولاً به صورت مواد معدنی غیر کوارتز مانند فلدسپات، میکا، گارنت، زیرکون، ایلمینیت و بسیاری دیگر وجود دارند. این ناخالصی‌ها عمدتاً به روش‌های زیر وجود دارند:

به عنوان مواد معدنی به طور آزاد، آنها به طور شیمیایی با بلورهای کوارتز ترکیب نشده‌اند؛

به عنوان تکه‌های معدنی که به‌طور شیمیایی و فیزیکی با بلورهای کوارتز در سطح آن ترکیب شده‌اند، این ناخالصی‌ها عمدتاً شامل مواد معدنی حاوی آهن و مواد معدنی حاوی آلومینیوم هستند؛

(3) مواد معدنی که توسط ذرات کوارتز احاطه شده‌اند یا توسط بلورهای کوارتز با یکدیگر ترکیب شده‌اند؛

به عنوان یون‌های بین‌دستگاهی برای جایگزینی سیلیکون، این ناخالصی‌ها عمدتاً شامل: Al3+، Fe2+، Fe3+، B3+، Ti4+، Ge4+، P5+ و غیره هستند. این یون‌ها Si4+ را جایگزین می‌کنند تا پیوندهای کووالانسی تشکیل دهند. هنگامی که این اتفاق می‌افتد، معمولاً با دوپینگ عناصری مانند Li1+، K1+، Na1+ و H1+ همراه است تا بی‌طرفی الکتریکی شبکه SiO2 حفظ شود. عنصر Al یکی از عناصر اصلی ناخالصی در سنگ کوارتز است و Al3+ و Si4+ دارای شعاع‌های مشابهی هستند که می‌توانند به راحتی Si4+ را جایگزین کنند و محتوای آن معمولاً به چند هزار ppm می‌رسد. بنابراین، محتوای Al یک شاخص مهم از کیفیت سنگ کوارتز است.

در حال حاضر، فرآیند تصفیه شن کوارتز با خلوص بالا عمدتاً شامل خردایش مکانیکی، جداسازی مغناطیسی، شناورسازی، شستشوی اسیدی و غیره است که می‌تواند ناخالصی‌های یون فلزی در شبکه کوارتز را به طور مؤثر حذف کند.

1. خرد کردن مکانیکی

تراش مکانیکی یک روش است که از نیروی مکانیکی برای کاهش اندازه ذرات مواد معدنی استفاده می‌کند. در فرآیند تصفیه کوارتز با خلوص بالا، این فرآیند عمدتاً برای جداسازی ناخالصی‌های غیرساختاری در مواد معدنی کوارتز از کوارتز است. ناخالصی‌های غیرساختاری به گنجایش‌های معدنی (ناخالصی‌های معدنی) و گنجایش‌های گاز-مایع (گنجایش‌های مایع) اشاره دارد. ناخالصی‌ها در مرزهای دانه‌های کوارتز وجود دارند. پس از خرد شدن مواد معدنی کوارتز اولیه، اندازه ذرات کاهش می‌یابد و مساحت سطح ویژه افزایش می‌یابد، به طوری که ناخالصی‌های بین مرزهای دانه‌ها بر روی سطح خارجی ذرات کوارتز نمایان می‌شوند و در نتیجه کارایی تصفیه فرآیند بعدی بهبود می‌یابد.

در فرآیند پودر کردن مکانیکی، به دلیل ماهیت نسبتاً سخت مواد معدنی کوارتز، تماس و اصطکاک مکرر با تجهیزات به ناچار ناخالصی‌ها را وارد کرده و باعث آلودگی می‌شود.

معدن‌های کوارتز به‌طور فوق‌العاده‌ای با فرآیند آسیاب گلوله‌ای سرامیکی مرطوب پودر شده‌اند و اندازه ذرات کوارتز پراکنده آزمایش شده است. سطح اطراف غیرفعال شده و گردی آن به‌وضوح افزایش یافته است؛ و کوارتز با شستشوی آب و شستشوی اسیدی تصفیه شده و سفیدی کوارتز به‌دست‌آمده به‌وضوح بهبود یافته است که ارزش مرجع معینی برای تحقیقات در زمینه توسعه و کاربرد کوارتز دارد.

2. جداسازی مغناطیسی

در فرآیند تصفیه کوارتز با خلوص بالا، هدف از جداسازی مغناطیسی حذف برخی از مواد معدنی مغناطیسی، مانند ایلمنیت مغناطیسی، پیریت، لیمونیت و گارنت، در گنجایش‌های سنگ معدن کوارتز مغناطیسی است که تأثیر خوبی بر حذف و جداسازی ناخالصی‌های مغناطیسی مانند آهن و تیتانیوم در سنگ معدن کوارتز خام دارد.

قدرت میدان مغناطیسی جداکننده مغناطیسی قابل تنظیم است، که به عنوان جداسازی مغناطیسی گرادیان نیز شناخته می‌شود. از مغناطیس ضعیف برای حذف مگنتیت و از مغناطیس قوی برای حذف مواد معدنی مغناطیسی مانند ایلمنیت، لیمونیت، هماتیت و گارنت استفاده می‌شود. برای ناخالصی‌های معدنی سنگین (مواد معدنی کلاستیک سرزمین‌زایی با چگالی خاص بیشتر از ۲.۸۶، مانند زیرکون، اپیدوت، گارنت و غیره) که در سنگ معدن کوارتز اصلی وجود دارند، معمولاً از روش‌هایی مانند جداسازی گرانشی و جداسازی مغناطیسی با شدت بالا استفاده می‌شود. معمولاً، مواد معدنی کوارتز هستند.پاک شدهپس از جداسازی مغناطیسی، که خلوص و سفیدی شن کوارتز را بهبود می‌بخشد.

۳. شناورسازی

فلوتاسیون جداسازی انتخابی مواد هیدروفوبیک و هیدروفیلیک بر اساس تفاوت در قابلیت مرطوب شدن سطح بدنه سنگ معدن است، چه به طور طبیعی و چه پس از اصلاح. در فرآیند تصفیه کوارتز با خلوص بالا، فلوتاسیون عمدتاً برای حذف مواد معدنی میکا و فلدسپار که با کوارتز همزیستی دارند، استفاده می‌شود و همچنین می‌تواند مواد معدنی حاوی فسفر و آهن را نیز فلوت کند.

بر اساس مواد شیمیایی مختلفی که استفاده می‌شود، شناورسازی شن کوارتز می‌تواند به شناورسازی شن کوارتز فلورین‌دار و شناورسازی شن کوارتز بدون فلورین تقسیم شود. شناورسازی شن کوارتز فلورین‌دار از مواد حاوی فلورین، مانند اسید هیدروفلوئوریک (HF) به عنوان فعال‌کننده فلدسپات و اسید سولفوریک به عنوان اصلاح‌کننده استفاده می‌کند، به طوری که تحت شرایط اسیدی قوی با pH=2-3، دکسیل‌آمین به عنوان جمع‌آورنده استفاده می‌شود و فلدسپات فعال‌شده به‌طور پیش‌ساز جذب و سپس جدا می‌شود. به‌طور مشابه، شناورسازی کوارتز بدون فلورین به استفاده از اسید سولفوریک یا اسید هیدروکلریک به عنوان فعال‌کننده مواد معدنی ناخالص در کوارتز بدون استفاده از مواد حاوی فلورین مربوط می‌شود و سپس از جمع‌آورنده‌های مربوطه برای شناورسازی و جداسازی کوارتز و مواد معدنی ناخالص استفاده می‌شود. علاوه بر این، برخی از مطالعات نشان داده‌اند که اثر شناورسازی جمع‌آورنده‌های مخلوط بهتر از جمع‌آورنده‌های تک است و از نظر هزینه نسبتاً مقرون به صرفه است.

برخی از محققان فلوتاسیون معکوس دوغاب شن کوارتز رگ را برای تهیه شن کوارتز با خلوص بالا انجام دادند و از جمع‌کننده‌های مخلوط برای تصفیه شن کوارتز ترکیبی ریز-درشت استفاده کردند تا محصولات کوارتز با درجه 4N به دست آورند. مقدار عامل کف‌زا روغن 2# برابر با 75 گرم در تن است، شن کوارتز در حین انتخاب خشن با اسید سولفوریک اسیدشده و دی‌آمین پروپیلن به عنوان جمع‌کننده استفاده می‌شود؛ دوز آن 1:4 است. در نتایج آزمایش، حذف ناخالصی‌ها بیش از 50% بود، مجموع ناخالصی‌ها 99.01 میکروگرم در گرم بود و نرخ‌های حذف عناصر آلومینیوم و آهن به ترتیب به 37.50% و 84.15% رسید.

۴. لیچینگ اسیدی

فرایند شستشوی اسیدی یک روش برای تصفیه کوارتز است که بر اساس حلالیت متفاوت کوارتز، میکا و فلدسپات در محلول‌های اسیدی انجام می‌شود. شستشوی اسیدی می‌تواند به طور مؤثری فیلم اکسیدی روی سطح و سنگ آهن را حذف کند. برای ناخالصی‌های معدنی مانند میکا و فلدسپات، معمولاً از اسید هیدروفلوئوریک برای حل کردن استفاده می‌شود. رسانه‌های اسیدی معمولاً مورد استفاده برای شستشوی اسیدی شامل اسید هیدروکلریک، اسید سولفوریک، اسید نیتریک، اسید استیک و اسید هیدروفلوئوریک هستند. در میان آن‌ها، اسید رقیق تأثیر بهتری در حذف آلومینیوم و آهن دارد و اسید سولفوریک غلیظ‌تر، آب طلا و اسید هیدروفلوئوریک برای حذف کروم و تیتانیوم استفاده می‌شود.

مطالعات نشان داده‌اند که همزیستی اسید رقیق و اسید هیدروفلوئوریک می‌تواند به طور مؤثری آهن، آلومینیوم، منیزیم و سایر ناخالصی‌های فلزی را حذف کند، اما باید مقدار اسید هیدروفلوئوریک کنترل شود زیرا این اسید می‌تواند ذرات کوارتز را فرسایش دهد. استفاده از انواع مختلف اسیدها همچنین بر کیفیت تصفیه و پردازش تأثیر می‌گذارد. در میان آن‌ها، اثر پردازش اسید مخلوط HCl و HF بهترین است.

آزمایشگاه از مخلوطی از HCl و HF به عنوان عامل شستشوی ترکیبی برای تصفیه شن کوارتز پس از جداسازی مغناطیسی استفاده کرد. از طریق شستشوی شیمیایی، مقدار کل عناصر ناخالصی 40.71 میکروگرم در گرم است و خلوص SiO2 به 99.993 درصد وزنی می‌رسد.

جوهر شستشوی اسیدی تعامل بین محلول اسیدی و مواد معدنی ناخالص است. بنابراین، در فرآیند شستشوی اسیدی، دما تأثیر زیادی بر نرخ واکنش و اثر نهایی تصفیه دارد. محقق از اسید هیدروکلریک و اسید اگزالیک به عنوان عوامل شستشوی مخلوط استفاده کرد تا تأثیر دما، زمان و غلظت شستشوی اسیدی بر اثر تصفیه کوارتز را بررسی کند و در نهایت دمای شستشوی اسیدی ۶۰ درجه سانتی‌گراد، زمان شستشوی اسیدی ۸ ساعت، غلظت اسید اگزالیک ۱۰ گرم در لیتر و غلظت HCl ۵ درصد، نسبت مایع به جامد ۱:۵ و سرعت هم زدن ۵۰۰ دور در دقیقه را به عنوان بهترین شرایط برای شستشوی اسیدی تعیین کرد. نتایج نشان می‌دهد که حذف آهن ۵۰ درصد است.

دما و فشار بالا در استخراج

این یک فناوری هیدرومتالورژیکی نسبتاً بالغ در پردازش سنگ معدن فلز است. این فناوری می‌تواند به طور مؤثری مصرف اسید را با دما و فشار بالا کاهش دهد. فشار بالا توسط محیط بسته راکتور مخزن که از پوشش استیل ضد زنگ و لایه تفلون تشکیل شده، تأمین می‌شود. این فناوری می‌تواند همزیست‌ها و گنجایش‌ها را به طور مؤثرتری حذف کند، که اثر تصفیه سنگ‌های معدنی سرسخت بهتر از جداسازی مغناطیسی و شناور سازی است.