4 méthodes de traitement courantes pour le sable de quartz haute pureté

2025-03-27

Le sable de quartz de haute pureté est la base matérielle pour le développement des industries de haute technologie, et ses domaines d'application impliquent les fibres optiques, l'industrie militaire et aérospatiale. Ces domaines ont des exigences extrêmement strictes concernant la pureté du sable de quartz, en particulier pour le Fe, l'Al et d'autres impuretés.

Les impuretés minérales dans le sable de quartz existent généralement sous la forme de minéraux non siliceux tels que le feldspath, la mica, le grenat, le zircon, l'ilménite et bien d'autres. Ces impuretés existent principalement de la manière suivante :

(1) En tant que minéraux associés lâches, elles ne sont pas chimiquement combinées avec les cristaux de quartz ;

(2) En tant que fragments minéraux, chimiquement et physiquement combinés avec les cristaux de quartz à sa surface, ces impuretés sont principalement des minéraux contenant du fer et des minéraux contenant de l'aluminium ;

(3) Minéraux enveloppés par des particules de quartz ou entourés par des cristaux de quartz combinés entre eux ;

(4) En tant qu'ions interstitiels pour remplacer le silicium, ces impuretés comprennent principalement : Al3+, Fe2+, Fe3+, B3+, Ti4+, Ge4+, P5+, etc. Ces ions remplacent Si4+ pour former des liaisons covalentes. Lorsque cela se produit, cela s'accompagne généralement du dopage d'éléments tels que Li1+, K1+, Na1+ et H1+ pour maintenir la neutralité électrique du réseau SiO2. L'élément Al est l'un des principaux éléments d'impureté dans le minerai de quartz, et Al3+ et Si4+ ont des rayons similaires, ce qui leur permet de remplacer facilement Si4+, et sa teneur est généralement aussi élevée que plusieurs milliers de ppm. Par conséquent, la teneur en Al est un indicateur important de la qualité du minerai de quartz.

Actuellement, le processus de purification du sable de quartz de haute pureté comprend principalement la pulvérisation mécanique, la séparation magnétique, la flottation, le lavage acide, etc., qui peuvent efficacement éliminer les impuretés d'ions métalliques dans le réseau de quartz.

1. Pulvérisation mécanique

La pulvérisation mécanique est une méthode qui utilise une force mécanique pour réduire la taille des particules des minéraux. Dans le processus de purification du quartz de haute pureté, ce processus vise principalement à séparer les impuretés non structurelles des minéraux de quartz. Les impuretés non structurelles se réfèrent aux inclusions minérales (impuretés minérales) et aux inclusions gaz-liquide (inclusions fluides). Les impuretés existent dans les limites des grains de quartz. Après que les minéraux de quartz d'origine aient été broyés, la taille des particules est réduite et la surface spécifique est augmentée, de sorte que les impuretés entre les limites des grains sont exposées à la surface extérieure des particules de quartz, améliorant ainsi l'efficacité de purification du processus suivant.

Dans le processus de pulvérisation mécanique, en raison de la nature relativement dure des minéraux de quartz, le contact et le frottement fréquents avec l'équipement introduiront inévitablement des impuretés et provoqueront une pollution.

Les minéraux de quartz ont été ultra-fins broyés par un processus de broyage à billes en céramique humide, et la taille des particules de quartz dispersées a été testée. La surface environnante est passivée, et la sphericité est manifestement augmentée ; et le quartz est purifié par lavage à l'eau et lavage acide, et la blancheur du quartz obtenu est manifestement améliorée, ce qui a une certaine valeur de référence pour la recherche sur le développement et l'application du quartz.

2. Séparation magnétique

Dans le processus de purification du quartz de haute pureté, l'objectif de la séparation magnétique est d'éliminer certains minéraux magnétiques, tels que l'ilménite magnétique, la pyrite, la limonite et les grenats, dans les inclusions du minerai de quartz magnétique, ce qui a un bon effet sur l'élimination et la séparation des impuretés magnétiques telles que le fer et le titane dans le minerai de quartz brut.

La force du champ magnétique du séparateur magnétique peut être ajustée, également connue sous le nom de séparation magnétique en gradient, utiliser un faible magnétisme pour éliminer la magnétite et utiliser un fort magnétisme pour éliminer des minéraux magnétiques tels que l'ilménite, la limonite, l'hématite et le grenat. Pour les impuretés minérales lourdes (minéraux clastiques d'origine terrigène avec une densité spécifique supérieure à 2,86, tels que le zircon, l'épidote, le grenat, etc.) présentes dans le minerai de quartz d'origine, des méthodes telles que la séparation par gravité et la séparation magnétique à haute intensité sont généralement utilisées. En général, les minéraux de quartz sontnettoyé après séparation magnétique, ce qui améliorera la pureté et la blancheur du sable de quartz.

3.Flotation

La flottation est la séparation sélective des substances hydrophobes et des substances hydrophiles selon la différence d'humidité de la surface du corps de minerai, soit naturellement, soit après modification. Dans le processus de purification du quartz haute pureté, la flottation est principalement utilisée pour éliminer les minéraux de mica et de feldspath qui coexistent avec le quartz, et elle peut également flotter des minéraux contenant du phosphore et du fer.

Selon les différents réactifs utilisés, la flottation du sable de quartz peut être divisée en flottation de sable de quartz fluoré et flottation de sable de quartz sans fluor. La flottation de sable de quartz fluoré utilise des agents contenant du fluor, tels que l'acide fluorhydrique (HF) comme activateur de feldspath, et de l'acide sulfurique comme modificateur, de sorte qu'under des conditions acides fortes avec un pH de 2 à 3, la dodécylamine utilisée comme collecte, et le feldspath activé est adsorbé au préalable puis séparé. De même, la flottation de quartz sans fluor consiste à utiliser de l'acide sulfurique ou de l'acide chlorhydrique comme activateur des minéraux d'impureté dans le quartz sans utiliser d'agents contenant du fluor, puis à utiliser le collecteur correspondant pour flotter et séparer le quartz et les minéraux d'impureté. De plus, certaines études ont montré que l'effet de flottation des collecteurs mixtes est meilleur que celui des collecteurs simples et est relativement rentable.

Certains chercheurs ont effectué une flottation inversée de la boue de sable de quartz filonien pour préparer du sable de quartz haute pureté, et ont utilisé des collecteurs mixtes pour purifier le sable de quartz combiné fin-gros afin d'obtenir des produits en quartz de qualité 4N. La quantité d'agent moussant 2# huile est de 75g/t, le sable de quartz est acidifié par de l'acide sulfurique lors de la sélection grossière, et le diamine de propylène est utilisé comme collecteur ; le dosage est de 1:4. Dans les résultats expérimentaux, l'élimination des impuretés a représenté plus de 50 %, le montant total des impuretés était de 99,01 μg/g, et les taux d'élimination de l'Al et du Fe élémentaires ont atteint respectivement 37,50 % et 84,15 %.

4.Lixiviation acide

La lixiviation acide est un moyen de purification du quartz selon la solubilité différente du quartz, du mica et du feldspath dans les solutions acides. La lixiviation acide peut efficacement éliminer le film d'oxyde à la surface et le minerai de fer. Pour les impuretés minérales telles que le mica et le feldspath, l'acide fluorhydrique est généralement utilisé pour la dissolution. Les milieux acides couramment utilisés pour la lixiviation acide incluent l'acide chlorhydrique, l'acide sulfurique, l'acide nitrique, l'acide acétique et l'acide fluorhydrique. Parmi eux, l'acide dilué a un meilleur effet sur l'élimination de l'Al et du Fe, et des acides concentrés plus acides tels que l'acide sulfurique concentré, l'eau régale et l'acide fluorhydrique sont utilisés pour éliminer le Cr et le Ti.

Des études ont montré que la coexistence d'acide dilué et d'acide fluorhydrique peut efficacement éliminer le Fe, l'Al, le Mg et d'autres impuretés métalliques, mais la quantité d'acide fluorhydrique doit être contrôlée car l'acide fluorhydrique peut éroder les particules de quartz. L'utilisation de différents types d'acides affecte également la qualité de purification et de traitement. Parmi eux, l'effet de traitement de l'acide mélangé HCl et HF est le meilleur.

Le laboratoire a utilisé un agent de lixiviation mixte de HCl et de HF pour purifier le sable de quartz après séparation magnétique. Grâce à la lixiviation chimique, la quantité totale d'éléments d'impuretés est de 40,71 μg/g, et la pureté du SiO2 est aussi élevée que 99,993 wt %.

L'essence de la lixiviation acide réside dans l'interaction entre la solution acide et les minéraux d'impuretés. Par conséquent, dans le processus de lixiviation acide, la température a une grande influence sur la vitesse de réaction et l'effet final de purification. Le laboratoire a utilisé de l'acide chlorhydrique et de l'acide oxalique comme agents de lixiviation mixte pour étudier l'effet de la température, du temps et de la concentration de la lixiviation acide sur l'effet de purification du quartz, et a finalement déterminé que la température de lixiviation acide de 60 °C, un temps de lixiviation acide de 8 heures, une concentration d'acide oxalique de 10 g/L, une concentration de HCl de 5 %, un rapport liquide-solide de 1:5, et une vitesse d'agitation de 500 rpm sont les meilleures conditions pour la lixiviation acide. Les résultats montrent que l'élimination du fer représente 50 %.

Lixiviation à haute température et haute pression

C'est une technologie hydrométallurgique relativement mature dans le traitement des minerais métalliques. Cette technologie peut réduire efficacement la consommation d'acide par des températures et des pressions élevées. La haute pression est fournie par l'environnement fermé du réacteur à cuve composé d'un manteau en acier inoxydable et d'un revêtement en Téflon. Elle peut éliminer les symbiontes et les inclusions de manière plus efficace, dont l'effet de purification des minerais tenaces est meilleur que celui de la séparation magnétique et de la flottation.