4 metodi di trattamento comuni per sabbia di quarzo ad alta purezza

2025-03-27

La sabbia di quarzo di alta purezza è la base materiale per lo sviluppo di industrie ad alta tecnologia, e i suoi campi di applicazione riguardano fibre ottiche, industrie militari e aerospaziali. Questi settori hanno requisiti estremamente severi sulla purezza della sabbia di quarzo, specialmente per impurità come Fe, Al e altre.

Le impurità minerali nella sabbia di quarzo di solito esistono sotto forma di minerali non-quarzo come feldspato, mica, granato, zirconio, ilmenite e molti altri. Queste impurità esistono principalmente nei seguenti modi:

(1) Come minerali associati sciolti, non sono combinati chimicamente con i cristalli di quarzo;

(2) Come frammenti minerali, combinati chimicamente e fisicamente con i cristalli di quarzo sulla loro superficie, tali impurità sono principalmente minerali contenenti ferro e minerali contenenti alluminio;

(3) Minerali avvolti da particelle di quarzo o circondati da cristalli di quarzo combinati tra loro;

(4) Come ioni interstiziali per sostituire il silicio, queste impurità includono principalmente: Al3+, Fe2+, Fe3+, B3+, Ti4+, Ge4+, P5+, ecc. Questi ioni sostituiscono Si4+ per formare legami covalenti. Quando ciò accade, è solitamente accompagnato da doping di elementi come Li1+, K1+, Na1+, e H1+ per mantenere la neutralità elettrica della rete di SiO2. L'elemento Al è uno dei principali elementi di impurità nel minerale di quarzo, e Al3+ e Si4+ hanno raggi simili, il che può facilmente sostituire Si4+, e il suo contenuto è solitamente fino a diverse migliaia di ppm. Pertanto, il contenuto di Al è un indicatore importante della qualità del minerale di quarzo.

Attualmente, il processo di purificazione della sabbia di quarzo ad alta purezza include principalmente la frantumazione meccanica, la separazione magnetica, la flottazione, l'estrazione acida, ecc., che possono rimuovere efficacemente le impurità di ioni metallici nella rete di quarzo.

1. Frantumazione meccanica

La frantumazione meccanica è un metodo che utilizza la forza meccanica per ridurre la dimensione delle particelle dei minerali. Nel processo di purificazione del quarzo ad alta purezza, questo processo serve principalmente a separare le impurità non strutturali nei minerali di quarzo dal quarzo stesso. Le impurità non strutturali si riferiscono a inclusioni minerali (impurità minerali) e inclusioni gas-liquido (inclusioni fluide). Le impurità esistono nei confini dei granuli di quarzo. Dopo che i minerali di quarzo originali sono stati frantumati, la dimensione delle particelle viene ridotta e la superficie specifica aumenta, in modo che le impurità tra i confini dei granuli vengano esposte sulla superficie esterna delle particelle di quarzo, migliorando così l'efficienza di purificazione del processo successivo.

Durante il processo di frantumazione meccanica, a causa della natura relativamente dura dei minerali di quarzo, il contatto e l'attrito frequenti con l'attrezzatura introdurranno inevitabilmente impurità e causeranno inquinamento.

I minerali di quarzo sono stati frantumati in modo ultra-fine tramite un processo di fresatura a sfera ceramica umida, e la dimensione delle particelle delle particelle di quarzo disperse è stata testata. La superficie circostante è passivata, e la sfericità è ovviamente aumentata; e il quarzo è stato purificato mediante lavaggio in acqua e estrazione acida, e la lucentezza del quarzo ottenuto è stata chiaramente migliorata, il che ha un certo valore di riferimento per la ricerca sullo sviluppo e l'applicazione del quarzo.

2. Separazione magnetica

Nella purificazione del quarzo ad alta purezza, lo scopo della separazione magnetica è rimuovere alcuni minerali magnetici, come l'ilmenite magnetico, la pirite, la limonite e il granato, nelle inclusioni del minerale di quarzo magnetico, che ha un buon effetto sulla rimozione e separazione delle impurità magnetiche come il ferro e il titanio nel minerale di quarzo grezzo.

La forza del campo magnetico del separatore magnetico può essere regolata, nota anche come separazione magnetica a gradiente, utilizzare un debole magnetismo per rimuovere la magnetite e un forte magnetismo per rimuovere minerali magnetici come l'ilmenite, la limonite, l'ematite e il granato. Per le impurità minerali pesanti (minerali clastici terrigeni con gravità specifica superiore a 2,86, come zirconio, epidoto, granato, ecc.) esistenti nel minerale di quarzo originale, si utilizzano generalmente metodi come la separazione gravimetrica e la separazione magnetica ad alta intensità. Di solito, i minerali di quarzo vengono sfregati dopo la separazione magnetica, il che migliorerà la purezza e la lucentezza della sabbia di quarzo.

3. Flottazione

La flottazione è la separazione selettiva di sostanze idrofobiche e sostanze idrofile in base alla differenza nella bagnabilità della superficie del corpo minerario, sia naturalmente che dopo modifica. Nel processo di purificazione del quarzo ad alta purezza, la flottazione viene utilizzata principalmente per rimuovere minerali di mica e feldspato che coesistono con il quarzo, e può anche flottare minerali contenenti fosforo e ferro.

Secondo i diversi reagenti utilizzati, la flottazione della sabbia di quarzo può essere suddivisa in flottazione della sabbia di quarzo fluorurata e flottazione della sabbia di quarzo priva di fluoro. La flottazione della sabbia di quarzo fluorurata utilizza agenti contenenti fluoro, come l'acido fluoridrico (HF) come attivatore per i feldspati, e l'acido solforico come modificatore, in modo che, in condizioni di forte acidità con pH=2-3, la dodecilammina utilizzata come collezionista attivi in anticipo il feldspato e poi venga separato. Analogamente, la flottazione del quarzo privo di fluoro utilizza acido solforico o acido cloridrico come attivatore dei minerali di impurità nel quarzo senza utilizzare agenti contenenti fluoro, per poi utilizzare il collezionista corrispondente per flotare e separare quarzo e minerali di impurità. Inoltre, alcuni studi hanno dimostrato che l'effetto di flottazione dei collettori misti è migliore rispetto a quello dei collettori singoli ed è relativamente conveniente.

Alcuni ricercatori hanno condotto la flottazione inversa di una sospensione di sabbia di quarzo grezzo per preparare sabbia di quarzo ad alta purezza e hanno utilizzato collezionisti misti per purificare la sabbia di quarzo combinata fine-grossa per ottenere prodotti di quarzo di grado 4N. La quantità di agente schiumogeno 2# olio è di 75g/t, la sabbia di quarzo viene acidificata con acido solforico durante la selezione grossolana e si utilizza diammina propilenica come collezionista; Il dosaggio è 1:4. Nei risultati sperimentali, la rimozione delle impurità ha rappresentato oltre il 50%, l'importo totale delle impurità è stato di 99,01 μg/g e i tassi di rimozione di Al e Fe elementi hanno raggiunto rispettivamente il 37,50% e l'84,15%.

4. Lisciviazione acida

La lisciviazione acida è un mezzo di purificazione del quarzo in base alla diversa solubilità del quarzo, mica e feldspato in soluzioni acide. La lisciviazione acida può rimuovere efficacemente il film ossidato sulla superficie e il minerale di ferro. Per le impurità minerali come mica e feldspato, si utilizza generalmente acido fluoridrico per la dissoluzione. I mezzi acidi comunemente usati per la lisciviazione acida includono acido cloridrico, acido solforico, acido nitrico, acido acetico e acido fluoridrico. Tra questi, l'acido diluito ha un effetto migliore sulla rimozione di Al e Fe, e acidi concentrati più acidi come acido solforico concentrato, acqua regia e acido fluoridrico sono utilizzati per rimuovere Cr e Ti.

Gli studi hanno dimostrato che la coesistenza di acido diluito e acido fluoridrico può rimuovere efficacemente Fe, Al, Mg e altre impurità metalliche, ma la quantità di acido fluoridrico deve essere controllata perché l'acido fluoridrico può erodere le particelle di quarzo. L'uso di diversi tipi di acidi influisce anche sulla qualità della purificazione e del trattamento. Tra questi, l'effetto di trattamento dell'acido misto HCl e HF è il migliore.

Il laboratorio ha utilizzato un agente di lisciviazione misto HCl e HF per purificare la sabbia di quarzo dopo la separazione magnetica. Attraverso la lisciviazione chimica, l'importo totale degli elementi di impurità è di 40,71 μg/g e la purezza di SiO2 è alta fino al 99,993% in peso.

L'essenza della lisciviazione acida è l'interazione tra la soluzione acida e i minerali di impurità. Pertanto, nel processo di lisciviazione acida, la temperatura ha una grande influenza sulla velocità di reazione e sull'effetto finale di purificazione. Il laboratorio ha utilizzato acido cloridrico e acido ossalico come agenti di lisciviazione misti per studiare l'effetto della temperatura, del tempo e della concentrazione della lisciviazione acida sull'effetto di purificazione del quarzo, e ha infine determinato la temperatura di lisciviazione acida di 60 °C, il tempo di lisciviazione acida di 8 ore, la concentrazione di acido ossalico di 10 g/L, e la concentrazione di HCl del 5%, rapporto liquido-solido di 1:5 e velocità di agitazione di 500 rpm come le migliori condizioni per la lisciviazione acida. I risultati mostrano che la rimozione del ferro rappresenta il 50%.

Lisciviazione ad alta temperatura e alta pressione

È una tecnologia idrometallurgica relativamente matura nel trattamento dei minerali metallici. Questa tecnologia può ridurre efficacemente il consumo di acido mediante alta temperatura e alta pressione. L'alta pressione è fornita dall'ambiente chiuso del reattore a tank composto da un involucro in acciaio inossidabile e un rivestimento in Teflon. Può rimuovere più efficacemente simbionti e inclusioni, il cui effetto di purificazione dei minerali ostinati è migliore rispetto a quello della separazione magnetica e della flottazione.