4 powszechne metody obróbki piasku kwarcowego o wysokiej czystości

2025-03-27

Piasek kwarcowy o wysokiej czystości jest materiałem podstawowym dla rozwoju przemysłów wysokotekstowych, a jego obszary zastosowań obejmują włókna optyczne, przemysł wojskowy i kosmiczny. Te obszary mają niezwykle rygorystyczne wymagania dotyczące czystości piasku kwarcowego, szczególnie w odniesieniu do Fe, Al i innych zanieczyszczeń.

Zanieczyszczenia mineralne w piasku kwarcowym zwykle występują w postaci minerałów niemineralnych, takich jak skaleń, mika, granat, cyrkon, ilmenit i wiele innych. Te zanieczyszczenia występują głównie w następujących formach:

(1) Jako luźne minerały towarzyszące, które nie są chemicznie połączone z kryształami kwarcu;

(2) Jako fragmenty minerałów, chemicznie i fizycznie połączone z kryształami kwarcu na ich powierzchni, takie zanieczyszczenia to głównie minerały zawierające żelazo i minerały zawierające aluminium;

(3) Minerały otoczone cząstkami kwarcu lub otoczone kryształami kwarcu połączonymi ze sobą;

(4) Jako jony międzystanowe zastępujące krzem, te zanieczyszczenia obejmują głównie: Al3+, Fe2+, Fe3+, B3+, Ti4+, Ge4+, P5+ itd. Te jony zastępują Si4+, tworząc wiązania kowalencyjne. Kiedy to się dzieje, zazwyczaj towarzyszy temu domieszkowanie pierwiastków takich jak Li1+, K1+, Na1+ i H1+, aby utrzymać neutralność elektryczną sieci SiO2. Pierwiastek Al jest jednym z głównych pierwiastków zanieczyszczających w rudzie kwarcu, a Al3+ i Si4+ mają podobne promienie, co umożliwia łatwe zastąpienie Si4+, a jego zawartość zazwyczaj wynosi kilka tysięcy ppm. Dlatego zawartość Al jest ważnym wskaźnikiem jakości rudy kwarcu.

Obecnie proces oczyszczania piasku kwarcowego o wysokiej czystości głównie obejmuje mechaniczne mielenie, separację magnetyczną, flotację, leaching kwasowy itp., co może skutecznie usunąć zanieczyszczenia w postaci jonów metali w sieci kwarcowej.

1. Mechaniczne mielenie

Mechaniczne mielenie to metoda, która wykorzystuje siłę mechaniczną do zmniejszenia wielkości cząstek minerałów. W procesie oczyszczania wysokopurystycznego kwarcu, proces ten ma na celu głównie oddzielenie zanieczyszczeń nie-strukturalnych w minerałach kwarcu od kwarcu. Zanieczyszczenia nie-strukturalne odnoszą się do inkluzji mineralnych (zanieczyszczenia mineralne) oraz inkluzji gazowo-cieczy (inkluzje płynne). Zanieczyszczenia występują w granicach ziaren kwarcu. Po rozdrobnieniu oryginalnych minerałów kwarcu, wielkość cząstek jest zmniejszana, a powierzchnia właściwa zwiększana, co powoduje, że zanieczyszczenia między granicami ziaren są odsłonięte na zewnętrznej powierzchni cząstek kwarcu, co poprawia efektywność oczyszczania w kolejnych procesach.

W procesie mechanicznym mielenia, z powodu stosunkowo twardej natury minerałów kwarcu, częsty kontakt i tarcie z urządzeniem nieuchronnie wprowadza zanieczyszczenia i powoduje zanieczyszczenie.

Minerały kwarcu zostały ultra-drobno zmielone w procesie mielenia ceramicznego na mokro, a wielkość cząstek rozproszonych cząstek kwarcu została przetestowana. Powierzchnia otaczająca jest pasywna, a sferyczność jest wyraźnie zwiększona; a kwarc jest oczyszczany przez mycie wodą i leaching kwasowy, a biel uzyskanego kwarcu jest wyraźnie poprawiona, co ma pewną wartość odniesienia dla badań nad rozwojem i zastosowaniem kwarcu.

2. Separacja magnetyczna

W procesie oczyszczania wysokopurystycznego kwarcu, celem separacji magnetycznej jest usunięcie niektórych minerałów magnetycznych, takich jak magnetyt, piryt, limonit i granat, w inkluzjach magnetycznego rudy kwarcowej, co ma dobry wpływ na usuwanie i separację zanieczyszczeń magnetycznych, takich jak żelazo i tytan w surowej rudzie kwarcowej.

Siła pola magnetycznego separatora magnetycznego może być regulowana, znana również jako gradientowa separacja magnetyczna, wykorzystuje słabą magnetyzm do usuwania magnetytu, a silny magnetyzm do usuwania minerałów magnetycznych, takich jak ilmenit, limonit, hematyt i granat. Dla ciężkich zanieczyszczeń mineralnych (minerały klastyczne pochodzenia lądowego o gęstości większej niż 2,86, takie jak cyrkon, epidot, granat itp.) występujących w oryginalnej rudzie kwarcowej, zazwyczaj stosuje się metody takie jak separacja grawitacyjna i separacja magnetyczna o wysokiej intensywności. Zazwyczaj minerały kwarcu są szorowane po separacji magnetycznej, co poprawia czystość i biel piasku kwarcowego.

3. Flotacja

Flotacja to selektywna separacja substancji hydrofobowych i hydrofilowych w zależności od różnicy w zwilżalności powierzchni rudy, naturalnie lub po modyfikacji. W procesie oczyszczania wysokopurystycznego kwarcu, flotacja jest głównie stosowana do usuwania minerałów miki i skalenia, które współistnieją z kwarcem, a także może flotować minerały zawierające fosfor i żelazo.

W zależności od różnych reagentów stosowanych, flotacja piasku kwarcowego może być podzielona na flotację piasku kwarcowego z fluorem i flotację piasku kwarcowego bez fluoru. Flotacja piasku kwarcowego z fluorem wykorzystuje środki zawierające fluor, takie jak kwas fluorowodorowy (HF) jako aktywator skalenia, a kwas siarkowy jako modyfikator, tak aby w silnie kwasowych warunkach pH=2-3, dodecylamina używana jako kolektor, a aktywowane skalenie jest adsorbowane wcześniej, a następnie oddzielane. Podobnie, flotacja kwarcu bez fluoru polega na użyciu kwasu siarkowego lub kwasu solnego jako aktywatora minerałów zanieczyszczających w kwarcu bez użycia środków zawierających fluor, a następnie użyciu odpowiedniego kolektora do flotacji i separacji kwarcu oraz minerałów zanieczyszczających. Ponadto niektóre badania wykazały, że efekt flotacji mieszanych kolektorów jest lepszy niż pojedynczych kolektorów i jest stosunkowo opłacalny.

Niektórzy badacze przeprowadzili flotację odwrotną zawiesiny piasku kwarcowego, aby przygotować piasek kwarcowy o wysokiej czystości, i użyli mieszanych kolektorów do oczyszczenia połączonego piasku kwarcowego drobno-grubego, aby uzyskać produkty kwarcowe o klasie 4N. Ilość środka pianotwórczego 2# oleju wynosi 75 g/t, piasek kwarcowy jest zakwaszany kwasem siarkowym podczas wstępnego sortowania, a diamina propylowa jest używana jako kolektor; dawkowanie wynosi 1:4. W wynikach eksperymentu usunięcie zanieczyszczeń stanowiło ponad 50%, całkowita ilość zanieczyszczeń wyniosła 99,01 μg/g, a wskaźniki usunięcia pierwiastków Al i Fe osiągnęły odpowiednio 37,50% i 84,15%.

4. Lecznie kwasowe

Leczenie kwasowe to metoda oczyszczania kwarcu, oparta na różnej rozpuszczalności kwarcu, miki i skalenia w roztworach kwasowych. Leczenie kwasowe może skutecznie usunąć film tlenkowy na powierzchni oraz rudy żelaza. W przypadku zanieczyszczeń mineralnych, takich jak mika i skalen, zazwyczaj stosuje się kwas fluorowodorowy do rozpuszczenia. Powszechnie stosowane media kwasowe do leczenia kwasowego obejmują kwas solny, kwas siarkowy, kwas azotowy, kwas octowy i kwas fluorowodorowy. Wśród nich, rozcieńczony kwas ma lepszy efekt w usuwaniu Al i Fe, a bardziej kwasowy stężony kwas siarkowy, woda królewska i kwas fluorowodorowy są stosowane do usuwania Cr i Ti.

Badania wykazały, że współistnienie rozcieńczonego kwasu i kwasu fluorowodorowego może skutecznie usunąć zanieczyszczenia metalowe, takie jak Fe, Al, Mg i inne, ale ilość kwasu fluorowodorowego powinna być kontrolowana, ponieważ może on erodować cząstki kwarcu. Użycie różnych rodzajów kwasów również wpływa na jakość oczyszczania i przetwarzania. Wśród nich najlepszy efekt przetwarzania uzyskuje się przy użyciu mieszanki kwasu HCl i HF.

Laboratorium użyło mieszanki HCl i HF jako czynnika leachingowego do oczyszczenia piasku kwarcowego po separacji magnetycznej. Dzięki leachingowi chemicznemu całkowita ilość pierwiastków zanieczyszczających wynosi 40,71 μg/g, a czystość SiO2 osiąga aż 99,993% wagowo.

Istotą leachingu kwasowego jest interakcja między roztworem kwasu a minerałami zanieczyszczającymi. Dlatego w procesie leachingu kwasowego temperatura ma duży wpływ na szybkość reakcji i ostateczny efekt oczyszczania. Badacz użył kwasu solnego i kwasu szczawiowego jako mieszanych czynników leachingowych, aby zbadać wpływ temperatury, czasu i stężenia leachingu kwasowego na efekt oczyszczania kwarcu, a ostatecznie ustalił, że temperatura leachingu kwasowego wynosząca 60 °C, czas leachingu kwasowego wynoszący 8 godzin, stężenie kwasu szczawiowego wynoszące 10 g/L, stężenie HCl wynoszące 5%, stosunek cieczy do ciała stałego wynoszący 1:5 oraz prędkość mieszania wynosząca 500 rpm to najlepsze warunki do leachingu kwasowego. Wyniki pokazują, że usunięcie żelaza stanowi 50%.

Wysoka temperatura i wysokociśnieniowe leaching

To stosunkowo dojrzała technologia hydrometalurgiczna w przetwarzaniu rud metali. Technologia ta może skutecznie zmniejszyć zużycie kwasu dzięki wysokiej temperaturze i wysokiemu ciśnieniu. Wysokie ciśnienie zapewniane jest przez zamknięte środowisko reaktora zbiornikowego składającego się z płaszcza ze stali nierdzewnej i podkładu teflonowego. Może skuteczniej usuwać symbionty i inkluzje, a efekt oczyszczania trudnych rud jest lepszy niż w przypadku separacji magnetycznej i flotacji.