4 métodos comuns de tratamento para areia de quartzo de alta pureza

2025-03-27

A areia de quartzo de alta pureza é a base material para o desenvolvimento de indústrias de alta tecnologia, e seus campos de aplicação envolvem fibras ópticas, indústrias militares e aeroespaciais. Esses campos têm requisitos extremamente rigorosos em relação à pureza da areia de quartzo, especialmente para Fe, Al e outras impurezas.

As impurezas minerais na areia de quartzo geralmente existem na forma de minerais não quartzo, como feldspato, mica, granada, zircão, ilmenita e muitos outros. Essas impurezas existem principalmente das seguintes maneiras:

(1) Como minerais associados soltos, não estão quimicamente combinados com cristais de quartzo;

(2) Como fragmentos minerais, combinados química e fisicamente com cristais de quartzo em sua superfície, essas impurezas são principalmente minerais portadores de ferro e minerais portadores de alumínio;

(3) Minerais envolvidos por partículas de quartzo ou cercados por cristais de quartzo combinados entre si;

(4) Os íons intersticiais para substituir o silício, estas impurezas incluem principalmente: Al3+, Fe2+, Fe3+, B3+, Ti4+, Ge4+, P5+, etc. Esses íons substituem Si4+ para formar ligações covalentes. Quando isso acontece, geralmente é acompanhado pelo dopagem de elementos como Li1+, K1+, Na1+, e H1+ para manter a neutralidade elétrica da rede de SiO2. O elemento Al é um dos principais elementos de impureza no minério de quartzo, e Al3+ e Si4+ têm raios semelhantes, o que pode facilmente substituir Si4+, e seu conteúdo é geralmente tão alto quanto vários milhares de ppm. Portanto, o conteúdo de Al é um indicador importante da qualidade do minério de quartzo.

Atualmente, o processo de purificação da areia de quartzo de alta pureza inclui principalmente pulverização mecânica, separação magnética, flotação, lixiviação ácida, etc., que podem remover efetivamente impurezas de íons metálicos na rede de quartzo.

1. Pulverização mecânica

A pulverização mecânica é um método que usa força mecânica para reduzir o tamanho das partículas dos minerais. No processo de purificação do quartzo de alta pureza, esse processo visa separar impurezas não estruturais nos minerais de quartzo do quartzo. Impurezas não estruturais referem-se a inclusões minerais (impurezas minerais) e inclusões gás-líquido (inclusões fluidas). As impurezas existem nas fronteiras dos grãos de quartzo. Após a cominuição dos minerais de quartzo originais, o tamanho das partículas é reduzido e a área de superfície específica aumentada, de modo que as impurezas entre as fronteiras dos grãos fiquem expostas na superfície externa das partículas de quartzo, melhorando assim a eficiência de purificação do processo subsequente.

No processo de pulverização mecânica, devido à natureza relativamente dura dos minerais de quartzo, o contato e a fricção frequentes com o equipamento inevitavelmente introduzirão impurezas e causarão poluição.

Os minerais de quartzo foram ultra-finos pulverizados pelo processo de moagem de bolas cerâmicas úmidas, e o tamanho das partículas dos grãos de quartzo dispersos foi testado. A superfície circundante é passivada, e a esfericidade é claramente aumentada; e o quartzo é purificado por lavagem com água e lixiviação ácida, e a brancura do quartzo obtido é claramente melhorada, o que tem um certo valor de referência para a pesquisa sobre o desenvolvimento e aplicação do quartzo.

2. Separação magnética

No processo de purificação do quartzo de alta pureza, o objetivo da separação magnética é remover alguns minerais magnéticos, como ilmenita magnética, pirita, limonita e granada, nas inclusões do minério de quartzo magnético, o que é muito eficaz na remoção e separação de impurezas magnéticas como ferro e titânio no minério bruto de quartzo.

The magnetic field strength of the magnetic separator can be adjusted, also known as gradient magnetic separation, use weak magnetism to remove magnetite, and use strong magnetism to remove magnetic minerals such as ilmenite, limonite, hematite, and garnet. For heavy mineral impurities (terrigenous clastic minerals with specific gravity greater than 2.86, such as zircon, epidote, garnet, etc.) existing in the original quartz ore, methods such as gravity separation and high-intensity magnetic separation are generally used. Usually, quartz minerals are lavado after magnetic separation, which will improve the purity and whiteness of quartz sand.

3.Flotação

A flotação é a separação seletiva de substâncias hidrofóbicas e substâncias hidrofílicas de acordo com a diferença na molhabilidade da superfície do corpo mineral, seja naturalmente ou após modificação. No processo de purificação do quartzo de alta pureza, a flotação é utilizada principalmente para remover minerais de mica e feldspato que coexistem com o quartzo, e também pode flotar minerais contendo fósforo e ferro.

According to the different reagents used, quartz sand flotation can be divided into fluorine quartz sand flotation and fluorine-free quartz sand flotation. Fluorine quartz sand flotation uses fluorine-containing agents, such as hydrofluoric acid (HF) as a feldspar activator, and sulfuric acid as a modifier, so that under the strong acid conditions of pH=2-3, dodecylamine used as a collector, and the activated feldspar is adsorbed in advance and then separated. Similarly, fluorine-free quartz flotation is to use sulfuric acid or hydrochloric acid as the activator of impurity minerals in quartz without using fluorine-containing agents, and then use the corresponding collector to flotate and separate quartz and impurity minerals. In addition, some studies have shown that the flotation effect of mixed collectors is better than that of single collectors and is relatively cost-effective.

Alguns pesquisadores realizaram flotação reversa de polpa de areia de quartzo veinado para preparar areia de quartzo de alta pureza, e usaram coletores mistos para purificar a combinação de areia de quartzo fina e grossa para obter produtos de quartzo de grau 4N. A quantidade de agente espumante óleo 2# é de 75g/t, a areia de quartzo é acidificada com ácido sulfúrico durante a seleção grosseira, e a diamina de propileno é usada como coletor; A dosagem é de 1:4. Nos resultados experimentais, a remoção de impurezas representou mais de 50%, a quantidade total de impurezas foi de 99,01 μg/g, e as taxas de remoção dos elementos Al e Fe atingiram 37,50% e 84,15%, respectivamente.

4.Lixiviação ácida

A lixiviação ácida é um meio de purificação do quartzo de acordo com a diferente solubilidade do quartzo, mica e feldspato em soluções ácidas. A lixiviação ácida pode remover efetivamente a película de óxido na superfície e minério de ferro. Para impurezas minerais como mica e feldspato, geralmente usa-se ácido fluido para dissolução. Os meios ácidos comumente utilizados para a lixiviação ácida incluem ácido clorídrico, ácido sulfúrico, ácido nítrico, ácido acético e ácido fluido. Dentre eles, o ácido diluído apresenta um efeito melhor na remoção de Al e Fe, e ácidos sulfúrico concentrado, água régia e ácido fluido mais ácidos são usados para remover Cr e Ti.

Estudos mostraram que a coexistência de ácido diluído e ácido fluido pode remover efetivamente Fe, Al, Mg e outras impurezas metálicas, mas a quantidade de ácido fluido deve ser controlada porque o ácido fluido pode corroer partículas de quartzo. O uso de diferentes tipos de ácidos também afeta a qualidade da purificação e processamento. Dentre eles, o efeito do processamento do ácido misto HCl e HF é o melhor.

O laboratório usou HCl e HF como agente de lixiviação misto para purificar a areia de quartzo após a separação magnética. Através da lixiviação química, a quantidade total de elementos de impurezas é de 40,71μg/g, e a pureza de SiO2 é tão alta quanto 99,993wt%.

A essência da lixiviação ácida é a interação entre a solução ácida e os minerais de impureza. Portanto, no processo de lixiviação ácida, a temperatura tem uma grande influência na taxa de reação e no efeito final de purificação. O laboratório utilizou ácido clorídrico e ácido oxálico como agentes de lixiviação mistos para estudar o efeito da temperatura, do tempo e da concentração da lixiviação ácida no efeito de purificação do quartzo, e finalmente determinou a temperatura de lixiviação ácida de 60 °C, o tempo de lixiviação ácida de 8 h, a concentração de ácido oxálico de 10 g/L e a concentração de HCl de 5%, relação líquido-sólido de 1:5 e velocidade de agitação de 500 rpm como as melhores condições para a lixiviação ácida. Os resultados mostram que a remoção de ferro representa 50%.

Lixiviação a alta temperatura e alta pressão

É uma tecnologia hidrometalúrgica relativamente madura no processamento de minérios metálicos. Esta tecnologia pode reduzir efetivamente o consumo de ácido com alta temperatura e alta pressão. A alta pressão é fornecida pelo ambiente fechado do reator tanque composto por um casaco de aço inoxidável e um forro de Teflon. Ela pode remover simbiontes e inclusões de forma mais eficaz, cujo efeito de purificação de minérios teimosos é melhor do que o da separação magnética e flotação.