4 распространенных метода обработки высокочистого кварцевого песка

2025-03-27

Высокопурайная кварцевая песчаная является материальной основой для развития высоких технологий, а ее области применения охватывают оптические волокна, военную и аэрокосмическую промышленность. Эти области имеют чрезвычайно строгие требования к чистоте кварцевого песка, особенно по отношению к Fe, Al и другим примесям.

Минеральные примеси в кварцевом песке обычно существуют в виде неметаллических минералов, таких как полевой шпат, слюда, гранат, циркон, илменит и многих других. Эти примеси в основном существуют следующим образом:

(1) В виде свободных ассоциированных минералов, которые не химически связаны с кварцевыми кристаллами;

(2) В виде минеральных фрагментов, химически и физически соединенных с поверхностью кварцевых кристаллов, такие примеси в основном представляют собой минералы, содержащие железо и алюминий;

(3) Минералы, окутанные частицами кварца или окруженные кристаллами кварца, соединенными друг с другом;

(4) В качестве интерстициальных ионов, заменяющих кремний, эти примеси в основном включают: Al3+, Fe2+, Fe3+, B3+, Ti4+, Ge4+, P5+ и т.д. Эти ионы заменяют Si4+, чтобы образовать ковалентные связи. Когда это происходит, это обычно сопровождается легированием такими элементами, как Li1+, K1+, Na1+ и H1+, для поддержания электрической нейтральности решетки SiO2. Элемент Al является одним из основных примесных элементов в кварцевой руде, а Al3+ и Si4+ имеют схожие радиусы, что позволяет легко заменять Si4+, и его содержание обычно достигает нескольких тысяч ppm. Поэтому содержание Al является важным показателем качества кварцевой руды.

В настоящее время процесс очистки высокочистого кварцевого песка в основном включает механическое размалывание, магнитное отделение, флотацию, кислотное выщелачивание и т.д., что эффективно удаляет примеси металлических ионов в решетке кварца.

1. Механическое размалывание

Механическое размалывание – это метод, используемый для уменьшения размера частиц минералов с помощью механической силы. В процессе очистки высокочистого кварца этот процесс в основном направлен на отделение неструктурных примесей в кварцевых минералах от кварца. Неструктурные примеси относятся к минеральным включениям (минеральным примесям) и газо-жидким включениям (жидким включениям). Примеси присутствуют в границах зерен кварца. После того как исходные кварцевые минералы измельчаются, размер частиц уменьшается, а специфическая площадь поверхности увеличивается, так что примеси между зернами становятся видимыми на внешней поверхности кварцевых частиц, тем самым повышая эффективность очистки последующего процесса.

В процессе механического размалывания, из-за относительно жесткой природы кварцевых минералов, частый контакт и трение с оборудованием неизбежно вводят примеси и вызывают загрязнение.

Кварцевые минералы были ультратонко измельчены методом мокрого керамического шарового измельчения, и был протестирован размер частиц диспергированных кварцевых частиц. Окружающая поверхность пассивирована, и сферичность заметно увеличилась; кварц очищался с помощью промывания водой и кислотного выщелачивания, и белизна полученного кварца значительно улучшилась, что имеет определенную справочную ценность для исследования разработки и применения кварца.

2. Магнитное отделение

В процессе очистки высокочистого кварца цель магнитного отделения состоит в удалении некоторых магнитных минералов, таких как магнитный илменит, пирит, лимонит и гранат, в включениях магнитной кварцевой руды, что хорошо сказывается на удалении и отделении магнитных примесей, таких как железо и титан, в исходной кварцевой руде.

Сила магнитного поля магнитного сепаратора может быть отрегулирована, также известна как градиентное магнитное отделение, используется слабый магнитизм для удаления магнетита и сильный магнитизм для удаления магнитных минералов, таких как илменит, лимонит, гематит и гранат. Для тяжелых минеральных примесей (терригенных клastic минералов с плотностью более 2.86, таких как циркон, эпидот, гранат и т.д.), присутствующих в исходной кварцевой руде, обычно применяются методы, такие как гравитационное отделение и магнитное отделение высокой интенсивности. Обычно кварцевые минералы являютсяочищенный после магнитного разделения, что улучшит чистоту и белизну кварцевого песка.

3.Флотация

Флотация — это селективное отделение гидрофобных и гидрофильных веществ в зависимости от различий в смачивании поверхности руды, как естественным образом, так и после модификации. В процессе очистки высокочистого кварца флотация в основном используется для удаления минералов слюды и полевого шпата, которые сосуществуют с кварцем, а также может флотацией удалять минералы, содержащие фосфор и железо.

В зависимости от различных реагентов, используемых для флотации кварцевого песка, флотация кварцевого песка может быть разделена на флотацию фторсодержащего кварцевого песка и флотацию кварцевого песка без фтора. Флотация фторсодержащего кварцевого песка использует фторсодержащие реагенты, такие как фтороводородная кислота (HF) в качестве активатора полевого шпата, а серную кислоту в качестве модификатора, так что в условиях сильной кислоты при pH=2-3, дodeцилмин добавляется в качестве коллектора, и активированный полевой шпат предварительно адсорбируется и затем отделяется. Аналогично, флотация кварца без фтора заключается в использовании серной кислоты или соляной кислоты в качестве активатора минералов примеси в кварце без использования фторсодержащих реагентов, а затем используется соответствующий коллектор для флотации и отделения кварца и минералов примеси. Кроме того, некоторые исследования показали, что флотационный эффект смешанных коллекторов лучше, чем у одиночных коллекторов и является относительно экономически целесообразным.

Некоторые исследователи провели обратную флотацию пульпы жильного кварцевого песка для получения кварцевого песка высокой чистоты и использовали смешанные собиратели для очистки тонко-крупнозернистого комбинированного кварцевого песка для получения кварцевых продуктов марки 4N. Количество вспенивающего агента 2# oil составляет 75 г/т, кварцевый песок подкисляется серной кислотой во время грубой селекции, а в качестве собирателя используется пропилендиамин; дозировка составляет 1:4. В результатах эксперимента удаление примесей составило более 50%, общее количество примесей составило 99,01 мкг/г, а скорость удаления элементарного Al и Fe достигла 37,50% и 84,15% соответственно.

4. Кислотное выщелачивание

Кислотное выщелачивание — это способ очистки кварца в зависимости от различной растворимости кварца, слюды и полевого шпата в кислых растворах. Кислотное выщелачивание может эффективно удалять оксидную пленку на поверхности и железную руду. Для минеральных примесей, таких как слюда и полевой шпат, обычно используется фтороводородная кислота для растворения. Общепринятые кислотные среды для кислотного выщелачивания включают соляную кислоту, серную кислоту, азотную кислоту, уксусную кислоту и фтороводородную кислоту. Среди них разбавленная кислота лучше всего справляется с удалением Al и Fe, а более кислотная концентрированная серная кислота, царская водка и фтороводородная кислота используются для удаления Cr и Ti.

Исследования показывают, что сосуществование разбавленной кислоты и фтороводородной кислоты может эффективно удалить Fe, Al, Mg и другие металлические примеси, но количество фтороводородной кислоты следует контролировать, так как она может разъедать кварцевые частицы. Использование различных видов кислот также влияет на качество очистки и переработки. Среди них наилучший эффект переработки имеет смешанная кислота HCl и HF.

Лаборатория использовала смешанный реагент для выщелачивания HCl и HF для очистки кварцевого песка после магнитного разделения. Благодаря химическому выщелачиванию общее количество примесных элементов составляет 40,71 мкг/г, а чистота SiO2 достигает 99,993 мас.%.

Суть кислотного выщелачивания заключается во взаимодействии кислородного раствора и примесных минералов. Поэтому в процессе кислотного выщелачивания температура оказывает значительное влияние на скорость реакции и конечный эффект очистки. Лаборатория использовала соляную кислоту и щавелевую кислоту в качестве смешанных выщелачивающих агентов для изучения влияния температуры, времени и концентрации кислот на эффект очистки кварца, и в конечном итоге определила, что оптимальные условия для кислотного выщелачивания составляют: температура 60 °C, время выщелачивания 8 ч, концентрация щавелевой кислоты 10 г/л, концентрация HCl 5%, соотношение жидкой и твердой фазы 1:5 и скорость перемешивания 500 об/мин. Результаты показывают, что удаление железа составляет 50%.

Высокотемпературное и высоконапорное выщелачивание

Это относительно зрелая гидрометаллургическая технология переработки металлических руд. Эта технология может эффективно снизить потребление кислоты за счет высокой температуры и высокого давления. Высокое давление обеспечивается закрытой средой реактора-бака, состоящего из рубашки из нержавеющей стали и тефлоновой футеровки. Она может более эффективно удалять симбионты и включения, чей эффект очистки упорных руд лучше, чем у магнитной сепарации и флотации.