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.

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 очищенный after magnetic separation, which will improve the purity and whiteness of quartz sand.

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.

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.

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.