4 วิธีการรักษาทั่วไปสำหรับทรายควอตซ์บริสุทธิ์สูง

2025-03-27

ทรายควอตซ์บริสุทธิ์สูงเป็นฐานวัสดุสำหรับการพัฒนาอุตสาหกรรมเทคโนโลยีสูง และสาขาการใช้งานของมันเกี่ยวข้องกับเส้นใยแสง, การทหาร และอุตสาหกรรมอวกาศ สาขาเหล่านี้มีข้อกำหนดที่เข้มงวดมากเกี่ยวกับความบริสุทธิ์ของทรายควอตซ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับ Fe, Al และสิ่งเจือปนอื่น ๆ.

สิ่งเจือปนแร่ในทรายควอตซ์มักมีอยู่ในรูปแบบของแร่ที่ไม่ใช่ควอตซ์ เช่น เฟลด์สปาร์, ไมก้า, การ์เนต, เซอร์โคเนียม, อิลเมไนต์ และอื่น ๆ สิ่งเจือปนเหล่านี้มักมีอยู่ในลักษณะต่อไปนี้:

(1) เป็นแร่ที่เกี่ยวข้องหลวม ๆ ซึ่งไม่ได้รวมกันทางเคมีด้วยผลึกควอตซ์;

(2) เป็นชิ้นส่วนแร่ที่รวมกันทางเคมีและทางกายภาพกับผลึกควอตซ์บนพื้นผิวของมัน สิ่งเจือปนเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นแร่ที่มีเหล็กและแร่ที่มีอลูมิเนียม;

(3) แร่ที่ถูกห่อหุ้มโดยอนุภาคควอตซ์หรือถูกล้อมรอบด้วยผลึกควอตซ์ที่รวมกัน;

(4) เป็นไอออนที่อยู่ระหว่างช่องว่างเพื่อแทนที่ซิลิกอน สิ่งเจือปนเหล่านี้รวมถึง: Al3+, Fe2+, Fe3+, B3+, Ti4+, Ge4+, P5+ เป็นต้น ไอออนเหล่านี้แทนที่ Si4+ เพื่อสร้างพันธะโควาเลนต์ เมื่อเกิดเหตุการณ์นี้ มักจะมีการดอปปิ้งของธาตุเช่น Li1+, K1+, Na1+, และ H1+ เพื่อรักษาความเป็นกลางทางไฟฟ้าของตาข่าย SiO2 ธาตุ Al เป็นหนึ่งในธาตุเจือปนหลักในแร่ควอตซ์ และ Al3+ และ Si4+ มีรัศมีที่คล้ายกัน ซึ่งสามารถแทนที่ Si4+ ได้ง่าย และปริมาณของมันมักสูงถึงหลายพัน ppm ดังนั้น ปริมาณ Al จึงเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญของคุณภาพของแร่ควอตซ์.

ในปัจจุบัน กระบวนการทำให้บริสุทธิ์ของทรายควอตซ์บริสุทธิ์สูงหลัก ๆ ประกอบด้วยการบดด้วยเครื่องจักร การแยกด้วยแม่เหล็ก การลอยตัว การกัดกร่อนด้วยกรด เป็นต้น ซึ่งสามารถกำจัดสิ่งเจือปนไอออนโลหะในตาข่ายควอตซ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

1. การบดเชิงกล

การบดด้วยกลไกเป็นวิธีการที่ใช้แรงกลไกเพื่อลดขนาดอนุภาคของแร่ธาตุ ในกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ของควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูง กระบวนการนี้มีจุดมุ่งหมายหลักเพื่อแยกสิ่งเจือปนที่ไม่เป็นโครงสร้างในแร่ควอตซ์ออกจากควอตซ์ สิ่งเจือปนที่ไม่เป็นโครงสร้างหมายถึงการรวมตัวของแร่ (สิ่งเจือปนจากแร่) และการรวมตัวของก๊าซ-ของเหลว (การรวมตัวของของเหลว) สิ่งเจือปนมีอยู่ในขอบเขตของเม็ดควอตซ์ หลังจากที่แร่ควอตซ์ดั้งเดิมถูกบดแล้ว ขนาดอนุภาคจะลดลงและพื้นที่ผิวเฉพาะจะเพิ่มขึ้น ทำให้สิ่งเจือปนระหว่างขอบเขตของเม็ดถูกเปิดเผยบนพื้นผิวภายนอกของอนุภาคควอตซ์ ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำให้บริสุทธิ์ในกระบวนการถัดไป

ในกระบวนการบดด้วยเครื่องจักร เนื่องจากธรรมชาติที่ค่อนข้างแข็งของแร่ควอตซ์ การสัมผัสและการเสียดสีบ่อยครั้งกับอุปกรณ์จะนำไปสู่การแนะนำสิ่งเจือปนและทำให้เกิดมลพิษอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

แร่ควอตซ์ถูกบดละเอียดอย่างมากโดยกระบวนการบดลูกเซรามิกแบบเปียก และขนาดอนุภาคของอนุภาคควอตซ์ที่กระจายอยู่ได้รับการทดสอบ ผิวรอบข้างถูกทำให้เป็นพาสซีฟ และความกลมของอนุภาคเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด; และควอตซ์ถูกทำให้บริสุทธิ์โดยการล้างด้วยน้ำและการกัดกร่อนด้วยกรด และความขาวของควอตซ์ที่ได้มีการปรับปรุงอย่างเห็นได้ชัด ซึ่งมีค่าอ้างอิงบางอย่างสำหรับการวิจัยเกี่ยวกับการพัฒนาและการประยุกต์ใช้ควอตซ์

2. การแยกด้วยแม่เหล็ก

ในกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ของควอตซ์บริสุทธิ์สูง วัตถุประสงค์ของการแยกแม่เหล็กคือการกำจัดแร่ธาตุแม่เหล็กบางชนิด เช่น อิลเมไนต์แม่เหล็ก ไพไรต์ ลิโมไนต์ และการ์เนต ที่มีอยู่ในควอตซ์แร่แม่เหล็ก ซึ่งมีผลดีต่อการกำจัดและแยกสิ่งเจือปนแม่เหล็ก เช่น เหล็กและไทเทเนียมในควอตซ์ดิบ

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

3. การลอยตัว

การลอยตัวคือการแยกสารที่มีความชอบน้ำและไม่ชอบน้ำตามความแตกต่างของความชื้นของพื้นผิวแร่ ไม่ว่าจะเป็นตามธรรมชาติหรือหลังจากการปรับเปลี่ยน ในกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ของควอตซ์บริสุทธิ์สูง การลอยตัวจะใช้เพื่อกำจัดไมก้าและแร่เฟลด์สปาร์ที่อยู่ร่วมกับควอตซ์ และยังสามารถลอยตัวแร่ธาตุที่มีฟอสฟอรัสและเหล็กได้

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.

นักวิจัยบางคนได้ทำการลอยตัวย้อนกลับของสารละลายทรายควอตซ์เพื่อเตรียมทรายควอตซ์บริสุทธิ์สูง และใช้ตัวเก็บรวบรวมผสมในการทำให้บริสุทธิ์ทรายควอตซ์ที่มีขนาดละเอียด-หยาบเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ควอตซ์เกรด 4N ปริมาณสารฟอง 2# น้ำมันคือ 75g/t ทรายควอตซ์ถูกทำให้เป็นกรดด้วยกรดซัลฟูริกในระหว่างการคัดเลือกหยาบ และโพรพิลีนไดอามีนถูกใช้เป็นตัวเก็บรวบรวม; ปริมาณคือ 1:4 ในผลการทดลอง การกำจัดสิ่งเจือปนคิดเป็นมากกว่า 50% ปริมาณรวมของสิ่งเจือปนคือ 99.01 μg/g และอัตราการกำจัดของอลูมิเนียมและเหล็กอยู่ที่ 37.50% และ 84.15% ตามลำดับ

4. การล้างกรด

การล้างกรดเป็นวิธีการทำให้บริสุทธิ์ของควอตซ์ตามความสามารถในการละลายที่แตกต่างกันของควอตซ์ ไมก้า และเฟลด์สปาร์ในสารละลายกรด การล้างกรดสามารถกำจัดฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวและแร่เหล็กได้อย่างมีประสิทธิภาพ สำหรับสิ่งเจือปนแร่ธาตุ เช่น ไมก้าและเฟลด์สปาร์ มักจะใช้กรดไฮโดรฟลูออริกในการละลาย สื่อกรดที่ใช้ทั่วไปสำหรับการล้างกรดรวมถึงกรดไฮโดรคลอริก กรดซัลฟูริก กรดไนตริก กรดอะซิติก และกรดไฮโดรฟลูออริก ในจำนวนนี้ กรดเจือจางมีผลดีกว่าในการกำจัดอลูมิเนียมและเหล็ก และกรดซัลฟูริกที่เข้มข้นมากขึ้น กรดอควาเรจิและกรดไฮโดรฟลูออริกจะถูกใช้ในการกำจัดโครเมียมและไทเทเนียม

การศึกษาแสดงให้เห็นว่าการอยู่ร่วมกันของกรดเจือจางและกรดไฮโดรฟลูออริกสามารถกำจัดสิ่งปนเปื้อนโลหะ เช่น เหล็ก อลูมิเนียม แมกนีเซียม และอื่นๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ควรควบคุมปริมาณกรดไฮโดรฟลูออริกเพราะกรดไฮโดรฟลูออริกสามารถกัดกร่อนอนุภาคควอตซ์ได้ การใช้กรดชนิดต่างๆ ยังมีผลต่อคุณภาพของการทำให้บริสุทธิ์และการประมวลผล โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ผลกระทบจากการประมวลผลของกรด HCl และกรด HF ที่ผสมกันดีที่สุด

ห้องปฏิบัติการใช้สารละลาย HCl และ HF ผสมเพื่อทำการชะล้างและทำให้บริสุทธิ์ทรายควอตซ์หลังจากการแยกด้วยแม่เหล็ก ผ่านการชะล้างทางเคมี ปริมาณรวมของธาตุสิ่งเจือปนอยู่ที่ 40.71μg/g และความบริสุทธิ์ของ SiO2 สูงถึง 99.993wt%

แก่นของการชะล้างด้วยกรดคือการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างสารละลายกรดและแร่ธาตุสิ่งเจือปน ดังนั้นในกระบวนการชะล้างด้วยกรด อุณหภูมิจะมีอิทธิพลอย่างมากต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาและผลการทำให้บริสุทธิ์ในที่สุด ห้องปฏิบัติการใช้กรดไฮโดรคลอริกและกรดออกซาลิกเป็นสารละลายชะล้างผสมเพื่อศึกษาผลของอุณหภูมิ เวลา และความเข้มข้นของการชะล้างด้วยกรดต่อผลการทำให้บริสุทธิ์ของควอตซ์ และในที่สุดกำหนดอุณหภูมิการชะล้างด้วยกรดที่ 60 °C เวลาในการชะล้างด้วยกรด 8 ชั่วโมง ความเข้มข้นของกรดออกซาลิก 10 g/L และความเข้มข้นของ HCl 5% อัตราส่วนของของเหลวต่อของแข็ง 1:5 และความเร็วในการกวน 500 rpm เป็นเงื่อนไขที่ดีที่สุดสำหรับการชะล้างด้วยกรด ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าการกำจัดเหล็กคิดเป็น 50%

การชะล้างที่อุณหภูมิสูงและความดันสูง

เป็นเทคโนโลยีการแปรรูปโลหะที่ค่อนข้างมีความก้าวหน้าในกระบวนการแร่โลหะ เทคโนโลยีนี้สามารถลดการใช้กรดได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยใช้ความร้อนและความดันสูง ความดันสูงจะถูกสร้างขึ้นจากสภาพแวดล้อมที่ปิดของถังปฏิกิริยาที่ประกอบด้วยแจ็คเก็ตสแตนเลสและลิเนอร์เทฟลอน มันสามารถกำจัดสิ่งมีชีวิตร่วมและการรวมตัวได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งผลการทำให้บริสุทธิ์ของแร่ที่ดื้อรั้นดีกว่าการแยกด้วยแม่เหล็กและการลอยตัว