Yüksek saflıkta kuvars kumunun 4 yaygın işleme yöntemi

2025-03-27

Yüksek saflıkta kuvars kumu, yüksek teknoloji endüstrilerinin gelişimi için malzeme temelidir ve uygulama alanları optik fiberler, askeri ve uzay sanayilerini kapsamaktadır. Bu alanlar, kuvars kumundaki saflık açısından, özellikle Fe, Al ve diğer safsızlıklar için son derece hassas gereksinimlere sahiptir.

Kuvars kumundaki mineral safsızlıkları genellikle feldispat, mika, granat, zirkon, ilmenit gibi kuvars dışındaki mineral biçiminde bulunur. Bu safsızlıklar esas olarak aşağıdaki yollarla mevcuttur:

(1) Gevşek bağlı mineraller olarak, kuvars kristalleriyle kimyasal olarak birleşmemişlerdir;

(2) Mineral parçacıkları olarak, kuvars kristalleri yüzeyinde kimyasal ve fiziksel olarak birleşmiş minerallerdir, bu safsızlıklar esas olarak demir içeren mineraller ve alüminyum içeren minerallerdir;

(3) Kuvars parçacıkları ile sarılmış veya birbirine bağlı kuvars kristalleriyle çevrelenmiş minerallerdir;

(4) Silisyumun yerine geçmek için interstisyel iyonlar olarak, bu safsızlıklar esasen şunları içerir: Al3+, Fe2+, Fe3+, B3+, Ti4+, Ge4+, P5+ vb. Bu iyonlar, Si4+ ile yer değiştirerek kovalent bağlar oluşturur. Bu durumda, genellikle Li1+, K1+, Na1+ ve H1+ gibi elementlerin doping edilmesi ile SiO2 ızgarasının elektriksel nötrlüğünün sağlanması da söz konusudur. Al elementi, kuvars cevherindeki temel safsızlık elementlerinden biridir ve Al3+ ile Si4+ benzer yarıçaplara sahip olduğundan, kolayca Si4+ ile yer değiştirebilir ve içeriği genellikle birkaç bin ppm kadar yüksek olabilmektedir. Bu nedenle, Al içeriği kuvars cevherinin kalitesinin önemli bir göstergesidir.

Şu anda, yüksek saflıkta kuvars kumunun arıtma süreci esasen mekanik öğütme, manyetik ayırma, flotasyon, asit ile sıyırma vb. yöntemleri içermektedir ve bu yöntemler kuvars ızgarasındaki metal iyonu safsızlıklarını etkili bir şekilde ortadan kaldırabilir.

1. Mekanik öğütme

Mekanik öğütme, minerallerin parçacık boyutunu küçültmek için mekanik kuvvet kullanarak yapılan bir yöntemdir. Yüksek saflıkta kuvarsın arıtma sürecinde, bu süreç esasen kuvars minerallerinde yapı dışı safsızlıkların kuvars'tan ayrılmasını sağlamaktadır. Yapı dışı safsızlıklar; mineral kapsülleri (mineral safsızlıklar) ve gaz-sıvı kapsülleri (sıvı kapsüller) anlamına gelir. Safsızlıklar kuvars tanecik sınırlarında bulunmaktadır. Orijinal kuvars mineralleri ezildiğinde, parçacık boyutu küçülür ve özgül yüzey alanı artar, bu sayede, tanecik sınırları arasındaki safsızlıklar kuvars parçacıklarının dış yüzeyinde açığa çıkmış olur ve dolayısıyla, sonraki sürecin arıtma verimliliği artar.

Mekanik öğütme sürecinde, kuvars minerallerinin nispeten sert doğası nedeniyle, ekipmanla sık sık temas ve sürtünme, kaçınılmaz olarak safsızlıkların girmesine ve kirliliğe neden olacaktır.

Kuvars mineralleri, ıslak seramik top değirmeni süreciyle ultra ince bir şekilde öğütüldü ve dispers haldeki kuvars parçacıklarının parçacık boyutu test edildi. Etrafındaki yüzey pasif hale getirildi ve sferisite belirgin şekilde arttı; ayrıca kuvars, su yıkama ve asit ile sıyırma işlemleri ile arıtıldı ve elde edilen kuvarsın beyazlığı belirgin şekilde iyileşti, bu da kuvarsın geliştirilmesi ve uygulanması üzerine yapılan araştırmalar için belirli bir referans değeri taşımaktadır.

2. Manyetik ayırma

Yüksek saflıkta kuvarsın arıtma sürecinde manyetik ayırmanın amacı, manyetik kuvars cevherinin içindeki manyetik minerallerin, örneğin manyetik ilmenit, pirit, limonit ve garnet gibi bazı manyetik mineralleri çıkarmaktır; bu, orijinal kuvars cevherindeki demir ve titanyum gibi manyetik safsızlıkların giderilmesi ve ayrıştırılmasında iyi bir etki göstermektedir.

Manyetik ayırıcının manyetik alan gücü ayarlanabilir, ayrıca gradyan manyetik ayırma olarak bilinir; zayıf manyetizma ile manyetit çıkarılır ve ilmenit, limonit, hematit ve garnet gibi manyetik mineralleri çıkarmak için güçlü manyetizma kullanılır. Orijinal kuvars cevherinde mevcut olan ağır mineral safsızlıklar (özgül ağırlığı 2.86'dan büyük olan kıtanın klastik mineralleri, örneğin zirkon, epidot, garnet vb.) için genellikle yer çekimi ayrımı ve yüksek yoğunluklu manyetik ayırma gibi yöntemler kullanılmaktadır. Genellikle, kuvars minerallerisüzülmüş manyetik ayrıştırmadan sonra, kuvars kumunun saflığını ve beyazlığını artıracaktır.

3. Flotasyon

Flotasyon, maden cismi yüzeyinin ıslanabilirlik farkına göre, hidrofobik ve hidrofilik maddelerin seçici ayrıştırılmasıdır, ya doğal olarak ya da değişim sonrası gerçekleşir. Yüksek saflıkta kuvarsın arıtma sürecinde, flotasyon esas olarak kuvars ile birlikte bulunan muskovit ve feldspat minerallerini kaldırmak için kullanılır ve ayrıca fosfor ve demir içeren mineralleri de flotate edebilir.

Kullanılan farklı reaktiflere göre, kuvars kum flotasyonu florürlü kuvars kum flotasyonu ve florürsüz kuvars kum flotasyonu olarak ikiye ayrılabilir. Florürlü kuvars kum flotasyonu, feldspat aktivatörü olarak hidroflorik asit (HF) gibi florür içeren maddeler ve modifiye edici olarak sülfürik asit kullanır, böylece pH=2-3 güçlü asidik koşullarda, bir kolektör olarak kullanılan dodecilamin önceden adsorbe edilmiştir ve sonra ayrıştırılmıştır. Benzer şekilde, florürsüz kuvars flotasyonu, florür içeren maddeler kullanmadan kuvars içindeki safsız mineral aktivatörü olarak sülfürik asit veya hidroklorik asit kullanmakta ve ardından kuvars ve safsız mineral ayrıştırmak için uygun kolektörü kullanmaktadır. Ayrıca bazı çalışmalarda, karışık kolektörlerin flotasyon etkisinin tekil kolektörlerden daha iyi olduğu ve göreceli olarak maliyet etkin olduğu gösterilmiştir.

Bazı araştırmacılar, yüksek saflıkta kuvars kumu hazırlamak için damar kuvars kum slurisini ters flotasyon ile gerçekleştirmiş ve karışık kolektörler kullanarak ince-kaba kombineli kuvars kumunu temizleyerek 4N sınıfı kuvars ürünleri elde etmiştir. Köpürtücü ajan olarak 2# yağ miktarı 75g/t, kuvars kumu kaba seçimin sırasında sülfürik asit ile asitlendirilmiş ve kolektör olarak propelendi amine kullanılmıştır; dozaj 1:4’tür. Deneysel sonuçlarda safsızlıkların kaldırılması %50’nin üzerinde, toplam safsızlık miktarı 99,01 μg/g olup, elementel Al ve Fe’nin kaldırma oranları sırasıyla %37,50 ve %84,15’e ulaşmıştır.

4. Asit leaching

Asit leaching, kuvars, muskovit ve feldspatın asidik çözeltilerdeki farklı çözünürlüklerine göre kuvarsın arıtılması için bir yöntemdir. Asit leaching, yüzeydeki oksit filmi ve demir cevherini etkili bir şekilde kaldırabilir. Muskovit ve feldspat gibi mineral safsızlıklar için genellikle çözünme amaçlı hidroflorik asit kullanılır. Asit leaching için yaygın olarak kullanılan asit ortamları arasında hidroklorik asit, sülfürik asit, nitrik asit, asetik asit ve hidroflorik asit bulunmaktadır. Bunlar arasında, seyreltilmiş asit, Al ve Fe'yi kaldırmada daha iyi bir etki gösterirken, daha asidik konsantre sülfürik asit, aqua regia ve hidroflorik asit kesinlikle Cr ve Ti’yi kaldırmak için kullanılmaktadır.

Araştırmalar, seyreltilmiş asit ve hidroflorik asidin birlikte varlığının Fe, Al, Mg ve diğer metal safsızlıklarını etkili bir şekilde kaldırabileceğini göstermektedir, ancak hidroflorik asidin kuvars parçacıklarını aşındıracağından miktarı kontrol edilmelidir. Farklı asit türlerinin kullanımı da arıtma ve işleme kalitesini etkilemektedir. Bu bağlamda, HCl ve HF karışık asitinin işleme etkisi en iyisidir.

Laboratuvar, manyetik ayrıştırmadan sonra kuvars kumu saflaştırmak için HCl ve HF karışık çözücü ajanı kullandı. Kimyasal çözündürme yoluyla, toplam yabancı madde elementi miktarı 40.71μg/g olup, SiO2 saflığı %99.993wt'ye kadar yüksektir.

Asit leaching'in özü, asit solüsyonu ile safsız mineral arasındaki etkileşimdir. Bu nedenle, asit leaching sürecinde sıcaklık, reaksiyon hızı ve nihai saflaştırma etkisi üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Araştırmacılar hidroklorik asit ve oksalik asidi karışık leaching ajanları olarak kullanarak, asit leaching sıcaklığının, süresinin ve konsantrasyonunun kuvarsın saflaştırma etkisi üzerindeki etkisini araştırmışlardır. Sonunda 60 °C asit leaching sıcaklığı, 8 saat asit leaching süresi, 10 g/L oksalik asit konsantrasyonu, %5 HCl konsantrasyonu, 1:5 sıvı-sakat oranı ve 500 rpm karıştırma hızı asit leaching için en iyi koşullar olarak belirlenmiştir. Sonuçlar demirin bertarafının %50 olduğunu göstermektedir.

Yüksek sıcaklık ve yüksek basınç leaching

Metal maden işleme alanında nispeten olgun bir hidrometalurji teknolojisidir. Bu teknoloji, yüksek sıcaklık ve yüksek basınç sayesinde asit tüketimini etkili bir şekilde azaltabilir. Yüksek basınç, paslanmaz çelik ceket ve Teflon astardan oluşan tank reaktörünün kapalı ortamı tarafından sağlanmaktadır. Bu yöntem, simbiyontları ve inklüzyonları daha etkili bir şekilde bertaraf edebilir ve inatçı madenlerin saflaştırma etkisi, manyetik ayırma ve flotasyondan daha iyidir.