4 загальні методи обробки для кварцового піску високої чистоти

2025-03-27

Високочистий кварцовий пісок є матеріальною основою для розвитку високих технологій, а його сфери застосування охоплюють оптичні волокна, військову та аерокосмічну промисловість. Ці сфери мають надзвичайно суворі вимоги до чистоти кварцового піску, особливо до Fe, Al та інших домішок.

Мінеральні домішки в кварцовому піску зазвичай існують у формі неметалічних мінералів, таких як польовий шпат, слюда, гранат, циркон, ільменіт та багато інших. Ці домішки в основному існують у наступних формах:

(1) Як вільні асоційовані мінерали, вони не хімічно поєднані з кварцовими кристалами;

(2) Як мінеральні фрагменти, хімічно та фізично поєднані з кварцовими кристалами на його поверхні, такі домішки в основному є залізовмісними мінералами та алюмінієвими мінералами;

(3) Мінерали, обгорнуті кварцовими частинками або оточені кварцовими кристалами, поєднані один з одним;

(4) Як міжстельові іони для заміни кремнію, ці домішки в основному включають: Al3+, Fe2+, Fe3+, B3+, Ti4+, Ge4+, P5+ тощо. Ці іони замінюють Si4+, утворюючи ковалентні зв'язки. Коли це відбувається, зазвичай супроводжується легуванням елементами, такими як Li1+, K1+, Na1+ і H1+, для підтримки електричної нейтральності решітки SiO2. Елемент Al є одним з основних елементів домішок у кварцовій руді, а Al3+ і Si4+ мають подібні радіуси, що дозволяє їм легко замінювати Si4+, і його вміст зазвичай досягає кількох тисяч ppm. Тому вміст Al є важливим показником якості кварцової руди.

На сьогоднішній день процес очищення високочистого кварцового піску в основному включає механічне подрібнення, магнітне сепарування, флотацію, кислотне виведення тощо, що може ефективно видалити домішки металевих іонів у решітці кварцу.

1. Механічне подрібнення

Механічне подрібнення - це метод, який використовує механічну силу для зменшення розміру частинок мінералів. У процесі очищення високочистого кварцу цей процес в основному спрямований на відокремлення неструктурних домішок у кварцових мінералах від кварцу. Неструктурні домішки відносяться до мінеральних включень (мінеральних домішок) і газо-рідинних включень (рідинних включень). Домішки існують на межах зерен кварцу. Після подрібнення первинних кварцових мінералів розмір частинок зменшується, а специфічна поверхня збільшується, що дозволяє домішкам між межами зерен вийти на зовнішню поверхню кварцових частинок, тим самим покращуючи ефективність очищення наступного процесу.

У процесі механічного подрібнення, через відносно тверду природу кварцових мінералів, часті контакти та тертя з обладнанням неминуче вводять домішки та викликають забруднення.

Кварцові мінерали були ультратонко подрібнені за допомогою процесу мокрого керамічного млинка, і розмір частинок дисперсних кварцових частинок був протестований. Оточуюча поверхня пасивована, а сферичність явно збільшена; а кварц очищений шляхом промивання водою та кислотного виведення, і білизна отриманого кварцу явно покращена, що має певну референтну цінність для дослідження розвитку та застосування кварцу.

2. Магнітне сепарування

У процесі очищення високочистого кварцу мета магнітного сепарування полягає у видаленні деяких магнітних мінералів, таких як магнітний ільменіт, пірит, лимоніт і гранат, у включеннях магнітної кварцової руди, що має хороший ефект на видалення та сепарацію магнітних домішок, таких як залізо та титан у первинній кварцовій руді.

Сила магнітного поля магнітного сепаратора може бути відрегульована, також відома як градієнтне магнітне сепарування, використовуйте слабкий магнетизм для видалення магнетиту, а сильний магнетизм для видалення магнітних мінералів, таких як ільменіт, лимоніт, гематит і гранат. Для важких мінеральних домішок (теригенні уламкові мінерали з питомою вагою більше 2.86, такі як циркон, епідот, гранат тощо), що існують у первинній кварцовій руді, зазвичай використовуються методи, такі як гравітаційне сепарування та магнітне сепарування високої інтенсивності. Зазвичай кварцові мінерали єочищений після магнітного відділення, що покращить чистоту та білизну кварцового піску.

3.Флотація

Флотація - це вибіркове відділення гідрофобних і гідрофільних речовин відповідно до різниці в змочуваності поверхні руди, або природним чином, або після модифікації. У процесі очищення високочистого кварцу флотація в основному використовується для видалення мік і польового шпату, які співіснують з кварцом, а також може флотаційно обробляти мінерали, що містять фосфор і залізо.

Залежно від різних реагентів, що використовуються, флотацію кварцового піску можна поділити на флотацію кварцового піску з фтором і флотацію кварцового піску без фтору. Флотація кварцового піску з фтором використовує фторвмісні агенти, такі як фтороводнева кислота (HF) як активатор польового шпату, а сірчану кислоту як модифікатор, так що в умовах сильної кислоти при pH=2-3, додециламін, що використовується як колектор, активований польовий шпат адсорбується заздалегідь, а потім відокремлюється. Аналогічно, флотація кварцу без фтору полягає у використанні сірчаної кислоти або соляної кислоти як активатора мінералів домішок у кварці без використання фторвмісних агентів, а потім використовується відповідний колектор для флотації та відділення кварцу та мінералів домішок. Крім того, деякі дослідження показали, що ефект флотації змішаних колекторів кращий, ніж у одиночних колекторів, і є відносно економічно вигідним.

Деякі дослідники провели зворотну флотацію шламів кварцового піску, щоб підготувати високочистий кварцовий пісок, і використовували змішані колектори для очищення дрібно-крупного комбінованого кварцового піску, щоб отримати кварцові продукти 4N-класу. Кількість піноутворювача 2# олії становить 75 г/т, кварцовий пісок підкислюється сірчаною кислотою під час грубої селекції, а пропілендіамін використовується як колектор; Дозування становить 1:4. У результатах експерименту видалення домішок становило більше 50%, загальна кількість домішок становила 99,01 мкг/г, а рівні видалення елементів Al і Fe досягли 37,50% і 84,15% відповідно.

4. Кислотне вилуговування

Кислотне вилуговування - це засіб очищення кварцу відповідно до різної розчинності кварцу, мік і польового шпату в кислотних розчинах. Кислотне вилуговування може ефективно видаляти оксидну плівку на поверхні та залізну руду. Для мінеральних домішок, таких як мік і польовий шпат, зазвичай використовується фтороводнева кислота для розчинення. Звичайно використовувані кислотні середовища для кислотного вилуговування включають соляну кислоту, сірчану кислоту, нітратну кислоту, оцтову кислоту та фтороводневу кислоту. Серед них розбавлена кислота має кращий ефект на видалення Al і Fe, а більш кислі концентровані сірчана кислота, царська вода та фтороводнева кислота використовуються для видалення Cr і Ti.

Дослідження показали, що співіснування розбавленої кислоти та фтороводневої кислоти може ефективно видаляти Fe, Al, Mg та інші металеві домішки, але кількість фтороводневої кислоти слід контролювати, оскільки фтороводнева кислота може роз'їдати частинки кварцу. Використання різних видів кислот також впливає на якість очищення та обробки. Серед них обробний ефект змішаної кислоти HCl і HF є найкращим.

Лабораторія використовувала змішаний розчинник HCl та HF для очищення кварцового піску після магнітного відділення. Завдяки хімічному вилуговуванню загальна кількість елементів забруднення становить 40,71 мкг/г, а чистота SiO2 досягає 99,993 ваг.%.

Суть кислотного вилуговування полягає у взаємодії між кислотним розчином та мінералами домішок. Тому в процесі кислотного вилуговування температура має великий вплив на швидкість реакції та кінцевий ефект очищення. Лабораторія використовувала соляну кислоту та щавлеву кислоту як змішані агенти для вилуговування, щоб вивчити вплив температури, часу та концентрації кислотного вилуговування на ефект очищення кварцу, і врешті-решт визначила температуру кислотного вилуговування 60 °C, час кислотного вилуговування 8 годин, концентрацію щавлевої кислоти 10 г/л, концентрацію HCl 5%, співвідношення рідина-тіло 1:5 та швидкість перемішування 500 об/хв як найкращі умови для кислотного вилуговування. Результати показують, що видалення заліза становить 50%.

Висока температура та високий тиск вилуговування

Це відносно зріла гідрометалургійна технологія обробки металевих руд. Ця технологія може ефективно зменшити споживання кислоти за високої температури та високого тиску. Високий тиск забезпечується закритим середовищем реактора-танка, що складається з нержавіючої сталі та тефлонового покриття. Вона може більш ефективно видаляти симбіонти та включення, чий ефект очищення впертих руд кращий, ніж у магнітного сепаратора та флотації.