Tinh chế cát thạch anh cho kính quang điện

2025-03-27

Quy trình tinh chế cát thạch anh trong nước đã phát triển từ giai đoạn đầu "nghiền, tách từ, rửa" đến "sàng lọc → nghiền thô → nung → làm nguội bằng nước → nghiền → phân loại → tách từ → tuyển nổi →tách axit →rửa →sấy khô", kết hợp với vi sóng, siêu âm và các phương pháp khác để tiền xử lý hoặc tinh chế bổ sung, hiệu quả tinh chế đã được cải thiện đáng kể.

Để đáp ứng yêu cầu sắt thấp của kính quang điện, các phương pháp loại bỏ sắt từ cát thạch anh chủ yếu được quan tâm.

Thông thường, sắt tồn tại dưới sáu hình thức phổ biến sau:

① Xuất hiện dưới dạng các hạt mịn của đất sét hoặc feldspar đã được kaolin hóa

② Gắn kết với bề mặt của các hạt thạch anh dưới dạng phim oxit sắt

③ Các khoáng sản sắt như hematit, magnetit, specularit, stannite, v.v. hoặc các khoáng sản chứa sắt như Mica, amphibole, garnet, v.v.

④ Ở trạng thái phân tán hoặc lens bên trong các hạt thạch anh.

⑤ Ở trạng thái dung dịch rắn bên trong tinh thể thạch anh.

⑥ Trộn lẫn trong quá trình nghiền nát và xay xát.

Để tách biệt hiệu quả các khoáng sản chứa sắt khỏi thạch anh, cần phải chứng minh trước trạng thái xuất hiện của tạp chất sắt trong quặng thạch anh và lựa chọn một phương pháp tuyển nổi hợp lý để loại bỏ các tạp chất sắt.

(1) Quy trình tách từ tính

Quy trình tách từ tính có thể loại bỏ tối đa các khoáng sản tạp chất từ tính yếu như hematit, limonite và biotit, bao gồm cả các hạt kết hợp. Theo sức mạnh từ tính, tách từ tính có thể được chia thành tách từ tính cường độ cao và tách từ tính cường độ thấp, trong đó tách từ tính cường độ cao thường sử dụng máy tách từ tính ướt cường độ cao hoặc máy tách từ tính gradient cao.

Nói chung, đối với cát thạch anh chứa tạp chất chủ yếu là các khoáng sản tạp chất từ tính yếu như limonite, hematit, biotit, v.v., có thể được lựa chọn bằng cách sử dụng máy từ tính ướt trên 8.0×105A/m; Đối với các khoáng sản từ tính mạnh chủ yếu là quặng sắt, tốt hơn là sử dụng máy từ tính yếu hoặc máy từ tính trung bình cho việc tách biệt.

Với sự ứng dụng của máy tách từ trường gradient cao, việc tinh chế trong tách từ tính đã được cải thiện rõ rệt so với trước đây. Ví dụ, dưới sức mạnh từ trường 2.2T, việc loại bỏ sắt bằng máy tách từ tính điện từ kiểu trục mạnh có thể giảm hàm lượng Fe2O3 từ 0.002% xuống còn 0.0002%.

(2) Quy trình tuyển nổi

Tuyển nổi là quy trình tách biệt các hạt khoáng sản dựa trên các tính chất vật lý và hóa học khác nhau trên bề mặt của chúng, và chức năng chính là loại bỏ các khoáng sản liên quan như mica và feldspar khỏi cát thạch anh. Đối với quá trình tách biệt các khoáng sản chứa sắt và thạch anh, việc tìm ra hình thức xuất hiện của các tạp chất sắt và hình thức phân bố trong từng kích thước hạt là chìa khóa để chọn một quy trình phân loại thích hợp cho việc loại bỏ sắt. Hầu hết các khoáng sản chứa sắt có điểm điện sai bằng 0 trên 5, và có điện tích dương trong môi trường axit. Về lý thuyết, các chất thu gom anion là phù hợp.

Acid béo (xà phòng), sulfonat hydrocacbon hoặc sulfate có thể được sử dụng làm chất thu gom anion cho tuyển nổi các quặng oxit sắt. Đối với pyrite, tác nhân nổi lưu huỳnh cổ điển là isobutyl xanthate cộng với butylamine đen (4:1), liều lượng khoảng 200ppmw, và pyrite có thể được nổi khỏi thạch anh trong môi trường dưa.

Trong quá trình tuyển nổi ilmenite, natri oleat (0.21mol/L) thường được sử dụng làm tác nhân tuyển nổi, và pH được điều chỉnh về mức 4~10. Một phản ứng hóa học xảy ra giữa các ion oleat và các hạt sắt trên bề mặt ilmenite để sản xuất ra sắt oleat. Ion oleat giữ cho ilmenite có khả năng nổi tốt. Các chất thu thập axit phosphonic dựa trên hydrocarbon được phát triển trong những năm gần đây có tính chọn lọc và hiệu suất thu thập tốt cho ilmenite.

(3) Quy trình chiết tách bằng axit

Mục đích chính của quy trình chiết tách bằng axit là loại bỏ các khoáng chất sắt tan trong dung dịch axit. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả tinh chế của chiết tách bằng axit bao gồm kích thước hạt cát thạch anh, nhiệt độ, thời gian chiết tách, loại axit, nồng độ axit, tỷ lệ rắn-lỏng, v.v. Tốc độ chiết tách có thể được cải thiện bởi nhiệt độ, nồng độ và giảm bán kính của các hạt thạch anh.

Hiệu quả tinh chế từ loại axit đơn lẻ là có giới hạn, và axit hỗn hợp có tác dụng hiệp đồng, có thể cải thiện đáng kể tỷ lệ loại bỏ các yếu tố tạp chất như Fe và K. Các axit vô cơ phổ biến là HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4, H2C2O4, chúng ta có thể sử dụng hai hoặc nhiều loại axit pha trộn theo một tỷ lệ nhất định.

Axit oxalic là một axit hữu cơ thường được sử dụng trong chiết tách bằng axit. Nó có thể tạo thành một phức hợp tương đối ổn định với các ion kim loại hòa tan, và các tạp chất có thể dễ dàng được rửa trôi. Một số người đã sử dụng phương pháp tinh chế axit oxalic hỗ trợ siêu âm, và phát hiện rằng so với khuấy đảo thông thường và siêu âm trong bồn, siêu âm bằng đầu dò có tỷ lệ loại bỏ Fe cao nhất, liều lượng axit oxalic là dưới 4g/L, và tỷ lệ loại bỏ sắt đạt 75,4%.

Sự đồng tồn tại của axit loãng và axit hydrofluoric có thể hiệu quả trong việc loại bỏ Fe, Al, Mg và các tạp chất kim loại khác, nhưng lượng axit hydrofluoric cần được kiểm soát, vì axit hydrofluoric có thể ăn mòn các hạt thạch anh. Việc sử dụng các loại axit khác nhau cũng ảnh hưởng đến chất lượng tinh chế. Trong số đó, hiệu quả chế biến của axit hỗn hợp HCl và HF là tốt nhất. Một số người đã sử dụng thuốc chiết tách hỗn hợp HCl và HF để tinh chế cát thạch anh được tách từ từ tính. Thông qua chiết tách hóa học, tổng lượng các yếu tố tạp chất là 40,71μg/g, và độ tinh khiết của SiO2 đạt tới 99,993wt%.

Một số nhà nghiên cứu đã sử dụng bã kaolin để chế tạo cát thạch anh có hàm lượng sắt thấp cho kính photovoltaic. Thành phần khoáng chính của bã kaolin là thạch anh, với một lượng nhỏ khoáng chất tạp chất như kaolinite, mica và fenspat. Sau khi bã kaolin được xử lý qua quy trình tuyển nổi "nghiền - phân loại thủy lực - tách từ - nổi", tỷ lệ kích thước hạt từ 0.6~0.125mm hơn 95%, SiO2 là 99,62%, Al2O3 là 0,065%, Fe2O3 là 92×10-6. Cát thạch anh đã chế biến đáp ứng các yêu cầu chất lượng của cát thạch anh có hàm lượng sắt thấp cho kính photovoltaic.

Bằng sáng chế nghiên cứu thí nghiệm cho việc tinh chế nguyên liệu thạch anh cho kính photovoltaic

Shao Weihua từ Viện Hàn Lâm Khoa Học Địa Chất Trung Quốc, đã công bố một bằng sáng chế phát minh: một phương pháp chuẩn bị cát thạch anh cao cấp từ bã kaolin.

Các bước phương pháp:

a. bã kaolin được sử dụng làm quặng thô, và sau khi khuấy trộn và chà rửa, thu được vật liệu +0.6mm;

b. vật liệu +0.6mm được phân loại sau khi nghiền, và vật liệu quặng 0.4mm-0.1mm được thực hiện quy trình tách từ, thu được các chất từ tính và không từ tính, các chất không từ tính vào quy trình tách trọng lực, thu được khoáng chất nhẹ tách trọng lực và khoáng chất nặng tách trọng lực, khoáng chất nhẹ tách trọng lực vào quy trình nghiền lại để sàng lọc, và thu được khoáng chất +0.1mm;

c.+0.1mm khoáng chất tham gia vào quá trình tuyển nổi để thu được tinh quặng tuyển nổi. Tinh quặng tuyển nổi loại bỏ lớp nước ở trên và sau đó trải qua quá trình ngâm siêu âm, rồi được sàng lọc để thu được vật liệu thô +0.1mm dưới dạng cát thạch anh cao cấp. Phương pháp này không chỉ thu được sản phẩm tinh quặng thạch anh chất lượng cao, mà còn rút ngắn thời gian xử lý, đơn giản hóa quy trình công nghệ và giảm tiêu thụ năng lượng.

Đuôi kaolin chứa một lượng lớn tài nguyên thạch anh, có thể đáp ứng yêu cầu về nguyên liệu cho kính siêu trắng quang điện thông qua tuyển chọn, điều này cũng cung cấp những ý tưởng mới cho việc tái chế và lợi dụng tài nguyên đuôi kaolin.