光伏玻璃的石英砂净化

2025年3月27日

国内石英砂净化的一般选矿工艺已从早期的“磨矿、磁选、洗涤”发展到“分选 → 粗破碎 → 煅烧 → 水淬 → 磨矿 → 筛分 → 磁选 → 浮选 → 酸浸 → 洗涤 → 干燥”，并结合微波、超声波等手段进行预处理或辅助净化，净化效果大大提升。

考虑到光伏玻璃的低铁要求，主要关注从石英砂中去除铁的各种方法。

一般而言，铁存在以下六种常见形式：

① 以细小颗粒的粘土或高岭土化长石的形式存在。

② 以铁氧化物膜的形式附着在石英颗粒的表面

③ 铁矿物例如赤铁矿、磁铁矿、镜铁矿、锡铁矿等，或者含铁矿物如云母、角闪石、石榴石等

④ 以分散或透镜状态存在于石英颗粒内部。

⑤ 在石英晶体内以固溶体的状态存在。

⑥ 在破碎和研磨过程中混合。

为了有效地将含铁矿物从石英中分离，首先需要证明石英矿石中铁杂质的存在状态，并选择合理的选矿方法来去除铁杂质。

(1) 磁选工艺

磁选工艺可以最大程度地去除弱磁性杂质矿物，如赤铁矿、褐铁矿和黑云母，包括共生颗粒。根据磁强度，磁选可以分为高强度磁选和低强度磁选，其中高强度磁选通常采用湿式高强度磁选机或高梯度磁选机。

一般来说，对于含有主要为弱磁性杂质矿物如褐铁矿、赤铁矿、黑云母等的石英砂，可以使用8.0×10^5A/m以上的湿磁机进行选取；对于以铁矿为主的强磁性矿物，最好使用弱磁机或中磁机进行分离。

随着高梯度磁场磁选机的应用，磁选的纯化效果与过去相比明显改善。例如，在2.2T的磁场强度下，电磁感应辊式强磁选机去除铁的能力可以将Fe2O3的含量从0.002%降低到0.0002%。

(2) 挥发浮选工艺

浮选是通过矿物颗粒表面不同的物理和化学性质来分离矿物颗粒的过程，其主要功能是从石英砂中去除相关矿物云母和长石。对于含铁矿物与石英的浮选分离，找出铁杂质的存在形式和在各粒径中的分布形式是选择适当的除铁选矿工艺的关键。大多数含铁矿物的零电点在5以上，且在酸性环境中带正电。理论上，阴离子捕收剂是适用的。

脂肪酸（肥料）、烃基磺酸盐或硫酸盐可以作为铁氧化物矿石的阴离子捕收剂进行浮选。对于黄铁矿，经典的浮选硫药剂是异丁基黄铁酸酯加黑胺（4:1），用量约为200ppmw，黄铁矿可以在腌制环境中从石英中浮选出来。

在钛铁矿的浮选中，通常使用油酸钠（0.21mol/L）作为浮选剂，并将pH值调节至4~10。油酸根离子与钛铁矿表面上的铁颗粒发生化学反应，生成铁油酸盐。油酸根离子保持钛铁矿良好的浮选性。近年来开发的以烃基磷酸为基础的捕收剂对钛铁矿具有良好的选择性和捕集性能。

(3) 酸浸过程

酸浸过程的主要目的是去除酸溶液中的可溶性铁矿物。影响酸浸净化效果的因素包括石英砂颗粒大小、温度、浸出时间、酸的类型、酸的浓度、固液比等。通过提高温度、浓度和减小石英颗粒半径，可以提高浸出率。

单一类型的酸净化效果有限，混合酸具有协同作用，可以大大提高去除铁、钾等杂质元素的效率。常用的无机酸有HF、H2SO4、HCl、HNO3、H3PO4、HClO4、H2C2O4，可以按一定比例采用两种或多种混合酸。

草酸是常用的有机酸，广泛用于酸浸。它可以与溶解的金属离子形成相对稳定的复合物，杂质可以很容易被洗掉。有些人使用超声波辅助草酸净化，发现与传统的搅拌和罐式超声波相比，探针超声波的去除铁率最高，草酸的用量少于4g/L，而铁的去除率达到了75.4%。

稀酸和氟化氢酸的共存可以有效去除铁、铝、镁等金属杂质，但氟化氢酸的用量应加以控制，因为氟化氢酸可能会腐蚀石英颗粒。使用不同种类的酸也会影响净化的质量。其中，HCl和HF混合酸的处理效果最佳。有些人使用HCl和HF混合浸出剂来净化磁选后的石英砂。通过化学浸出，总的杂质元素含量为40.71μg/g，SiO2的纯度高达99.993wt%。

一些研究人员使用高岭土尾矿制备低铁石英砂，用于光伏玻璃。高岭土尾矿的主要矿物成分是石英，含有少量杂质矿物，如高岭土、云母和长石。经过“磨矿—水力分级—磁选—浮选”的选矿工艺处理后，0.6~0.125mm的颗粒含量大于95%，SiO2为99.62%，Al2O3为0.065%，Fe2O3为92×10-6。经处理的石英砂符合低铁石英砂用于光伏玻璃的质量要求。

用于光伏玻璃的石英原材料净化实验研究专利

中国地质科学院的邵维华发表了一项发明专利：一种从高岭土尾矿中制备高纯度石英砂的方法。

该方法步骤：

a.以高岭土尾矿作为原矿，经过搅拌和洗涤，获得+0.6mm的物料；

b.将+0.6mm物料磨碎后分级，对0.4mm-0.1mm的矿石物料进行磁选操作，获得磁性和非磁性物质，非磁性物质进入重力分离操作，获得重力分离轻矿物和重矿物，重力分离轻矿物进入再磨操作进行筛分，获得+0.1mm的矿物；

c.+0.1mm矿物进入浮选操作以获得浮选精矿。浮选精矿去除上层水分，然后进行超声波酸洗，再通过筛分获得+0.1mm的粗颗粒作为高纯度石英砂。本发明的方法不仅可以获得高质量的石英精矿产品，还能缩短加工时间，简化工艺流程，降低能耗。

高岭土尾矿含有大量的石英资源，通过精选可以满足光伏超白玻璃原材料的要求，这也为高岭土尾矿资源的回收利用提供了新思路。