本溪某铁尾矿制备高纯石英砂试验

李 肖 徐 彪 胡敏捷 陈煊年

(本钢集团有限公司矿山技术研发所)

高纯石英砂石英品位达99.9%以上，属于中性无机填料，不含结晶水，不与被填充物发生化学反应，是一种非常稳定的矿物填料，被广泛应用在高级液晶玻璃、大规模及超大规模集成电路、光纤、激光、航天、军事等领域中。传统高纯石英砂主要是由一、二级水晶加工而成，随着一、二级水晶资源逐渐枯竭，自20世纪开始发达国家开始探索用普通石英代替水晶制备石英砂。20世纪90年代，Kemmochi和Stato用普通石英成功加工制备了用于生产高档石英玻璃的高纯石英粉。我国从20世纪80年代末开始研究普通石英原料制备高纯石英砂，已经取得一定进展，产品能达到二、三、四级水晶的水平，但高纯、低羟基石英原料的技术难关还未攻克，还没有形成具有自主创新、自主知识产权的技术。

本溪某大型铁选矿厂年处理原矿1 200万t，产生尾矿700多万t，全部排入尾矿库。尾矿库干堆易产生粉尘污染环境，同时尾矿库也是重大危险源，存在环保和安全方面的隐患，因此需要研究尾矿的综合应用，减少尾矿排放量。该铁尾矿中石英含量75.5%，可充分回收其中的石英，制备高纯石英砂，实现铁尾矿高附加值利用[1-2]。研究利用铁尾矿制备高纯石英砂，既是对铁尾矿的综合利用，也是高纯石英砂工艺研究的新方向。用先进技术促进传统产业优化升级，调整经济结构，推动经济增长方式的转变，对于实现资源利用最大化和绿色生产具有重要作用。

1 试样性质

1.1 试样组成

试样取自本溪某大型铁选矿厂磁选尾矿，不含任何药剂，粒度较粗，可供回收利用的石英矿物赋存状态简单、结晶粒度大、品位较高，适宜制备高纯石英砂。主要金属矿物为磁铁矿、赤(褐)铁矿，非金属矿物为石英、长石，其他金属矿物、非金属矿物、硫化矿物含量甚微。试样主要矿物组成见表1。

表1试样矿物组成%

矿物含量矿物含量磁铁矿2．8角闪石类、辉石类3．4赤(褐)铁矿7．3云母1．7其他铁矿1．1绿泥石、黏土矿物3．9石英75．5方解石3．4其他0．9

试样石英矿物结构构造简单，主要有2种赋存状态：一是部分石英矿物与铁矿物、绿泥石连生(图1)；二是部分石英矿物呈单体状态存在，结晶粒度较大(图2)。石英矿物包裹体、鲕状结构较少，易于单体解离，有利于后续选别。脉石矿物中绿泥石、方解石等结晶粒度较大，不易泥化，利于后续浮选作业。

图1 石英矿物与铁矿物、绿泥石连生

图2 呈单体形式存在的石英矿物

1.3 粒度分析

试样整体粒度较粗，-0.074 mm粒级占46.61%，高品位石英矿物主要分布于+0.074 mm粒级中。粒度分析结果见表2。考虑到高纯石英砂粒度应小于0.045 mm，因此应通过后续磨矿细度控制该尾矿中石英的粒度和形状，以利于后续的石英整形与提纯。

表2 试样粒度分析结果

2 试验结果与讨论

用铁尾矿制备高纯石英砂的关键是石英矿物的单体解离、磁性和非磁性杂质的去除、石英矿物的整形提纯处理。在分析矿石性质和研究相关文献的基础上，经探索性试验，采用磨矿—磁选除杂—石英反浮选除杂—石英提纯工艺流程进行制备试验[3-4]。

2.1 磨矿细度试验

按图2流程进行磨矿细度试验，结果见图3。

图3 条件试验流程

图4 磨矿细度试验结果

从图3可以看出，随着磨矿细度的增大，石英精矿SiO2品位先上升后趋于平缓，SiO2回收率则逐渐下降。综合考虑，确定磨矿细度-0.074 mm 90%较为合理。

假设攻击节点j在前55个信任评价周期内表现为正常节点,在56到115信任周期内表现为恶意节点,以0.7～1.0的几率展开选择性转发与发送虚假监测数据。从116信任周期开始停止攻击,又表现为正常节点,j的信任变化曲线如图5所示。

2.2 反浮选硫酸用量试验

磁选工艺可去除试样中大部分磁性杂质，反浮选工艺则能进一步富集石英。石英反浮选关键是抑制高品质石英矿物的上浮，同时活化长石等非磁性杂质。对磨矿—磁选流程石英粗精矿进行1粗1精反浮选硫酸用量试验[5-7]，流程见图5，结果见图6。

图5 石英反浮选硫酸用量试验流程

图6 石英反浮选硫酸用量试验结果

图6表明，硫酸量低时，反浮选存在“精、尾不分”现象，即石英精矿SiO2品位和SiO2回收率均低；随着硫酸用量的增加，石英矿物得到有效抑制，石英精矿SiO2品位和回收均不断升高，最后趋于稳定。考虑到石英精矿品位，确定硫酸用量4 000 g/t为宜。

2.3 石英提纯工艺试验

试样经磨矿—弱磁选—强磁选—1粗8精反浮选流程除杂后，石英精矿SiO2品位可达99.15%，仍不能满足高纯石英砂99.90%的品位要求。由于常规物理选矿方法很难再提高石英品质，因此采用化学选矿和粉体表面改性联合工艺进行再次提纯。石英提纯工艺流程见图7。

图7石英提纯工艺流程

石英提纯深加工工艺中化学选矿采用酸洗除杂，目的是去除石英精矿中仍存在的铁杂质和整形磨过程出现的微细粒杂质。采用硫酸、盐酸和混合酸(专利产品)进行酸洗试验，结果见表3。

表3石英酸洗酸种类试验结果

%

酸类型产品SiO2品位铁含量Al2O3含量硫酸石英酸洗精矿99．870．0050．036盐酸石英酸洗精矿99．440．0100．081混合酸石英酸洗精矿99．910．0060．020

从表3可以看出，混合酸酸洗效果最好，可获得SiO2品位99.91%的酸洗石英精矿，含铁0.006%， Al2O3含量0.020%。

2.4 全流程试验

在条件试验的基础上，进行高纯石英砂全流程制备试验，流程见图8。

图8高纯石英砂制备试验全流程

全流程试验可获得产率20.54%、SiO2品位99.93%、回收率27.19%、白度94.11%的高纯石英砂，耐温1 750 ℃。高纯石英砂化学多元素分析结果见表4。

表4 高纯石英砂化学多元素分析结果 %

3 产品特点

利用铁尾矿制备的高纯石英砂与国外进口石英砂进行比较，两种石英砂性能指标基本一致。

(1)从化学成分、粒度分布和微观形貌来看，高纯石英砂与进口石英砂基本一致，符合溢流法生产盖板和液晶玻璃基板的石英砂标准，在主要成分SiO2、Fe2O3含量方面则优于进口石英砂。

(2)利用高纯石英砂生产的玻璃的温度—黏度曲线表明，高纯石英砂的高温黏度低于进口石英砂，说明高纯石英砂在高温下更易于熔制、澄清和排除气泡。

(3)高纯石英砂在软化点、退火点、转变点、应变点方面，与进口石英砂相差无几；黏度和热膨胀系数与进口石英砂相近，因此由其熔制的玻璃成品性能也具有一致性。

4 结 论

本溪某选矿厂铁尾矿采用磨矿—磁选—石英反浮选—石英提纯工艺流程，可获得SiO2品位99.93%、回收率27.19%、白度94.11%、耐温1750℃的高纯石英砂。相比进口石英砂，高纯石英砂各项性能和主要成分基本一致，在某些方面甚至优于进口石英砂，可用做高档玻璃、光学玻璃、玻璃纤维的原料，是高附加值产品。

铁尾矿制备高纯石英砂的工艺流程结合了传统磁选、浮选选矿方法和化学选矿法与表面改性的提纯工艺技术，是一种新型尾矿资源再利用技术。利用铁尾矿制备高纯石英砂符合国家综合利用发展政策，能提高矿产资源利用率，减少铁尾矿排放，符合绿色生产的发展理念。

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