湖北某石英矿制备超白砂试验研究*

陆 玉 胡林彬 刘中伟 王 康 石丽芬 曹 欣

（1.中国建材国际工程集团有限公司海南分公司；2.蚌埠玻璃工业设计研究院有限公司）

石英的主要化学成分为SiO2，在地壳中分布广泛［1］，是生产玻璃的主要矿物原料。随着环境与能源问题的日益严重，国家开始大力发展太阳能发电［2］。因此，光伏玻璃作为光伏发电的重要组件显得至关重要［3］。光伏玻璃的制备对石英砂有着较高的要求［4］，虽然我国石英储量丰富，但大多品质较差，是否能作为超白光伏玻璃用砂，必须经过详细的选矿工艺试验研究［5］。本文以湖北某地石英岩矿为研究对象，进行了原矿分析与系统的选矿工艺试验研究，最终获得了满足超白砂指标要求的精砂。

1 试验材料与设备

1.1 试验原料分析

试验原料取自湖北某地石英矿区不同采矿点混合样，将原矿破碎至-3.2 mm，对破碎后产品进行混匀、缩分、包样，分别采用X射线衍射仪与X射线荧光光谱仪对试样进行物相分析与化学成分分析，结果见图1、表1。

由图1可见，试样中主要矿物为石英，并未发现其他脉石矿物，可能是脉石矿物含量较低导致。

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由表1可知，试样SiO2含量99.68%，Al2O3含量0.019%，两者均满足超白砂指标要求，Fe2O3含量较高，为0.171%，超出光伏砂指标要求；因此，在超白砂制备工艺中主要考虑降低Fe2O3含量。

1.2 试验设备及药剂

试验采用稀硫酸作为浮选pH值调整剂，HK-1、HK-2作为浮选捕收剂，稀硫酸为分析纯硫酸药剂配制，HK-1、HK-2为试验室自制药剂。试验所用主要仪器及设备见表2。

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2 试验研究

为提高石英精砂中的SiO2含量，最大限度地降低Fe2O3含量，对试样进行了一系列的可选性试验研究，最终确定采用预先筛分（0.6 mm）—磨矿（粗粒级）—合并磁选（3道）—分级—擦洗（酸）选矿工艺进行提纯，试验流程见图2，并对各工艺进行了最佳试验条件探索，寻求最佳试验条件及参数。

2.1 磨矿时间条件试验

由于光伏砂要求+0.71 mm粒级含量0%，-0.1 mm粒级含量≤5%。由于试样破碎至-3.2 mm后，-0.6 mm粒级含量为36.32%，占比较大，为减少过粉碎现象，磨矿作业前采用预先筛分作业，及时抛出合格粒级。磨矿浓度固定为50%，调整磨矿时间分别为5，5.5，6，6.5 min，探索不同磨矿时间对磨矿产品粒度的影响，寻求最佳磨矿时间，试验结果见图3。

由图3可见，随着磨矿时间的增加，0.1～0.6 mm粒级含量持续增加，-0.1 mm粒级含量呈现先增加后平稳再急剧增加的趋势；为保证较好的磨矿效率，尽可能减少-0.1 mm粒级含量，因此，选择磨矿时间6 min为宜。

2.2 磁选条件试验

试验对磨矿后产品进行了3道磁选，分别是一段中磁作业和两段强磁作业，由于试样在肉眼及显微镜下均可明显观察到黄色、棕色、红色的杂质矿物、铁浸染的石英砂、氧化铁-石英连生体等含铁矿物，同时破碎及磨矿作业会在试样中引入部分机械铁。为除去试样中的强磁性矿物及引入的机械铁，对磨矿后产品首先进行一段中磁作业（0.4 T），以便提高后续强磁作业的磁选效果，并对两段强磁作业进行了最佳磁场强度探索试验。

2.2.1一段强磁选磁场强度条件试验

为探究不同磁场强度对磁选精矿中Fe2O3含量的影响，调整一段强磁磁场强度分别为1.0，1.2，1.4 T进行试验，试验结果见图4。

由图4可见，随着磁选磁场强度的增加，磁选精砂产率降低，但降低幅度不大，Fe2O3含量呈现先降低后基本稳定的趋势；当磁场强度≥1.2 T时，磁选精砂Fe2O3含量基本保持不变，且磁场强度越高，磁选精砂产率越低；综合考虑，一段强磁选磁场强度确定为1.2 T。

2.2.2二段强磁选磁场强度条件试验

调整二段强磁选磁场强度分别为1.2，1.4，1.6 T，试验结果见图5。

由图5可见，随着磁场强度的增加，磁选精砂产率略有下降，但磁选精砂Fe2O3含量基本不变，说明当磁场强度≥1.2T时，已经实现对试样中弱磁性矿物的有效分离；因此，二段强磁选作业磁场强度确定为1.2 T。

2.3 分级条件试验

为降低试样中-0.1 mm粒级含量，使其达到超白砂指标要求，采用φ100 mm水力分级机进行分级试验。试验探究上升水量对各粒级含量的影响，调整上升水量分别为100，120，150，180 L/h，试验结果见图6。

由图6可见，随着分级上升水量的递增，分级沉砂产率降低，分级沉砂中-0.1 mm含量逐渐减少，分级细砂中+0.1 mm粒级含量增加；综合考虑，分级沉砂产率及超白砂指标要求-0.1 mm粒级含量≤5%，确定分级作业上升水量为120 L/h。

2.4 擦洗条件试验

由于试样中部分石英砂表面存在铁浸染现象，试验采用擦洗作业进行脱除，为提高擦洗作业对试样中Fe2O3的去除效果，在擦洗作业中加入少量酸介质。综合考虑酸成本、操作环境、挥发性及废水处理便捷性，试验选用硫酸作业擦洗介质，擦洗作业条件试验分别探究不同酸用量、擦洗时间对擦洗精砂Fe2O3含量的影响。

2.4.1硫酸用量条件试验

固定矿浆浓度50%，主轴转速800 r/min，擦洗时间15 min，调整酸用量分别为10，20，30 kg/t进行试验。试验结果见图7。

由图7可见，在矿浆浓度及擦洗时间不变的条件下，随着硫酸用量的增加，擦洗精矿Fe2O3含量基本稳定，因此，确定硫酸用量10 kg/t为宜。

2.4.2擦洗时间条件试验

固定矿浆浓度50%，主轴转速800 r/min，硫酸用量10 kg/t，调整擦洗时间进行试验，试验结果见图8。

由图8可见，在硫酸用量不变的条件下，随着擦洗时间的延长，擦洗精矿Fe2O3含量呈基本稳定的趋势；擦洗时间5 min已满足要求，确定擦洗时间为5 min。

2.5 精矿分析

经过系统的流程试验，确定了超白砂制备工艺的最佳参数，并对最终精砂进行化学分析，分析结果见表3。

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由表3可知，最终精砂SiO2含量为99.77%，Al2O3含量为0.040%，Fe2O3含量为0.006 4%，满足光伏砂Fe2O3≤0.008 0%指标要求。对最终精砂进行粒度筛析，精砂中+0.71 mm粒级含量为0%，-0.1 mm粒级含量为3.26%，满足光伏砂对粒度的指标要求。

3 结 语

（1）湖北某石英矿中脉石矿物含量较少，石英含量较高，SiO2含量为99.68%，Al2O3含量为0.019%，Fe2O3含量为0.171%，不符合光伏砂对Fe2O3含量的指标要求。

（2）试验采用预先筛分（0.6 mm）—磨矿（粗粒级）—筛上筛下合并磁选（三道）—分级—擦洗（酸）工艺流程处理，经过条件试验确定最佳工艺参数为预先筛分粒度0.6 mm，磨矿时间6 min，磨矿浓度50%；磁选作业中磁选磁场强度0.4 T，两段强磁磁场强度均为1.2 T；分级作业水量120 L/h，擦洗作业硫酸用量10 kg/t、矿浆浓度50%，擦洗时间5min；最终获得了SiO2含量99.77%、Al2O3含量0.040%、Fe2O3含量0.006 4%、+0.71 mm粒级含量为0%、-0.1 mm粒级含量3.26%的精砂，满足光伏砂Fe2O3≤0.008 0%指标要求。