青海某地脉石英提纯试验研究

2022-07-13王小山马静雅

中国非金属矿工业导刊 2022年3期

王宏，王小山，马静雅，马亮

(咸阳非金属矿研究设计院有限公司，陕西咸阳 712021)

石英具备诸多优异性能，随着我国科学技术以及经济的飞速发展，对高品质石英的市场需求量也随之增加。我国脉石英矿床贫矿多，富矿少，矿床规模以中、小型为主，矿石平均SiO2仅为97.46%[1]。长石、云母是石英中常见伴生矿物，长石与石英均为架状结构矿物，因在晶体结构及化学性质方面相近，分离较困难。浮选是将石英与长石、云母等杂质矿物分离的有效途径，主要方法为有氟有酸法、无氟有酸法、无氟无酸法等[2]。传统使用氢氟酸的方法效果最好，但会引发生产安全、环境和健康危害等问题[4]，目前采用无氟有酸法浮选分离石英和长石较为普遍。

青海某脉石英矿原矿只能作为普通玻璃原料，含铁、铝等超标，经济效益不佳。通过选矿试验研究，确定了合理的选矿工艺流程及最佳工艺参数，最终产品达到超白玻璃硅质原料的质量要求，提升了产品附加值。

1 试样与方法

1.1 原矿性质

试样采自青海某地，矿石呈乳白色—灰白色(表面多呈黑褐色)，有淡黄色或红褐色浸染，油脂光泽，半透明—不透明，质纯，坚硬，断面石英结晶较致密。矿石主要矿物相为石英，石英衍射峰强高，峰形尖锐，其含量超过98%，其次有长石、云母等(图1)。原矿可用作低档玻璃原料使用，但要扩大其用途，提高其附加值，须通过选矿提纯工艺除去杂质矿物。

图1 原矿XRD图

对原矿样进行化学成分测试分析(表1)，原矿样SiO2含量98.92%，主要杂质含量为Al2O3、Fe2O3、K2O、Na2O等。

表1 原矿化学分析 (单位：%)

1.2 试验方法及工艺流程

本试验的目的主要是提高石英精砂中SiO2的含量，降低杂质的含量。原矿中主要杂质成分为Al、K、Fe、Na的氧化物，Al2O3、K2O、Na2O以长石、云母形式存在，而铁杂质存在形式为被石英包裹、石英砂碎屑间孔隙中或以薄膜铁杂质形式附着于石英颗粒表面。

降低铁杂质和具有磁性矿物包裹体的颗粒含量主要通过磁选法，尤其强磁选工艺可最大限度地去除赤铁矿、褐铁矿和黑云母等弱磁性杂质矿物[3]。

降低Al2O3、K2O、Na2O含量主要采用浮选法，即除去长石、云母等杂质矿物。虽然在一定的pH值范围内长石与石英呈负电性，但二者的零电点有差别[6]，可通过多种捕收剂吸附行为的协同作用，使长石可浮性优于石英，达到二者分离的效果[7]。层状结构的云母(KAl2[Si3AlO10](OH，F)2)解离后表面暴露了大量的阴离子O2-及F-，零电点极低(pH值＜2)，因此在很宽的pH值范围内(pH值=2～13)均可用阳离子捕收[5]。

因此，确定试验工艺流程为：原矿→粗碎→细碎→磨矿→超声波擦洗→分级→磁选→浮选→过滤烘干。

1.3 试样处理

原矿经颚式破碎机粗碎，对辊破碎机(辊面为氧化锆材质)细碎、球磨机磨矿、筛分，得到粒径为-0.71mm的石英矿样。再对矿样进行超声波擦洗[8]，以使附着于石英表面、裂隙面的薄膜铁杂质和粘土矿物等剥落，达到除铁目的。然后将矿样进行筛分分级，得到+0.109～-0.71mm和-0.109mm两种粒级物料，-0.109mm粒级物料作为加工硅微粉原料，而+0.109～-0.71mm粒级石英砂即为本试验待处理样品。

2 磁选试验

2.1 磁选段数条件试验

将经处理的+0.109～-0.71mm粒级试样作为入选样进行磁选条件试验，磁选设备选用周期式脉动高梯度磁选机、超导磁选机。考察了不同磁场强度、不同磁选段数对提纯效果的影响(表2)。随着磁选段数的增加，石英精砂中铁含量降低，白度增加。两段磁选精砂中SiO2含量比一段磁选有较大幅度提高，Fe2O3含量降低明显；三段磁选精砂中SiO2含量比两段磁选略有提高，Fe2O3含量也有所降低；三段磁选流程中，超导磁选与高梯度磁选结果接近，且超导磁选精砂产率降低明显。综合考虑精矿指标和选矿成本，磁选试验选择两段磁选。

表2 磁选段数条件试验结果

2.2 磁场强度条件试验

为了考察磁场强度对脉石英除铁效果的影响，采用先“中磁—强磁”两段磁选流程，第一段中磁磁场强度分别选用 0.3T、0.5T、0.7T、0.9T，二段强磁磁场强度分别选用1.1T、1.3T、1.5T、1.7T(表3)。一次磁选中场强选择0.5T与0.7T，Fe2O3含量变化不大，且0.5T产率较高，一次磁选强度选择0.5T；二次磁选随着场强的增加，精砂的产率和Fe2O3含量呈下降趋势，当场强达到1.5T后SiO2含量和Fe2O3含量变化不明显，因此二次磁选强度选择1.5T。

表3 磁场强度条件试验结果

3 浮选试验

为了考察捕收剂种类、pH值及捕收剂用量对长石、云母的浮选影响，对磁选后的精砂进行浮选分离条件试验，试验流程见图2～4。

图2 捕收剂种类试验流程

3.1 捕收剂种类试验

捕收剂分别选用十二胺、十八胺[10]、十二胺与十八胺混合物(1∶1)、XF-S进行比对试验(图5、图6)，混合胺捕收效果强于十二胺、十八胺；选用捕收剂XF-S相比混合胺，精矿产率虽然稍低，但得到的浮选精砂产品指标最好、白度最高，因此，确定捕收剂选用XF-S。

图5 捕收剂种类试验结果(一)

图6 捕收剂种类试验结果(二)

3.2 pH值调整试验

用硫酸调整矿浆pH值分别为pH值=2～3，pH值=3～4，pH值=4～5，pH值=7～8进行对比试验(图7、图8)，随着矿浆pH值的增加，精矿产率提高、SiO2含量降低，白度呈下降趋势，Al2O3含量增加，当矿浆pH值为2～3时，得到的浮选精矿虽然产率稍低，但Al2O3含量最低、白度最高。从精矿品质方面考虑，硫酸调整矿浆pH值为2～3。

图3 pH值条件试验流程

图4 捕收剂用量试验流程

图7 pH值条件试验结果(一)

图8 pH值条件试验结果(二)

3.3 捕收剂用量试验

捕收剂用量分别选用200g/t、400g/t、600g/t和800g/t进行对比试验(图9、图10)，随着捕收剂用量的增加，精砂中SiO2含量和Al2O3含量均先下降后趋于平稳、产率逐渐降低，当捕收剂用量达到600g/t后，浮选精砂指标趋于平缓稳定。当阴离子捕收剂过量时混合捕收剂使矿物表面产生亲水行为，选择性开始减弱，而且捕收性能也有下降。