山东某地脉石英选矿试验研究

魏 军，程 钪，王言伟，时 晨

(中国建筑材料工业地质勘查中心山东总队，山东 济南 250100)

高纯石英砂是新能源、光导纤维、信息技术、航空航天、国防军工、集成电路等高新技术领域不可替代的关键原材料[1]。我国石英资源丰富，但能作为优质原料被直接利用的资源十分有限[2]。天然石英矿一般需要经过选矿提纯才能应用[3]。因此，石英砂提纯加工技术对促进石英产业的发展有重要意义[4]。

山东某地脉石英资源储量大、矿石质量优，具有较好的开发前景。在对该地区进行了一系列的地质工作后，经取样分析：脉石英中SiO2含量介于99.21%～99.66%。为更好的了解矿石的可选性，本文在分析山东某地脉石英性质的基础上，开展了选矿试验，最终得到了SiO2含量≥99.954 2%的石英砂，本文对选矿试验进行了总结。

1 原料分析

(1)矿石特征。

该地区脉石英脉体主要赋存在新太古代侵入岩体内，矿石自然类型为含晶脉石英；主要围岩为傲徕山序列及峄山序列侵入岩。

矿样为岩浆期后热液形成的含晶脉石英[5]，外观呈乳白色，新鲜断口呈油脂及玻璃光泽，含少量水晶，透明度很高。矿石主要由石英构成，含量≥99%，破碎后的石英晶体呈次棱角状，粒径在0.05～15mm，其中以0.2～8mm居多，颗粒致密镶嵌，局部有重结晶现象[6]。

本次试验石英原矿SiO2含量为99.476%，主要杂质成分为Al2O3和Fe2O3(表1)。石英原矿及破碎后得到的不同粒级产物主要矿物成分为石英[7]，其他杂质矿物含量极少。由表中数据分析可知越粗的颗粒中SiO2含量越高，杂质成分越少。

表1 不同粒级产物的化学成分 (单位：%)

(2)显微特征。

将石英块磨制成0.03mm的薄片，通过偏光显微镜法对石英中杂质矿物的赋存状态及矿物包裹体物相进行分析、观测[8](图1)。

图1 试验样品在偏光显微镜下的图像

图1a中可见大颗粒裂纹分布，裂纹中赋存有黑色杂质成分。图1b中为云母与金属矿物杂质，其中干涉色呈淡黄色的包裹体为云母，发亮部分与石英的反光光学性质不同，具有金属光泽，反射率高呈不规则轮廓的粒状为黄铁矿。图1c分别为气液包裹体，黑色凹坑即为气液包裹体破裂形成。图1d为细粒状结合体，颗粒为半自形晶，呈他行棱角状，石英晶体呈镶嵌状集合体，裂理发育呈交叉状结构，界线分明。

(3)电子探针微区分析。

采用电子探针对石英薄片进行微区分析(图2、表2)。根据以往经验得知图2中的Cr、Ag等为制片磨料混入杂质，不作为原生元素成分；图2b、c中存在C、N等元素，说明原矿中可能存在气体包裹体；图2b中主要金属杂质元素为Na、Al、Ca等，杂质矿物成分可能主要为长石等；图2c中主要金属杂质元素为Fe、Mg、Al、K等，杂质矿物成分可能主要为云母、铁矿物、粘土等。

表2 电子探针分析

图2 试验样品在电子探针下的图像

2 试验研究

针对本试验中原矿的杂质组分，采用破碎、色选、擦洗脱泥、分级、磁选等物理、化学方法对石英原矿进行了提纯试验研究，试验工艺流程见图3所示。

图3 试验工艺流程图

2.1 原料破碎

根据提纯试验的技术要求，石英颗粒色选粒度根据杂质解离状态而定，一般最佳粒度为2～15mm，根据以往经验，首先将原料破碎成-10mm和-5mm两个粒度范围(＞10mm则大部分解离不充分，＜5mm容易造成细粉过多)，然后过2mm筛分级，分级结果如表3所示，以此来对比确定色选粒度。

表3 不同粒度范围分级结果

取分级后5～10mm(A粒度)和1～5mm(B粒度)两种粒度范围的原料进行色选，通过BTKS1200-A双层机进行试验[9-10]，试验结果如表4所示，结果显示，两个粒度的原料经过色选后SiO2含量有明显的提高，其他杂质组分也显著降低。A、B两种粒度原料经过色选后所得精料的指标基本没有差异，A粒度所得总产率为78.17%，B粒度所得总产率为73.12%，A粒度总产率大于B粒度总产率，由此确定原料色选的破碎粒度为10mm。

表4 粒度对色选结果的影响

2.2 擦洗脱泥

将色选原料粒径粉碎到-1mm，然后进行擦洗脱泥，试验采用机械强力擦洗，擦洗浓度55%、擦洗时间30min，擦洗后的浆料采用200目标准筛进行分级脱泥[11]。因为石英中成泥矿物粒度的尺寸一般小于0.01mm，当石英被磨碎到50μm以后，存在于石英内部杂质相中的含泥矿物大部分脱落下来，进入到50μm以下的部分就是需要脱除的，擦洗脱泥试验结果及产品质量如表5所示。

表5 擦洗产品技术指标

2.3 磁选

经过擦洗脱泥后得到精矿的Fe2O3含量为0.019%，进一步开展除铁试验。试验条件：矿浆含量20%、矿浆流速1.0L/min，磁场强度试验结果见表6，磁场强度影响曲线见图4。由试验结果和影响曲线图分析可知，随着磁场强度的逐渐增大，SiO2含量基本呈先增大后稳定的趋势，而Fe2O3含量则呈先减少后稳定的趋势，当磁场强度为1.2T时，磁选效果出现拐点，由此确定磁选的磁场强度为1.2T[12-13]。

图4 磁场强度对SJ除铁的影响

表6 磁场强度试验结果

综合上述试验方法，经过磁选后石英砂的SiO2含量99.954%、Fe2O3含量0.004%，Al2O3含量0.007%，提纯后的产品见图5。

表7 磁选产品技术指标

图5 石英砂产品

3 结论

(1)本次试验确定了最优工艺参数：色选破碎粒度为5～10mm、擦洗浓度为55%、擦洗时间为30min、磁场强度为1.2T、进浆流量为1L/min、矿浆浓度为20%[14]。

(2)采用“破碎→色选→粉碎→擦洗脱泥→磁选”的工艺，可以有效去除该地区石英砂中的杂质，提纯后的SiO2含量≥99.954%，有害组分分别为：Fe2O30.004%、Al2O30.007%；满足高纯石英砂的要求。

(3)确定了此脉石英矿具有较好的提纯潜力，进一步提纯后可作为高纯石英砂原料[15]，具有较好的工业应用前景。