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| 硅质原料的选矿提纯技术概况 |
| 来源：中国粉体技术网 更新时间：2015-05-04 11:51:36 浏览次数： |
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硅质原料中除了主要矿物石英外，通常伴生有长石、云母、粘土和铁质等杂质矿物。选矿提纯的目的就是根据产品对粒度、杂质含量要求的不同，采用适当的选矿方法和工艺流程提高产品纯度、降低杂质含量。石英砂的选矿提纯视其中杂质A12O3、Fe2O3、和Ti、Cr等含量、赋存状态以及对产品粒度要求来进行的。
常用的提纯方法和工艺流程有：碎磨、筛分、擦洗；重、磁、浮和电选、酸处理等。作为重要的工业原料之一，一般认为除了二氧化硅以外的其他都是杂质，所以硅质原料的提纯工艺就是尽量提高产品中二氧化硅的含量，而降低其他杂质组分的含量。同时一般认为有害物质就是其中的含铁杂质和含铝杂质，所以硅质原料提纯方法和工艺流程的进步和发展也主要体现在对含铁杂质和含铝杂质的有效脱除上。
1 含铁杂质的脱除
含铁杂质在硅质原料中以不同的赋存状态存在，只有根据含铁杂质在硅质原料中的赋存状态选择合适的选矿方法和工艺流程才能取得较好的效果。铁在硅质原料中主要以五种形式存在：(1)以细微粒状态赋存在粘土或高岭土化的长石中；(2)以氧化铁薄膜形式附着于石英颗粒表面；(3)铁矿物或含铁矿物；(4)以扩散状态赋存于石英颗粒内部；(5)以固溶体状态存在于石英晶体内部。针对不同的铁质赋存状态，一般有以下分选方法和流程：
1.1 筛分
为了使产品到达相应的粒度指标，必需对硅质原料进行筛分和分级。根据研究硅质原料的质量分布规律表明，si0，的品位随着硅质原料粒度的变细而降低，而铁品位则正好相反。所以筛分和分级还可以起到脱泥以降低含铁杂质的作用。目前～些发达国家，如美国、日本等国家硅质原料选矿的自动化程度高，广泛采用各种型式的水力漩流器进行硅质原料的分级处理，并取得了良好的效果。
1.2 擦洗、重选
擦洗是借助机械力和砂粒间的磨剥力来除去石英砂表面的薄膜铁、粘结及泥性杂质矿物的选矿方法，它可以进一步擦碎未成单体的矿物集合体，再经分级作业达到对硅质原料进一步提纯的效果。目前，主要有棒磨擦洗、机械擦洗和超声波擦洗等方法。对于机械擦洗，一般认为影响擦洗效果的因素主要是来自擦洗机的结构特点和配置形式，其次为工艺因素，包括擦洗时间和擦洗浓度。研究表明，砂矿擦洗浓度在50～60％之间效果最好，浓度过大或过小，都会降低杂质矿物的擦除效果，而且在一定程度上反而加大了硅质原料的提纯难度；擦洗时间原则上以初步达到产品质量要求为基准，不宜过长。时间过长，会加大设备磨损，提高能耗同时造成选矿提纯成本的增加。
由于对于某些硅质原料矿石，机械擦洗擦除效果不太理想，因此，在我国棒磨擦洗工艺应用的较为普遍和相对成熟。重选主要是利用杂质矿物和石英密度相差较大的特点而除去它们的一种选矿方法，重选包括水洗脱泥、水力分级和摇床选矿三种，常采用的设备主要是螺旋选矿机、溜槽和摇床等。对某地的硅质原料选矿研究表明，一般来说摇床除铁、钛效果好于螺旋选矿机，若粗选和精选作业条件控制适宜，精矿Fe2O3含量可降到0.05％左右；但摇床占地面积大，处理能力低(一般为数百kg／h)，而且耗水量大，操作条件较复杂，不宜用于低附加值的石英砂的精制。
1.3 磁选
磁选的目的主要是除去硅质原料中的含铁杂质及具有磁性的杂质矿物，有湿式和干式磁选两种方式。研究表明，随着磁场强度的增加，杂质的脱出率逐步上升，但是磁场强度增加到一定程度后脱除率变化不大；磁选次数也对杂质的脱除率有影响，次数越多脱除率逐步上升，到达～定程度后其变化不再明显：同时粒度也是影响磁选效果的重要因素之一，一般来说，入选石英砂的粒度越细磁选效果越好，因为细粒矿物中的含铁杂质矿物也越多。
1.4 酸处理
酸处理是利用石英不溶于酸(HF除外)，其它杂质矿物均能被酸液溶解的特点，从而实现对硅质原料进行进一步提纯的化学处理方法。特别是当有害成份以斑点和包裹体形态连接在石英颗粒上的时候就必需以酸处理的方法加以除去。酸处理常用的酸类有硫酸、盐酸、硝酸和氢氟酸等；还原剂有亚硫酸及其盐类等。研究发现，上述酸类对石英中的非金属杂质矿物均有良好的去除效果，但对不同的金属杂质，酸的种类及其浓度影响较为显著。一般认为各种稀酸对Fe和Al的去除均有显著效果，而对Ti和Cr的去除则采用较浓的H2SO4、王水或HF酸进行酸处理。而且影响酸处理效果的主要因素是酸度、温度、酸处理时间以及最后的洗涤过程。目前，我国对石英的酸处理处理仅处于试验室研究阶段和小规模生产阶段，还没有实现较大规模的工业应用生产.
1.5 微生物法
矿物的微生物加工技术是最近发展起来的一门新兴的矿物加工技术。其显著特点是投资少、成本低、能耗小、环境污染程度轻。据国外研究表明用黑曲霉素、青霉、假单胞菌、多粘菌素杆菌等微生物对石英表面薄膜铁进行浸除时，均取得了较好的效果。其中以黑曲霉素菌浸除含杂质的效果最佳，Fe2O3的去除率多在75％以上，精矿Fe2O3的品位可以降到0.007％左右。并且，发现用大多数细菌和霉菌预先栽培好的培养液浸出铁的效果更好，就像其它菌种一样是由于它们的可溶性代谢物的作用，其本质是酶的可溶性代谢物的作用。
2 含铝杂质的脱除
硅质原料中的含铝杂质主要来自长石、云母和粘土矿物。对于粘土矿物中的氧化铝成分可由擦洗、分级脱泥流程去除，而对存在于长石和其他矿物中的氧化铝，则主要采用浮选和电选等方法以达到脱除氧化铝的目的。
2.1 浮选
对于石英颗粒内呈浸染状或透镜状的含铁杂质矿物以及长石、云母、角闪石、叶腊石、高岭土等矿物一般用浮选法脱除，另外用浮选也可以除去粗磨时混入的铁质杂质。常用的浮选方法是使用硫酸为pH调整剂和以DWBE和SHN为混合捕收剂的硫酸浮选法；使用氢氟酸为活化剂和胺类阳离子捕收剂的氢氟酸法以及使用Ys或SHN为捕收剂的阴离子浮选法。
K·H·拉奥等研究了长石一石英浮选体系中阴、阳离子混合捕收剂的行为发现，SDS／胺混合捕收剂比单一捕收剂具有更高表面活性，混合物构成的摩尔比对浮选具有显著影响，当捕收剂混合物摩尔比(阴／阳)小于l时，长石浮选回收率提高，如果混合物捕收剂摩尔比(阴／阳)大于1时，长石浮选受到抑制。最近也报道了加入碱土金属离子Ca2+、Ba2+和Sr2+作为活化剂，用烷基磺酸盐作为捕收剂，在高pH值条件下，从长石和石英混合物中浮选石英，研究者还发现，添加非离子型活性剂如1一十二烷基醇使石英回收率明显提高。
2.2 静电选矿
利用物质之间不同的电性而在电场中实现矿物和杂质分离的一种选矿方法称为电选。根据电导率的大小将矿物分成3类：导体矿物、半导体矿物和非导体矿物，电选主要就是实现对它们的分离。一般来说，影响电选的因素可以分为两类：电选设备参数和物料性质。这两类因素各包括几个参数，为了成功进行电选，需要对物料的性质和各个参数进行评价。影响电选的设备参数通常包括电极位置、分离板位置、电极电压、大气压力、转鼓和给料系统表面的粗糙度和所用的材料。矿物性质参数主要有：温度、湿度、化学药剂的调整、表面的净化、矿物的辐射照射、磨矿细度、矿物化学组成以及矿物的粒度和形状等。静电选矿现在已经广泛应用包括非金属矿选矿在内的多个领域，包括用于粉煤灰中末燃尽煤的分选，以及用于种子的静电分选中。
2.3 射频介电选矿
射频介电选矿技术是利用物质在射频电场中收到的作用力不同而达到分选效果的一种选矿方法。它是由试验室的介电分离技术发展而来的。首先由别尔格及罗森赫芝等人在1963年开展了矿物交流介电分离及矿物介电性测试研究，上个世纪六十年代波尔等人设计了介电分离器，70年代，前苏联的别林斯基等人发展了交流介电分离方法，八十年代泰勒等人介绍了试验室和半工业交流介电分选的部分研究成果，使介电分离技术扩大到了选矿试验室试验，提交了对金红石、锆英石、重晶石、刚玉、电气石、石榴石、天青石等矿物的交流介电分选试验。
七十年代至八十年代，试验室高频及中频介电分离方法主要用于岩矿鉴定及化学分析用高纯单矿物提取，工业合成材料的分离及微体化石的分离，其主要特点是：对密度相近、磁性、电磁性相近，但介电性有差别的矿物的分离是有效的。一般介电常数差别大于2，分选效果比较明显，如试验条件掌握准确；对介电常数差别大于I的两种矿物也可以获得较好的分选效果；对于介电常数差别大的金属矿物与非金属矿物，分选程度高，回收率高，而且样品的粒度也可以到达很细的级别(微米级)。
中国地质科学院矿物材料研究中心也开展了矿物介电性的基础研究工作，重点研究了矿物介电常数随频率变化的效应，电场强度(包括电场功率、供电电压)、频率与矿物在电场中所受介电泳力的关系、电场电极的构成形式，矿物介电分选在射频条件下最佳介电液体的选配(包括工业介电液体的成本、安全性、易燃性、毒性等问题的解决途径)。连续介电选矿的自动化流程，并提出了高频高压高梯度湿法介电选矿的模式，先后设计并研制了五代从试验室型高、中频介电分离仪到射频介电选矿设备的样机，并在此基础上进行了若干矿种分选试验，取得了一批新的成果。他们对河北、江苏、安徽、江西等地的脉石英、粉石英进行了射频介电提纯试验，结合本单位研究开发的新型对辊永磁强磁选矿技术和设备，建立了超纯石英及硅微粉综合深加工流程取得了令人满意的效果。
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