國(guó)內(nèi)高純石英砂選礦與深加工研究現(xiàn)狀

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1、國(guó)內(nèi)高純石英砂選礦與深加工研究現(xiàn)狀范培強(qiáng)1,2,3謝賢1,2,3宋強(qiáng)1,2,3柏帆1,2,3杜云鵬1,2,3（1省部共建復(fù)雜有色金屬資源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南昆明，6500932昆明理工大學(xué)國(guó)土資源工程學(xué)院，云南昆明，6500933云南省金屬礦尾礦資源二次利用工程研究中心，云南昆明，650093)摘要：高純石英砂是高檔石英制品的原材料，是硅產(chǎn)業(yè)高端產(chǎn)品的物質(zhì)基礎(chǔ)，其廣泛運(yùn)用于光伏、電子信息、電光源和光通訊等行業(yè)，在新材料新能源等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中具有重要地位和作用。本文闡述了近幾年國(guó)內(nèi)高純石英砂

2、的應(yīng)用現(xiàn)狀及主要的提純石英砂的選礦工藝，綜合評(píng)述了深加工領(lǐng)域中石英砂向高純度、低結(jié)晶度、低放射性、球形化等方向發(fā)展的趨勢(shì)，闡明了石英砂提純及深加工技術(shù)對(duì)科技發(fā)展的重要性。關(guān)鍵詞：石英砂；預(yù)處理；聯(lián)合工藝流程；深加工作者簡(jiǎn)介：范培強(qiáng)（1992-），男，昆明理工大學(xué)碩士研究生石英砂屬于非金屬礦物，主要成分為二氧化硅，顏色為乳白色或呈無色半透明狀，集合體常呈粒狀、致密塊狀、晶簇狀或者是隱晶質(zhì)的鐘乳狀等[1]。在地殼中占造巖氧化物的60%左右，因此礦物儲(chǔ)量非常豐富，廣泛分布于世界各地。國(guó)內(nèi)沿海地區(qū)儲(chǔ)量豐富,

3、巖石種類主要有石英巖、石英砂巖、石英片巖及脈石石英等[2]。內(nèi)陸地區(qū)的甘肅、內(nèi)蒙一帶為石英巖礦床，資源優(yōu)質(zhì)；廣西、福建一帶為石英砂巖礦床；安徽省鳳陽是我國(guó)最大的石英巖帶基地，石英砂儲(chǔ)量達(dá)100億噸。普通的石英砂主要用在建筑行業(yè)上，此外石英砂還被廣泛應(yīng)用于鑄造、橡膠、玻璃、陶瓷、耐火材料、冶金、化工、磨料、塑料等各個(gè)領(lǐng)域[3]。而隨著石英砂的純度的提高，其價(jià)值也不斷提高，尤其是在高科技領(lǐng)域中，對(duì)石英砂的純度要求極高[4]。1.高純石英砂應(yīng)用現(xiàn)狀高純石英砂是指SiO2含量高于99.9%的石英砂，其化學(xué)性

4、質(zhì)穩(wěn)定，除HF外，不溶于其他酸，微溶于KOH溶液。我國(guó)石英砂雜質(zhì)種類多、賦存狀態(tài)復(fù)雜且分布各異，提純石英砂較為困難。最早生產(chǎn)高純石英砂的原料為天然水晶，但隨著天然水晶資源的逐漸枯竭，從普通的石英砂提取高純度的石英已成必然趨勢(shì)。高純石英砂在高科技工業(yè)上具有廣泛的應(yīng)用。在半導(dǎo)體行業(yè)中，可由熔融的石英制成高溫?zé)嵝阅軆?yōu)異的晶片，用來制造高溫?zé)岱€(wěn)定性良好的高新能熱管；在通訊產(chǎn)業(yè)中，用石英砂生產(chǎn)的石英玻璃是光纖和其他光電裝置的基本材料。此外其還可以用于生產(chǎn)硅樹脂、太陽能電池基片，在磨料、填料、涂料及硅橡膠等產(chǎn)業(yè)

5、中的需求更大,國(guó)內(nèi)高純石英砂的產(chǎn)量不能滿足市場(chǎng)的需求。因此提高選別提純的技術(shù)工藝，更加廣泛地利用普通石英砂才是解決問題的關(guān)鍵所在[5]。2.預(yù)處理對(duì)石英砂的質(zhì)量要求主要體現(xiàn)在對(duì)化學(xué)成份和粒度組成的要求上?；瘜W(xué)成份要求為13項(xiàng)金屬元素的雜質(zhì)含量不超過50ppm,即：∑(Al、Fe、Li、Ca、Mg、K、Na、Ti、Cu、Mn、Co、Ni、B)≤50ppm;粒度要求為：+0.5mm=0;0.5～0.3mm≤1.0%，0.3～0.074mm≥98.0%，-0.074mm≤1.0%。此外還有氣液雜質(zhì)含量的要

6、求，以[OH-]表征的高溫環(huán)境下放出的氣體含量應(yīng)≤15ppm。工業(yè)生產(chǎn)中，通常先將普通石英砂進(jìn)行預(yù)處理，然后提純?yōu)楦呒兪⑸?。近幾年來，石英砂提純的研究主要圍繞物理、化學(xué)和生物提純?nèi)箢悺?.1物理方法物理方法主要是通過水洗-分級(jí)脫泥、擦洗、磁選和浮選等方法除去石英砂中的雜質(zhì)，也可以聯(lián)合幾種工藝進(jìn)一步除雜[6]。2.1.1水洗-分級(jí)脫泥和擦洗在石英砂選礦流程中，通常把粒度小于0.1mm的細(xì)粒級(jí)稱為礦泥。針對(duì)還有大量黏土及礦泥的石英砂，隨著粒度的變細(xì)，二氧化硅的品位逐漸降低，而鐵、鋁等雜質(zhì)反而上升。采

7、用水洗-分級(jí)脫泥方法可有效提高其品位。房廣華等[7]對(duì)江蘇宿遷馬鞍山石英砂采用FLG型螺旋分級(jí)機(jī)，經(jīng)水洗-分級(jí)脫泥后石英砂中鐵含量降至0.49%，鋁含量降至6.79%。對(duì)于石英砂表面的薄膜鐵和粘連性的雜質(zhì)，水洗-分級(jí)脫泥的效果較差，這就需要借助機(jī)械力和砂粒之間的磨剝力來去除適應(yīng)砂表面的薄膜鐵及粘連性雜質(zhì)，在經(jīng)過分級(jí)脫泥就可以實(shí)現(xiàn)較好的除雜效果?？偨Y(jié)前人經(jīng)驗(yàn)，棒磨擦洗的效果最為理想，一般擦洗濃度在50%到60%之間，擦洗時(shí)間應(yīng)根據(jù)礦石的性質(zhì)來確定，以初步達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量要求，時(shí)間不宜過長(zhǎng)，以避免能耗過多及

8、對(duì)設(shè)備的過大磨損。牛福生等[8]對(duì)云南某地SiO2含量95%-97%的石英礦采用加藥高效強(qiáng)力棒摩擦洗-分級(jí)脫泥工藝流程，可得到SiO2≥99.81%的精砂產(chǎn)品。此外，有研究者在擦洗的過程中通過添加助擦劑來提高除雜的效率。助擦劑能夠改變礦物顆粒的粒度組成，還可以增強(qiáng)擦洗機(jī)對(duì)礦物顆粒的碎散作用。牛福生等[9]使用主要成分為水玻璃的助擦劑，以石英-褐鐵礦為研究對(duì)象。研究表明：水玻璃在石英-褐鐵礦體系中發(fā)生了化學(xué)和特性吸附，降低了礦物顆粒表面能，提高了顆粒之間的電斥力，產(chǎn)生了