目前, 高純石英的加工工藝技術主要包括分級、擦洗、化學酸浸、浮選(有氟浮選和無氟浮選)、重選、磁選、氯化焙燒和微生物浸除等,所用原料包括脈石英、偉晶花崗巖、石英巖和石英砂巖等。
1、脈石英加工工藝
脈石英(veinquartz)是一種與花崗巖有關的巖漿熱液礦脈,其礦體大多數情況下是不規則的脈狀形式。
脈石英顏色是純白色,油脂光澤,且其純度很高,礦物組成基本上是石英,其SO2含量達到了99%以上。
我國脈石英礦則主要分布于江蘇東海、四川、黑龍江、湖北等地的變質巖區。湖北省蘄春縣其中石英石儲量過1億噸,含硅量達99.98%以上,品位居全國之冠。
江蘇東海某公司脈石英礦加工工藝:
原礦:脈石英礦,TFe含量765.3mg/kg;
精礦:TFe含量0.35mg/kg。
比較有代表性的加工工藝研究有:
(1)杜建中在磁選、浮選、酸浸等工藝基礎上,通過進一步增加水淬工藝,以降低脈石英中的羥基和氣液包裹體,加工出雜質元素總量<25×10-6的4N高純石英。
(2)茆令文等采用煅燒、水淬、水力分級和磁選、浮選、酸浸泡、超聲清洗加工獲得的雜質元素總含量為36.42×10-6的石英精砂(表1中2#);再經高溫氯化深度提純及煅燒脫氣等一系列選礦提純手段,制備了雜質元素總含量為25.29×10-6的高純石英砂(表1中3#),并在連熔爐上拉管成功。
(3)汪靈等公開了分別采用多種酸配方為酸浸試劑,以及二次水淬和酸浸優化工藝加工4N高純石英砂的方法,獲得了SO2純度4N5以上,粒度分別為小于40目、40-70目、70-40目和小于140目的高純石英;并通過進一步的工作,在實驗室無氯化焙燒工藝條件下加工制備了SO2純度99.9985%或雜質元素總含量為15.285×10-6的高純石英砂(表1中1#)。
表1脈石英加工的高純石英樣品的ICP-OES檢測結果
某實驗室脈石英礦加工工藝:
原礦:江西上饒某脈石英礦,SiO2含量99.58%,Fe2O3含量0.03%;
精礦:高純石英砂(電子級)SiO2含量99.98%,Fe2O3含量0.0003%;高純石英砂(填料級)SiO2含量99.63%,TFe含量0.0018%。
2、石英巖
石英巖是由硅質巖或者是石英砂巖在經過一系列的變質和熱接觸而形成,石英巖中石英礦物含量一般大于85%,常與電氣石、鋯英石、云母、長石和粘土等礦物伴生,其硬度和致密度都高于石英砂巖。
石英巖礦多分布于青海、安徽、遼寧、陜西等地,是我國硅質礦物原料的主要來源之一。
安徽某公司石英巖加工工藝:
原礦:安徽鳳陽石英砂原礦(石英巖),SiO2含量99.01%,Fe2O3含量0.118%;
精礦:Fe2O3含量0.02%。
比較有代表性的加工工藝研究有:
?。?)田金星等以SO2含量為98.97%的石英巖加工高純石英,認為粒度大小起到了非常關鍵作用,并獲得了粒度小于80目的4N高純石英。
?。?)李楊等采用SO2含量為99.84%的石英巖加工60-100目和100-150目的4N高純石英,認為混合酸和HF在保證樣品的高純上有著關鍵作用。
3、石英砂巖及其他
石英砂巖是石英碎屑含量達95%以上的固結碎屑巖石,常與電氣石、金紅石、磁鐵礦、云母、長石和粘土等礦物伴生。
我國石英砂巖礦多分布于四川、湖南、江蘇、浙江、云南及山東等地,是加工玻璃、陶瓷、鑄造等石英工業礦物和礦物材料的主要原料。
安徽鳳陽某公司石英砂加工工藝:
原礦:安徽某地石英砂,SiO2含量99.1%-99.3%,Fe2O3含量150-200PPM;
精礦:SiO2含量99.62%,Fe2O3含量0.0062%。
比較有代表性的加工工藝研究有:
?。?)牛福生等采用SO2含量為98.78%的石英砂巖加工3N高純石英砂。
?。?)張殿飛公開了一種加工4N高純石英粉的方法,其主要方法是將“硅石”進行熱酸浸,其特點是將物料從零下200-300℃突然投入到400-550℃高溫爐中進行冷爆炸處理等。
?。?)楊圣闖等公開了一種加工粒度5-50μm的4N高純石英粉的方法,所采用的主要技術是高梯度磁選及熱酸浸等。
某實驗室石英砂巖加工工藝:
原礦:石英砂巖礦,SiO2含量99.02%,Fe2O3含量178.2μg/g;
精礦:SiO2含量99.99%,Fe2O3含量5.0μg/g。
4、偉晶花崗巖
美國尤尼明TOTA系列高純石英砂的原礦即為花崗質偉晶巖。但是,我國這方面研究相當薄弱,目前還沒有以花崗質偉晶巖為原料加工高純石英砂的成果報道。
需要指出的是,張曄等對美國SpruccPinc地區白崗巖/偉晶巖和新疆阿爾泰白云母花崗巖/偉晶巖的巖石學特征進行了比較研究,認為 阿爾泰偉晶巖區具有產高純石英的成礦前景,如庫衛和青河地區的白云母花崗巖/偉晶巖。
5、我國高純石英加工工藝與國外的差距
近年來,我國在高純石英加工技術研究方面開展較多工作,并取得了初步成效,主要標志是初步具有4N高純石英中端產品的批量生產能力,但與國際先進水平的差距依然很大,主要表現在:
?。?)從產品等級或SO 2純度上看,還沒有4N8及以上高端產品生產能力;
?。?)從產品品種看,目前還沒有滿足各種純度和粒度要求的系列化產品;
?。?)從產業化情況看,連云港東海等地的高純石英相關企業的產生規模較小,一般都小于1000噸/年。
因此,必須根據不同成因、不同產地、不同種類石英礦物原料的工藝礦物學特征,尤其是礦物原料雜質分布及其賦存狀態,有針對性地開展加工工藝技術研究。要趕超國際先進水平,還有大量工作要做。
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