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石英砂6大深加工技術(shù)

山東埃爾派 | 點(diǎn)擊量:0次 | 2020-11-18

摘要
石英的加工和提純技術(shù)是隨著現(xiàn)代工業(yè)的需要而發(fā)展起來(lái)的,加工與提純可以給其帶來(lái)非常高的附加價(jià)值。當(dāng)今社會(huì)對(duì)于石英的提純技術(shù)有著精礦質(zhì)量好、提純速度快,還要具有較好的環(huán)

石英的加工和提純技術(shù)是隨著現(xiàn)代工業(yè)的需要而發(fā)展起來(lái)的,加工與提純可以給其帶來(lái)非常高的附加價(jià)值。當(dāng)今社會(huì)對(duì)于石英的提純技術(shù)有著精礦質(zhì)量好、提純速度快,還要具有較好的環(huán)保性及經(jīng)濟(jì)效益的更高要求,石英的研究提純與加工技術(shù)對(duì)于國(guó)家長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展與新材料、新能源戰(zhàn)略具有重大意義。
  
  1、磁選工藝
  
  磁選提純法是一種通過(guò)磁場(chǎng)的作用除去石英礦中具有磁性雜質(zhì)的提純工藝,不僅可以除去石英中具有磁性的雜質(zhì),還可以將帶有磁性雜質(zhì)的包裹體除去。
  
  由于石英是非磁性物質(zhì),不能被磁場(chǎng)所磁化,而石英礦中的磁性雜質(zhì)是可以被磁場(chǎng)磁化的。利用這一性質(zhì)上的差異,在磁場(chǎng)中可以使兩者分離。
  
  在石英提純工藝中,磁選法對(duì)于除去磁性雜質(zhì)是非常簡(jiǎn)單且有效的。按照磁性強(qiáng)弱可將磁選分為強(qiáng)磁磁選和弱磁磁選,弱磁場(chǎng)的磁選可除去磁性較強(qiáng)的雜質(zhì)礦物,如磁鐵礦;強(qiáng)磁場(chǎng)用來(lái)磁選磁性較弱的雜質(zhì)礦物,如赤鐵礦、鈦鐵礦、石榴子石等。
  
  2、浮選工藝
  
  浮選提純法是利用石英礦物和雜質(zhì)(主要是長(zhǎng)石類硅酸鹽礦物)的晶體結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)的不同,通過(guò)各種捕收劑或表面活化劑來(lái)調(diào)節(jié)石英與雜質(zhì)礦物的表面特性,使得雜質(zhì)與石英分離的提純工藝。
  
  按照選擇捕收劑的不同,大體上有三種分類:一種是陽(yáng)離子捕收劑浮選,一種是陰陽(yáng)離子混合捕收劑浮選,第三種為陰離子捕收劑。最常用的陽(yáng)離子捕收劑脂肪胺類的捕收劑,特點(diǎn)是受pH的影響較大。最常用的陰離子捕收劑是油酸或油酸納等,在沒(méi)有高價(jià)金屬陽(yáng)離子活化的情況下,純石英在油酸納中完全不浮。兩性捕收劑具有多個(gè)官能團(tuán),有較優(yōu)異的泡沫性能,可兼具其他兩類單一捕收劑的一些優(yōu)點(diǎn)。
  浮選工藝可以受許多因素影響,如浮選的溫度、浮選劑的選擇、pH值的控制等。在浮選進(jìn)行之前,石英砂要磨成細(xì)小顆粒,使得其中的各類礦物可以被物理分離,將石英進(jìn)行煅燒水淬可以使浮選的效果更好。
  
  3、煅燒工藝
  
  煅燒工藝是指先將石英進(jìn)行高溫煅燒,然后將石英在高溫狀態(tài)下取出倒入水中進(jìn)行淬火的一種提純工藝。
  
  高溫煅燒工藝在石英提純中具有兩種作用,一是用于熱力輔助粉碎,由于石英硬度很大,屬于難磨礦物,在機(jī)械粉磨時(shí)會(huì)非常困難,造成非常大的能耗。若是將石英直接破碎,將會(huì)造成過(guò)粉碎現(xiàn)象,熱力輔助粉碎可以減輕或避免石英過(guò)粉碎現(xiàn)象且減少了能耗。
  
  另一優(yōu)勢(shì)是有利于石英的后序除雜工藝,在經(jīng)過(guò)煅燒—水淬工序后,石英的內(nèi)應(yīng)力發(fā)生急劇變化,產(chǎn)生裂紋和破碎,將石英礦內(nèi)部的包裹體雜質(zhì)和裂口處的雜質(zhì)直接在表面露出,使雜質(zhì)在后續(xù)的提純過(guò)程中更容易去除。
  
  4、酸浸工藝
  
  石英晶體中最難以剔除的雜質(zhì)是直接取代到石英晶格中的雜質(zhì)。物理分離方法如研磨、篩分、密度分離、磁選等都是無(wú)效的,因?yàn)殡s質(zhì)在晶格中均勻分布。由于石英不溶于除HF外的其它酸,我們可以通過(guò)化學(xué)手段,采用酸浸的方法,將石英礦中表面層、裂隙中或結(jié)構(gòu)層間的各類金屬雜質(zhì)溶解,以達(dá)到更高的提純程度。
  
  酸浸工藝通常使用的酸有硫酸、鹽酸、草酸、氫氟酸等,由于使用混酸浸漬除雜可以產(chǎn)生協(xié)同作用,除雜效果更好,所以通常使用混酸進(jìn)行酸浸。酸浸分離雜質(zhì)的反應(yīng)過(guò)程可分為幾個(gè)部分:有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸提供H+用于后期分離工藝,H+可以溶解伴生礦物(白云母和鈉長(zhǎng)石),使其與石英分離。氫氟酸是一種特殊的酸,由于它能破壞硅氧鍵和鋁氧鍵,所以HF可以和白云母和鈉長(zhǎng)石發(fā)生強(qiáng)烈的反應(yīng),由有機(jī)酸中的羰基和鋁硅酸鹽雜質(zhì)中的鋁、硅離子組成的絡(luò)合物可以更快溶解,達(dá)到優(yōu)異的除雜效果。但是HF也能將SiO2溶解,對(duì)于除去石英中
  的包裹體雜質(zhì),用HF非常有效,但是HF的用量要適量,以免將更多的石英溶解。
  
  影響酸浸的因素有:酸的選擇、酸的濃度及用量、酸溶液的溫度及酸浸時(shí)間等。此外,攪拌可以使酸液與石英的表面充分地接觸,提高酸浸提純的效果,加速酸浸過(guò)程。
  
  5、氯化焙燒提純工藝
  
  氯化焙燒工藝是去除石英晶格雜質(zhì)的非常有效的手段。在一定溫度和氣氛條件下,通入氯化劑使石英中的金屬氧化物雜質(zhì)變?yōu)榻饘俾然铮鶕?jù)一般金屬氯化物沸點(diǎn)較低的特點(diǎn),可利用其揮發(fā)性達(dá)到分離雜質(zhì)的效果。且在氯化焙燒過(guò)程中,石英表面與內(nèi)部存在著化學(xué)位梯度,使石英內(nèi)部的包裹體雜質(zhì)通過(guò)擴(kuò)散排出,達(dá)到更深層次的提純效果。
  
  常用的氯化劑有Cl2、HCl、NaCl、NH4Cl等,在高溫下這些氯化劑的氧化性強(qiáng)于O2的氧化性,可以與Al2O3、Fe2O3、TiO2等金屬氧化物發(fā)生氯化反應(yīng)將其除去。
  
  氯化焙燒工藝具有設(shè)備簡(jiǎn)單、除雜效果優(yōu)異、效率高等優(yōu)點(diǎn),是一種提純能力非常高的石英提純手段。此外,氯化過(guò)程中排出的污染氣體可以進(jìn)行尾氣處理,如排出的Cl2就可以通過(guò)NaOH尾氣處理裝置進(jìn)行處理,對(duì)環(huán)境的危害較小。
  
  6、濕法冶金技術(shù)
  
  通常來(lái)說(shuō),濕法冶金技術(shù)是從金屬礦物中浸出和提取金屬的一種化學(xué)處理方法,但是濕法冶金技術(shù)也可以用于從非金屬礦石中去除和分離金屬礦物,特別是對(duì)于含鐵礦物是一種十分有效的處理技術(shù)。該技術(shù)應(yīng)用于石英的提純,其傳統(tǒng)化學(xué)工藝主要包括微生物浸出、高溫浸出、高壓浸出、催化高溫浸出等,隨著人們的研究,高溫、高壓浸出和催化高溫、高壓浸出為生產(chǎn)高檔石英砂和降低酸耗提供了新的途徑。
  
  濕法冶金技術(shù)中主要是利用酸分離雜質(zhì)礦物中的石英和貴重金屬元素,通過(guò)微生物浸出,凈化石英砂比簡(jiǎn)單酸浸法的酸耗和成本更低。高溫浸出可以通過(guò)加熱的手段加速浸出,增大雜質(zhì)金屬元素的浸出率。在高溫浸出過(guò)程中,通過(guò)增加壓力可以有效降低酸的消耗。在石英加工中引入了穩(wěn)定的液體催化劑催化浸出工藝,在不使用氫氟酸的情況下也會(huì)降低酸的消耗,提高了石英礦石的提純效率。
  
  微生物浸出有著低成本、低污染的優(yōu)點(diǎn),浸出過(guò)程只需在室溫下進(jìn)行,不需要額外的加熱裝置。經(jīng)簡(jiǎn)單處理后的浸出液可以排出。但是微生物浸出的應(yīng)用受到濕度、溫度、pH、耗水量、微生物菌種和浸出方法(傾倒浸出和罐浸)的限制。
  
  高溫浸出是最常用的浸出技術(shù)之一,這種技術(shù)的易操作性及設(shè)備便宜是工業(yè)生產(chǎn)的重要優(yōu)勢(shì)。浸出溫度可在20~100℃范圍內(nèi),在花費(fèi)成本較低的情況,極大地提高了浸出速度和速率。高溫浸出工藝最主要的阻礙因素是酸的消耗和污染,由于提純過(guò)程中雜質(zhì)的溶解,酸性物質(zhì)不可避免地會(huì)大量消耗。
  
  高溫、高壓浸出比單純的高溫浸出有更好的提純效果,而且可以大幅度提高提純的速度。但是這一過(guò)程會(huì)使設(shè)備處于積累氟化物的環(huán)境中,會(huì)嚴(yán)重腐蝕設(shè)備,縮短設(shè)備的使用壽命。催化高溫、高壓浸出的主要優(yōu)點(diǎn)是不使用氟化物,組分簡(jiǎn)單、消耗低、浸出劑可重復(fù)利用,對(duì)環(huán)境十分友好且有著非常好的提純效果。
  
  來(lái)源:龐慶樂(lè),沈建興,程傳兵,等.高純石英的加工技術(shù)及應(yīng)用[J].江蘇陶瓷,2020,53(04):43-47.

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