摘要：對湖南某地石英砂的高純化進(jìn)行了浮選試驗以及浮選-酸浸試驗研究。結(jié)果表明，采用浮選-酸浸技術(shù)方案可將石英砂中主要雜質(zhì)含量由205.475×10^-6降低至62.900×10^-6，石英砂純度由99.9795%提高到99.9936%。

高純度石英砂SiO₂含量在99.95%以上，廣泛應(yīng)用于航天航空、生物工程、高頻率技術(shù)、電子技術(shù)、光纖通信和軍工等高新技術(shù)領(lǐng)域，是生產(chǎn)單晶硅、多晶硅、石英玻璃、光纖、太陽能電池、集成電路基板等高性能材料的主要原料。20世紀(jì)80年代以來，我國生產(chǎn)高純石英砂所用原料主要是SiO₂含量在99%左右的脈石英、石英巖和石英砂巖等，并普遍采用酸浸等方法，但石英提純整體技術(shù)水平與美國尤尼明公司等還有差距。因此，從石英砂資源中分離提取高純度石英砂仍為目前試驗研究的熱點。

針對湖南某地煅燒石英砂礦樣，采用浮選-酸浸等工藝進(jìn)行高純化試驗研究，得到SiO₂含量在99.99%以上的高純石英砂。

1、礦樣性質(zhì)

湖南某地煅燒石英砂礦樣，粒度為-0.18-0.106mm，礦樣中雜質(zhì)元素含量（10^-6）如下表：

石英砂原料中不同元素的含量

元素	Al	K	Na	Ca	Mg	Fe	Ti	Li	Cu	Mn	Ni	Cr	Zr	B
含量	168.125	3.675	13.675	2.675	0.500	3.075	8.225	5.525	0.125	0.125	0.100	0.350	0.025	1.575
注：石英砂原料中主要雜質(zhì)元素為Al、Na、K、Fe、Ti和Li雜質(zhì)元素總含量達(dá)到207.775×10-6。

由上表初步判斷，礦樣中脈石礦物為鈉長石，少量鉀長石和鋰輝石（云母），并伴生少量鐵、鈦礦物和硼礦物。將長石、鋰輝石類礦物以及含鐵含鈦礦物脫除，可能將石英砂雜質(zhì)元素含量降至100×10^-6以下。

2、結(jié)果與討論

2.1 浮選除雜

石英與長石同屬架狀硅酸鹽礦物，主要區(qū)別在于長石結(jié)構(gòu)中存在[AlO₄]，利用長石裸露的Al³⁺活性，采用傳統(tǒng)“有氟”工藝和新型“無氟”工藝可實現(xiàn)石英與長石浮選分離。其中，常見的“無氟”工藝有3種：酸性反浮選長石法、中性反浮選長石法和堿性浮石英法。

試驗所用石英砂純度在99.97%以上，任何二次污染都會對石英砂純度造成影響。因此，浮選試驗在XFG型掛槽浮選機上進(jìn)行，浮選機軸為不銹鋼材質(zhì)，葉輪和浮選槽為有機玻璃材質(zhì)，浮選槽容積為100mL，每次用樣為35g，試驗用水為一次蒸餾水。

考察了4種不同方案的除雜效果：

方案1：采用硫酸調(diào)漿至pH值小于2，十八胺和石油磺酸鈉各200g/t，一次粗選；

方案2：采用氫氟酸調(diào)漿至pH值小于2，十八胺和石油磺酸鈉各200g/t，一次粗選；

方案3：采用NaOH調(diào)漿至pH值大于10，兩性捕收劑由油酸與甲苯酰胺按質(zhì)量比9：1復(fù)配，用量100g/t，一次粗選；

方案4：中性條件下，直接用十八胺浮選，用量為200g/t，一次粗選。

浮選后的精礦樣品經(jīng)檢測分析，主要雜質(zhì)元素含量見表1。

表1 浮選前后礦樣中主要雜質(zhì)元素含量/10^-6

雜質(zhì)元素	Al	K	Na	Ca	Mg	Fe	Ti	Li	合計	精礦產(chǎn)率/%
原礦料	168.125	3.675	13.675	2.675	0.500	3.075	8.225	5.525	205.475	--
方案1	134.000	2.550	13.450	5.125	0.950	5.150	8.325	5.225	174.775	99.03
方案2	71.925	3.125	9.875	14.650	1.500	5.075	7.650	5.125	118.925	99.37
方案3	133.450	3.050	11.550	15.475	1.825	4.025	7.775	5.525	182.675	93.31
方案4	153.150	3.325	12.050	9.725	0.650	5.775	8.425	5.350	198.450	94.94

表1數(shù)據(jù)可知，通過浮選法可達(dá)到降低石英砂礦樣中雜質(zhì)元素含量的目的；酸性介質(zhì)中的浮選除雜效果優(yōu)于中性和堿性2種介質(zhì)；HF體系下的浮選脫雜效果優(yōu)于硫酸體系； Al含量降低幅度很大，同時K、Na含量也相應(yīng)降低，說明HF體系下脫除的雜質(zhì)礦物以長石類脈石礦物為主；4種方案下Li、Ti含量幾乎沒有變化，表明對含鈦含鋰礦物的脫除效果不理想；Ca、Mg、Fe含量均有所上升，可能是試驗用蒸餾水及試驗設(shè)備污染所致。

為將雜質(zhì)元素含量降低至100×10^-6以下，對方案2進(jìn)行多次精選試驗，確定試驗所用流程及藥劑制度見圖1，結(jié)果見表2。

表2 精選后礦樣中主要雜質(zhì)元素含量/10^-6

雜質(zhì)元素	Al	K	Na	Ca	Mg	Fe	Ti	Li	合計	精礦產(chǎn)率/%
浮選精礦	52.800	2.175	8.875	2.975	0.325	3.575	8.500	5.000	84.225	99.48

由表2數(shù)據(jù)可看出，經(jīng)過1粗2精的浮選流程，石英砂中主要雜質(zhì)元素含量由205.475×10^-6降低到84.225×10^-6，Al、K、Na等雜質(zhì)元素含量降低幅度較大，SiO₂純度達(dá)到99.9915%。

2.2 酸浸除雜

經(jīng)過浮選除雜后，F(xiàn)e、Ti、Li等雜質(zhì)元素含量幾乎沒有變化，說明浮選法難以脫除含F(xiàn)e、Ti、Li等雜質(zhì)礦物。實驗表明，酸浸對伴生在石英中的碳酸鹽類礦物、鐵礦物和含鐵礦物以及顆粒表面的薄膜鐵去除效果較好，其中HF對云母長石等礦物具有較明顯的溶蝕作用。對浮選精礦進(jìn)行了酸浸除雜（鹽酸與氫氟酸質(zhì)量比2：1）試驗，所得精礦用去離子水反復(fù)清洗后進(jìn)行分析，結(jié)果見表3。

表3 浮選精礦酸洗后礦樣中主要雜質(zhì)元素含量/10^-6

雜質(zhì)元素	Al	K	Na	Ca	Mg	Fe	Ti	Li	合計
浮選精礦	37.650	1.925	8.925	0.550	0.075	0.700	8.300	4.775	62.900

從表3數(shù)據(jù)可看出，浮選精礦經(jīng)酸浸后，主要雜質(zhì)元素含量從84.225×10^-6降低到62.900×10^-6，石英砂純度達(dá)到99.9936%，酸浸除雜效果顯著。其中，雜質(zhì)元素Al、Ca、Fe含量降低幅度很大，Ti、Li含量幾乎沒有變化，可能是此粒級石英砂中Ti、Li雜質(zhì)未暴露，難以與酸作用。

3、結(jié)論

石英砂主要雜質(zhì)元素為Al、K、Na、Fe、Ti,主要雜質(zhì)礦物為長石、含鐵以及含鈦礦物。采用浮選-酸浸方案，石英砂中主要雜質(zhì)元素含量由205.475×10^-6降低到62.900×10^-6，石英砂純度達(dá)到99.9936%。