Кварцевый песок высокой чистоты является материальной основой для развития высокотехнологичных производств, а области его применения включают оптоволокно, военную и аэрокосмическую промышленность. Эти месторождения предъявляют чрезвычайно строгие требования к чистоте сырья кварцевого песка, требуя очень низкого содержания примесей в кварцевом песке, особенно Fe, Al и других примесей. Таким образом, технология очистки кварцевого песка связана с долгосрочным развитием высокотехнологичной отрасли моей страны. В настоящее время технология очистки высокочистого кварцевого песка монополизирована США, Германией и другими странами, а экспорт технологий и продуктов очистки ограничен. Поэтому большое значение имеет освоение технологии очистки кварцевого песка высокой чистоты.
Минеральные примеси в кварцевом песке обычно существуют в виде некварцевых минералов, таких как полевой шпат, слюда, гранат, циркон, ильменит и многие другие минералы. Эти примеси в основном существуют в следующих формах:
1) как рыхлый попутный минерал химически не связан с кристаллом кварца;
(2) В качестве обломков минералов они химически и физически связаны с кристаллами кварца на своей поверхности, такими примесями в основном являются железосодержащие минералы и алюминийсодержащие минералы;
(3) Минералы, заключенные в зерна кварца или окруженные взаимосвязанными кристаллами кварца;
(4) В качестве ионов внедрения, замещающих кремний, эти примеси в основном включают: Al3+, Fe2+, Fe3+, B3+, Ti4+, Ge4+, P5+ и т. д. Эти ионы замещают Si4+ с образованием ковалентных связей. Когда это происходит, это обычно сопровождается легированием такими элементами, как Li1+, K1+, Na1+ и H1+, для поддержания электронейтральности решетки SiO2. Элемент Al является одним из основных элементов-примесей в кварцевой руде, а Al3+ и Si4+ имеют одинаковые радиусы, которые могут легко заменить Si4+, а его содержание обычно достигает тысяч частей на миллион, поэтому содержание Al является важным показателем качества кварцевой руды. .
В настоящее время процесс очистки высокочистого кварцевого песка в основном включает механическое дробление, магнитную сепарацию, флотацию, кислотное выщелачивание, прокаливание, закалку водой, высокотемпературный обжиг хлорированием и т. д. Этот метод может эффективно удалять примеси ионов металлов в кварце. решетка.
1. Механическое дробление
Механическое измельчение — это метод уменьшения размера частиц минералов с помощью механической силы. В процессе очистки кварца высокой чистоты этот процесс в основном заключается в отделении неструктурных примесей в кварцевом минерале от кварца. К неструктурным примесям относятся минеральные включения (минеральные примеси) и газожидкостные включения (флюидные включения). Примеси присутствуют в границах зерен кварца. После измельчения необработанных кварцевых минералов размер частиц уменьшается, а удельная поверхность увеличивается, так что примеси между границами зерен обнажаются на внешней поверхности частиц кварца, тем самым повышая эффективность очистки последующего процесса.
В процессе механического дробления, из-за относительно твердого грунта кварцевых минералов, частый контакт, удары и трение с оборудованием неизбежно вносят примеси и вызывают загрязнение. Наиболее эффективными решениями этой проблемы являются: технология самоизмельчения и импульсного дробления высокого давления.
2. Магнитная сепарация
Принцип магнитной сепарации основан на различных магнитных свойствах кварцевых минералов и представляет собой средство сортировки примесей из кварцевой руды для отделения примесей магнитных минералов. В процессе очистки высокочистого кварца использование и цель магнитной сепарации заключается в удалении некоторых магнитных минералов во включениях кварцевого сырья с магнетизмом, таких как магнитный ильменит, пирит, лимонит и гранат и т. д. Некоторые частицы с магнитным минеральные включения также могут быть удалены с помощью магнитной сепарации. Железосодержащие примеси, особенно магнитные вещества, легко и эффективно намагничиваются, в то время как минералы кварца, особенно неметаллические магнитные вещества, не могут эффективно намагничиваться. Используя этот метод дифференциальной магнитной сепарации, большое количество магнитных примесей кварца может быть отделено от высокочистого металлического кварца. Разделение и удаление минералов.
3. Флотация
Флотация — это селективное разделение гидрофобных и гидрофильных веществ на основе различий в смачиваемости поверхности рудного тела, естественного или модифицированного. В процессе очистки высокочистого кварца флотация в основном используется для удаления минералов слюды и полевого шпата, которые являются симбиотическими с кварцем, а также могут флотировать фосфор- и железосодержащие минералы. Существует много типов флотационных агентов, которые можно разделить на собиратели, регуляторы и пенообразователи в зависимости от их свойств и функций в среде и рабочей среде флотации кварцевого песка.
По различным используемым реагентам флотацию кварцевого песка можно разделить на фторсодержащий кварц.
флотация песка tz и бесфтористая флотация кварцевого песка. При флотации фторсодержащего кварцевого песка используются фторсодержащие агенты, такие как фтористоводородная кислота (HF) в качестве активатора полевого шпата, серная кислота в качестве регулятора, так что в сильнокислых условиях pH = 2-3, додециламин и т. д. Катион используется в качестве собирателя, а активированный полевой шпат предварительно адсорбируется, а затем отделяется. Аналогично бесфторная флотация кварца заключается в использовании серной или соляной кислоты в качестве активатора примесных минералов в кварце без применения фторсодержащих реагентов, а затем использовании соответствующих собирателей для разделения кварца и примесных минералов флотацией. Кроме того, исследования показали, что эффект флотации смешанных коллекторов лучше, чем у отдельных коллекторов, и они относительно экономичны.
4. Маринование
Кислотное выщелачивание – это способ очистки кварца в зависимости от различной растворяющей способности кварца, слюды и полевого шпата в кислом растворе. Кислотное выщелачивание позволяет эффективно удалять оксидные пленки на поверхности железной руды и частицы кварца в кварце. Для растворения минеральных примесей, таких как слюда и полевой шпат, обычно используют плавиковую кислоту. Обычно используемые кислые среды для травления включают соляную кислоту, серную кислоту, азотную кислоту, уксусную кислоту и плавиковую кислоту, среди которых разбавленная кислота лучше влияет на удаление Al и Fe, и используются более кислые концентрированные серная кислота, царская водка и плавиковая кислота. для удаления Cr и Ti.
5. Термическая обработка
В процессе очистки высокочистого кварца под термической обработкой понимается высокотемпературный обжиг кварца (800-900°С). Термическая обработка имеет два эффекта в процессе очистки кварца. Во-первых, минерал кварц твердый, с твердостью по Моосу 7, который является тугоплавким минералом. Однако во внутренней кристаллической структуре кварцевых минералов существует анизотропия, а коэффициент расширения примесей, таких как мусковит и силикатные минералы, в минералах отличается от коэффициента расширения кварца. Следовательно, после высокотемпературного обжига и закалки водой кварцевые минералы будут быстро расширяться при нагревании, а концентрация напряжений будет вызвана быстрым охлаждением и аварийным сжатием, что приведет к образованию трещин в минералах, тем самым реализуя дробление кварца. Кроме того, высокотемпературный обжиг позволяет эффективно разрушить структуру минералов мусковита и силикатного кварца, а также дополнительно способствовать фрагментации кварца и обнажению внутренних примесей, что благоприятно сказывается на последующем кислотном выщелачивании и других процессах.