CN104353548B - 一种高纯石英砂磁选除铁工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高纯石英砂的磁选除铁工艺，在高纯石英砂传统磁选除铁工艺的基础上，通过化学镀的方法在石英砂颗粒表面沉积磁性金属，以便增加石英砂颗粒的磁性，使原本含铁镍钴等磁性杂质极低的、不能被磁选机分离的石英砂也能通过磁选分离开来，然后经过酸浸工序溶解去除石英砂表面的磁性物质，从而达到更加彻底的除铁效果。本发明以简单的方法便可以将高纯石英砂中的铁、钴、镍等磁性杂质通过磁选、酸浸后轻易地去除到0.1ppm以下，不但可以提高高纯砂的品质，也能大大的降低高纯砂对石英矿的选矿及磁选场强的要求。

Description

一种高纯石英砂磁选除铁工艺

技术领域

本发明属于高纯石英砂的提纯领域，具体涉及一种磁选工艺。

背景技术

随着国内电子工业如集成电路、IT产业如光导光纤以及家电、电光源、新型能源如太阳能等对于石英玻璃需求用量的不断增加，高纯石英砂的市场需求量随之增加。其年复合增长率已过30％，远远高出一般工业品的增长速度。这些领域对原料高求非常苛刻，允许的杂质含量非常低，其SiO₂含量要求高达99.995％以上，在用熔炼或冶炼方法生产这些专用材料时，通常选用天然水晶为原料。然而天然水晶资源日趋枯竭，使得国内外都在努力寻找替代品，其中最有希望的是用普通硅质原料制备高纯石英砂，以高纯或超纯石英砂替代水晶。由于研究开发力度不够，我国高技术领域用高纯石英砂长期依赖从美国进口，价格昂贵并且随着需求量的增加还在不断上涨。国产高纯石英砂市场缺口很大，随着相关高新产业快速发展，高纯石英砂的市场需求量越来越大，市场前景十分看好。

高纯石英砂的提纯是多道工艺的结合，通常有煅烧、磁选、浮选、酸浸、高温氯化等，其中磁选是去除石英砂杂质效果最明显，最容易实现的工艺，能轻易的将石英砂中磁性矿物分离开来，是一种非常有效的提纯手段，是高纯石英砂生产企业必备的工艺之一(冉红想，张振权.GCG型干式电磁感应辊强磁选机在高纯石英砂生产中的应用[J].有色金属(选矿部分).2007(3)43-46.)。然而，高纯石英砂原料中磁性矿物总体含量很低，即使经强磁选机磁选过后，仍有部分残余。颗粒在磁场中受到的力与磁场强度和自身的磁性强度成正比，要想含磁性杂质低的颗粒能够顺利通过磁选分离，增强磁选机磁场强度是一种方法，也是高纯石英砂企业通行的方法，然而磁选机磁场强度达到一定程度后受设备限制很难再有大幅提高，对于分离含有微量磁性杂质的石英砂仍心有余而力不足，导致产品中的铁含量、杂点等问题居高不下，严重影响产品的质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以传统工艺为基础，并解决传统工艺“磁选—浮选—酸浸”过程中磁选石英砂分离磁性矿物不彻底问题的工艺，通过该工艺可使磁性杂质降至0.1ppm以下。本发明的目的通过以下技术方案得以实现：

本发明的技术方案提供了一种高纯石英砂磁选工艺，在磁选前通过化学镀的方法在石英砂表面沉积2.0-30ppm的磁性物质，磁选过后再经过酸浸方法去除所沉积的磁性物质；其中，所述酸浸的溶液由1-5mol/L盐酸、1-3mol/L硝酸和1-3mol/L氢氟酸构成，酸浸的温度为40-80℃，酸浸的时间为10-50小时。

根据本发明上述技术方案提供的工艺，在一些实施方式中，磁性物质选自金属铁、钴、镍。

在另一些实施方式中，磁性物质选自金属镍。

根据本发明上述技术方案提供的工艺，在一些实施方式中，使用酸性化学镀镍或碱性化学镀镍方法对石英砂进行镍金属的沉积。

在另一些实施方式中，酸性镀镍方法的化学镀液由10-50g/L的氯化镍、20-60g/L的硫酸镍、10-40g/L的次磷酸钠、5-20g/L的乙酸钠、2-15g/L的硼酸、5-150g/L的谷氨酸及10-30g/L的苹果酸构成，温度为70-100℃，pH为3-6，镍沉积时间为1-15min。

在另一些实施方式中，酸性镀镍方法的化学镀液由15-30g/L的氯化镍、30-40g/L的硫酸镍、10-27g/L的次磷酸钠、7-12g/L的乙酸钠、8-10g/L的硼酸、8-10g/L的谷氨酸及15-25g/L的苹果酸构成，温度为85-95℃，pH为4-6，镍沉积时间为2-10min。

根据本发明上述技术方案提供的工艺，在一些实施方式中，沉积的磁性物质为金属镍，含量为4.0-20ppm。

根据本发明上述技术方案提供的工艺，在一些实施方式中，磁选所用的磁场强度为5000-30000GS。

在另一些实施方式中，磁选所用的磁场强度为10000-25000GS。

根据本发明上述技术方案提供的工艺，在一些实施方式中酸浸所用溶液由2.5mol/L盐酸、1.0mol/L硝酸和1.0mol/L氢氟酸构成，动态酸浸温度为50-70℃，时间为30小时。

本发明所述的酸性化学镀镍方法和碱性化学镀镍方法分别表示镀液为酸性和碱性的化学镀法。

根据本发明上述技术方案提供的工艺，发明人优化后实施方式如下：

在磁选前，先用化学镀液在石英砂表面镀上一定量的金属镍，化学镀液由15-30g/L氯化镍、30-40g/L硫酸镍、10-27g/L次磷酸钠、7-12g/L乙酸钠、8-10g/L硼酸、8-10g/L谷氨酸及15-25g/L苹果酸构成，温度为85-95℃，pH为4-6，时间2.0-10min，金属镍的含量为4.0-20ppm，其含量根据石英砂原本磁性矿物含量来定，可通过化学镀的时间来控制；

在磁选的传统工艺基础上，将镀过镍的石英砂进行磁选，磁选机若为干式则需要在磁选前将石英砂清洗烘干；

磁选后，将石英砂置于2.5mol/L盐酸+1.0mol/L硝酸+1.0mol/L氢氟酸的混合溶液中，在50-70℃内，动态酸浸30小时，将原来沉积在石英砂表面的磁性金属去除掉；

酸浸后，将石英砂取出清洗干净备用。

本发明提供的高纯石英砂磁选工艺的益处在于：

(1)通过化学镀的方法增加石英砂颗粒磁性，使原来含磁性杂质极低的石英砂也可以通过磁选分离开来。

(2)增强石英砂颗粒磁性可以弥补磁选机磁场强度难以提高的难题，降低对磁选机设备的要求。

本发明的技术方案提供的工艺适用于粒度在60-160目范围内，石英砂SiO2含量>99.9％,的所有高纯石英砂。

除非明确地说明与此相反，否则，本发明引用的所有范围包括端值。例如，“酸浸温度为50-70℃”表示浸酸温度的范围a为50℃≤a≤70℃。

本发明使用的术语“或”表示备选方案，如果合适的话，可以将它们组合，也就是说，术语“或”包括每个所列出的单独备选方案以及它们的组合。例如，磁性物质“选自金属铁、钴或镍”表示磁性物质选自金属铁、钴、镍的一种或其一种以上的组合。

具体实施方式

以下所述的是本发明的优选实施方式，本发明所保护的不限于以下优选实施方式。应当指出，对于本领域的技术人员来说在此发明创造构思的基础上，做出的若干变形和改进，都属于本发明的保护范围。

实施例1

原料为湖北大别山所产石英砂，粒度为60-160目，杂质化学成份如下(ppm)：

元素	Al	Fe	Ti	Ni	Co	Na	K	Li
									浓度	47	31	7.5	0.7	0.5	23	22	0.8

实施步骤如下：

(1)将过筛的石英砂置入10g/L的氯化亚锡稀溶液中敏化，恒温40℃，时间为30min。

(2)将敏化好的石英砂取出置于滤网上用水冲淋2-3遍。

(3)将冲淋后的石英砂置入0.0025g/L的氯化钯稀溶液中活化，恒温40℃，时间为10min。

(4)将活化好的石英砂取出置于滤网上用水冲淋2-3遍。

(5)将活化好的石英砂置入化学镀液中沉积金属镍。

(6)将沉积金属镍过后的石英砂置入磁选机进行磁选分离。

(7)将磁选过后所得到的尾砂(磁性不足，未被磁选分离的石英砂)用由盐酸、硝酸、氢氟酸以一定配比的混合酸溶液浸泡。

(8)将浸泡后的石英砂以去离子水清洗至清洗水呈中性，烘干。

(9)将磁选过后的精砂(含足够磁性矿物，在磁选过程中被分离的石英砂)称重，按精砂重量/(精砂+尾砂)重量×100％计算选出率。

(10)分别测量尾砂中Al、Fe、Ti、Ni、Co、Na、K、Li的杂质含量。

其中化学镀液的成份为30g/L的氯化镍、35g/L的硫酸镍、25g/L的次磷酸钠、10g/L的乙酸钠、8g/L的硼酸、8g/L的谷氨酸及20g/L的苹果酸构成，温度为95℃，pH为4，化学镀时间为2min。磁选机为湿式电磁选机，场强23000GS。酸浸溶液为2.5mol/L盐酸、1.0mol/L硝酸和1.0mol/L氢氟酸的混合溶液中，酸浸温度为60℃，酸浸时间为30h。

实施例2

操作步骤、原料及选出率的计算同实施例1。

化学镀液的成份为30g/L的氯化镍、35g/L的硫酸镍、25g/L的次磷酸钠、10g/L的乙酸钠、8g/L的硼酸、8g/L的谷氨酸及20g/L的苹果酸构成，温度为95℃，pH为4，化学镀时间为4min。磁选机为湿式电磁选机，场强23000GS。酸浸溶液为2.5mol/L的盐酸、1.0mol/L的硝酸和1.0mol/L的氢氟酸的混合溶液中，酸浸温度为60℃，酸浸时间为30h。

实施例3

操作步骤、原料及选出率的计算同实施例1。

化学镀液的成份为30g/L的氯化镍、35g/L的硫酸镍、25g/L的次磷酸钠、10g/L的乙酸钠、8g/L的硼酸、8g/L的谷氨酸及20g/L的苹果酸构成，温度为95℃，pH为4，化学镀时间为6min。磁选机为湿式电磁选机，场强23000GS。酸浸溶液为2.5mol/L的盐酸、1.0mol/L的硝酸和1.0mol/L的氢氟酸的混合溶液中，酸浸温度为60℃，酸浸时间为30h。

实施例4

操作步骤、原料及选出率的计算同实施例1。

化学镀液的成份为30g/L氯化镍、35g/L硫酸镍、25g/L次磷酸钠、10g/L乙酸钠、8g/L硼酸、8g/L谷氨酸及20g/L苹果酸构成，温度为95℃，pH为4，化学镀时间为8min。磁选机为湿式电磁选机，场强23000GS。酸浸溶液为2.5mol/L盐酸、1.0mol/L硝酸和1.0mol/L氢氟酸的混合溶液中，酸浸温度为60℃，酸浸时间为15h。

实施例5

操作步骤、原料及选出率的计算同实施例1。

化学镀液的成份为30g/L的氯化镍、35g/L的硫酸镍、25g/L的次磷酸钠、10g/L的乙酸钠、8g/L的硼酸、8g/L的谷氨酸及20g/L的苹果酸构成，温度为95℃，pH为4，化学镀时间为2min。磁选机为湿式电磁选机，场强15000GS。酸浸溶液为2.5mol/L的盐酸、1.0mol/L的硝酸和1.0mol/L的氢氟酸的混合溶液中，酸浸温度为60℃，酸浸时间为30h。

实施例6

操作步骤、原料及选出率的计算同实施例1。

化学镀液的成份为30g/L的氯化镍、35g/L的硫酸镍、25g/L的次磷酸钠、10g/L的乙酸钠、8g/L的硼酸、8g/L的谷氨酸及20g/L的苹果酸构成，温度为95℃，pH为4，化学镀时间为10min。磁选机为湿式电磁选机，场强15000GS。酸浸溶液为2.5mol/L的盐酸、1.0mol/L的硝酸和1.0mol/L的氢氟酸的混合溶液中，酸浸温度为60℃，酸浸时间为30h。

对比例

原料同实施例1。

按照文献(王玉芬，刘连城.石英玻璃.2006:26-28.)将原料通过北京矿冶研究院的GCG1550-2磁选机进行磁选，最高场强为23000GS。将磁选后所得到的尾砂进行碱性浮选，以油酸+煤油为捕收剂，去除残余的铁矿物。将浮选过后的砂清洗干净，用2.5mol/L盐酸+1.0mol/L硝酸+1.0mol/L氢氟酸的混合溶液动态酸浸30h，温度为60℃。将浸泡后的石英砂清洗至清洗水呈中性，烘干，计算选出率。

实施例1-6及对比例的结果见表1。从表1的结果可见，实施例1-6的各项主要杂质含量均小于或等于对比例的杂质含量。

表1：实验结果

Claims (10)

1.一种高纯石英砂的磁选除铁工艺，其特征在于，在磁选前通过化学镀的方法在石英砂表面沉积2.0-30ppm的磁性物质，磁选过后再经过酸浸方法去除所沉积的磁性物质；其中，所述酸浸的溶液由1-5mol/L盐酸、1-3mol/L硝酸和1-3mol/L氢氟酸构成，酸浸的温度为40-80℃，酸浸的时间为10-50小时。

2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述的磁性物质选自金属铁、钴或镍。

3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述的磁性物质为金属镍。

4.根据权利要求3所述的工艺，其特征在于，使用酸性化学镀镍或碱性化学镀镍方法对石英砂进行镍金属的沉积。

5.根据权利要求4所述的工艺，其特征在于，所述的酸性镀镍方法，其化学镀液由10-50g/L的氯化镍、20-60g/L的硫酸镍、10-40g/L的次磷酸钠、5-20g/L的乙酸钠、2-15g/L的硼酸、5-150g/L的谷氨酸及10-30g/L的苹果酸构成，温度为70-100℃，pH为3-6，镍沉积时间为1-15min。

6.根据权利要求4所述的工艺，其特征在于，所述的酸性镀镍方法，其化学镀液由15-30g/L的氯化镍、30-40g/L的硫酸镍、10-27g/L的次磷酸钠、7-12g/L的乙酸钠、8-10g/L的硼酸、8-10g/L的谷氨酸及15-25g/L的苹果酸构成，温度为85-95℃，pH为4-6，镍沉积时间为2-10min。

7.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述的磁性物质为金属镍，含量为4.0-20ppm。

8.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述磁选的磁场强度为5000-30000GS。

9.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述磁选的磁场强度为10000-25000GS。

10.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述酸浸的溶液由2.5mol/L盐酸、1.0mol/L硝酸和1.0mol/L氢氟酸构成，酸浸的温度为50-70℃，酸浸时间为20-40小时。