CN113479894A

CN113479894A - 环保型石英砂提纯工艺

Info

Publication number: CN113479894A
Application number: CN202110855344.0A
Authority: CN
Inventors: 邵宗强; 李祖君; 蓝云燕
Original assignee: Shenzhen Koala Ecological Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Koala Ecological Technology Co ltd
Priority date: 2021-07-27
Filing date: 2021-07-27
Publication date: 2021-10-08

Abstract

本申请公开了一种环保型石英砂提纯工艺，包括以下步骤，将石英砂矿物和强碱溶液搅拌混合反应，过滤得到滤渣和滤液Ⅰ，用水淋洗滤渣至pH值为7~8，得到成品石英砂和淋洗水Ⅰ，将成品石英砂中粒级＜0.074mm的石英砂筛分出进行浮选处理，将滤液Ⅰ和淋洗水Ⅰ混合并加入强酸至pH＜1，向混合液中分批加入碱液进行沉淀并分离得到回收品，残液加热蒸发得到结晶，其中石英砂矿物中小于0.074mm粒级的石英砂产率为10%以下。本申请利用强碱溶液不具有挥发性的特性，工业应用时对人体和环境的无影响，且整个生产工艺流程不产生三废，生产成本小，经济效益巨大。

Description

环保型石英砂提纯工艺

技术领域

本申请涉及石英砂制备的领域，更具体地说，涉及一种环保型石英砂提纯工艺。

背景技术

石英砂的主要矿物成分是SiO₂，是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物，已广泛地应用于多个领域。石英砂中多含有一些伴生的长石、云母等铝硅酸盐矿物和含铁物质，铁质主要以浸染铁和包裹铁两种形式存在于石英砂中。浸染铁为浸入到石英颗粒裂缝中的微米级黏土含铁物质和渗透到石英颗粒表层晶格中的铁离子，包裹铁通常是包裹于和吸附于石英颗粒表面的黏土含铁物质。

石英砂在应用至产业前需要进行提纯处理以达到产业上对石英砂高纯度的要求，目前工业上通过酸洗法对石英砂进行提纯，如硫酸、硝酸、盐酸等无机酸，或是如草酸、醋酸等有机酸，利用杂质矿物大多能被强酸液溶解而石英砂不溶于强酸的原理来对石英砂进行提纯。

但无论是采用无机酸还是有机酸对石英砂进行提纯，都会产生大量废液，废液的酸性很强且其中含有较多的铁离子、铝离子等杂质离子，处理成本很高。

发明内容

为了改善目前采用酸洗法提纯石英砂时产生的废液处理成本高的问题，本申请提供一种环保型石英砂提纯工艺，采用如下的技术方案：

一种环保型石英砂提纯工艺，包括以下步骤：

碱浸：将待处理的石英砂矿物和强碱溶液在搅拌状态下混合于一起，搅拌反应以溶解石英砂矿物中的三氧化二铁和三氧化二铝，得到固液混合物；

过滤：利用过滤设备对固液混合物进行过滤得到滤渣；

淋洗：用水对滤渣进行淋洗，淋洗至淋洗水的pH值为7～8，得到成品石英砂和淋洗水Ⅰ；

分级：将淋洗后的成品石英砂中粒级＜0.074mm的石英砂筛分出；

浮选：将粒级＜0.074mm的石英砂加入浮选溶液中形成浮选矿浆，进行浮选处理；

酸化：将滤液Ⅰ和淋洗水Ⅰ搅拌混合并在搅拌状态下快速加入强酸至混合液的pH＜1，强酸的添加流量不低于100L/min；

沉淀分离：在搅拌状态下向酸化处理后的混合液中分批加入与碱浸步骤中相同种类的碱液进行沉淀并过滤分离，最后一次加入碱液时控制混合液的pH值为8，过滤掉沉淀后得到残液；

蒸发结晶：将残液加热蒸发，得到回收结晶；

其中，碱浸步骤中待处理的石英砂矿物中小于0.074mm粒级的石英砂的产率为10％以下。

通过采用上述技术方案，强碱溶液可以与石英砂中的三氧化二铁反应生成铁酸盐，也可以与铝硅酸盐矿物(如长石、云母等)中的二氧化硅、三氧化二铝反应生成偏硅酸盐和偏铝酸盐，从而将铝硅酸盐矿物表层及内部中的铝质去除，而铁酸盐、偏硅酸盐、偏铝酸盐可溶于强碱溶液和水中，实现铁、铝与石英砂分离。

淋洗的目的是为了将滤渣中所残留的强碱以及铁离子除去，铁离子的存在会使石英砂的白度降低，达不到行业的要求，当淋洗至pH值为7～8时，成品石英砂中残留的强碱以及铁离子基本去除干净。

浮选工艺主要是由于成品石英砂中会残留少量的铝硅酸盐矿物，其主要成分为长石和云母，残留的铝硅酸盐矿物的粒级大部分都小于0.074mm，因此需要对粒级＜0.074mm的石英砂进一步提纯，而残留的铝硅酸盐矿物与强碱溶液反应非常缓慢，采用浮选的方式进行分离生产效率更高，更容易使粒级＜0.074mm的石英砂中的铝硅酸盐矿物与石英砂分离，进一步提高了石英砂的纯度和质量。

酸洗工段中，强酸的添加流量控制在不低于100L/min的目的如下，溶液中的偏硅酸盐(NaSiO₃)在加入强酸时会转化为偏硅酸(H₂SiO₃)，偏硅酸在碱性和酸性的反应体系溶液中不会发生水解生成二氧化硅沉淀，但在弱碱性至弱酸性的反应体系溶液中，偏硅酸会发生水解生成二氧化硅沉淀，强酸加入到滤液Ⅰ和淋洗水Ⅰ的混合液(混合液为强碱性)中时，刚开始反应体系溶液为强碱性，随着强酸的加入量越来越多，反应体系溶液中溶液由强碱性(pH>14)→碱性→弱碱性→中性(pH＝7)→弱酸性→酸性→强酸性(pH<1)转变，在反应体系中溶液由弱碱性→中性(pH＝7)→弱酸性转变过程时，当强酸添加流量较小时，在反应体系中溶液由碱性→弱碱性→中性(pH＝7)→弱酸性→酸性转变过程的时间会比较长，此时偏硅酸会发生水解生成二氧化硅沉淀，会影响后续沉淀分离工段中氢氧化铁沉淀的纯度，而当强酸添加流量较大时，反应体系中溶液由碱性→弱碱性→中性(pH＝7)→弱酸性→酸性转变过程的时间会很短，可以使偏硅酸不发生水解或者发生很少量的水解。

经试验验证，碱浸时，由于强碱溶液与石英颗粒表面的三氧化二铁反应生成的铁酸盐会吸附在石英颗粒表面上，进而会对强碱溶液与石英颗粒中处于表面深层的三氧化铁的反应造成阻碍，但在搅拌作用下，可以使石英颗粒之间产生相互碰撞、摩擦、擦洗，以达到去除吸附在石英颗粒表面上铁酸盐的目的，使铁酸盐不再附着在石英颗粒表面上，而粒级小于0.074mm的石英颗粒因粒径太小，即使在搅拌下也无法使石英颗粒之间产生相互碰撞、摩擦、擦洗，难以达到去除吸附在石英颗粒表面的铁酸盐的目的，而且因强碱溶液本身具有一定的粘稠度，粒级小于0.074mm的石英颗粒在强碱溶液中的分散效果较差，难以充分与强碱溶液接触，因此当粒级小于0.074mm的石英颗粒产率超过10％时会造成石英砂的除铁率和提纯率大幅降低，达不到石英砂合格标准。产率在矿选行业中为某一产品的质量占入选原矿石质量的百分比，本申请中的产率可理解为质量占比，下同。

本申请利用强碱溶液不具有挥发性的特性，工业应用时对人体和环境无影响，相比于强酸危险性更低，而且价格更便宜，工艺简单，生产成本更低，同时除铁率和提纯率优异，可以将石英砂中三氧化二铁的含量降低0.15％左右，二氧化硅的含量可提高2％左右。另外，通过进一步对碱浸出液中含有的强碱物质及铁、铝、二氧化硅进行回收，回收处理后可得到化工产品级的化合物结晶、铁、铝以及二氧化硅，减少了资源浪费，并且整个生产工艺流程不产生三废，免去了后续三废的处理成本，经济效益巨大。

优选的，沉淀分离步骤包括以下步骤：

在搅拌状态下向酸化处理后的混合液中加入碱液至混合液的pH值为3，然后对混合液进行固液分离，得到氢氧化铁沉淀和滤液Ⅱ，用水淋洗氢氧化铁沉淀至淋洗水的pH值为6～7，得到氢氧化铁产品和淋洗水Ⅱ；

将滤液Ⅱ和淋洗水Ⅱ搅拌混合并在搅拌状态下向混合液中加入碱液至混合液的pH值为4.5，然后对混合液进行固液分离，得到氢氧化铝沉淀和滤液Ⅲ，用水淋洗氢氧化铝沉淀至淋洗水的pH值为6～7，得到氢氧化铝产品和淋洗水Ⅲ；

将滤液Ⅲ和淋洗水Ⅲ搅拌混合并在搅拌状态下向混合液中加入碱液至混合液的pH值为8，然后对混合液进行固液分离，得到二氧化硅沉淀和滤液Ⅳ，用水淋洗二氧化硅沉淀至淋洗水的pH值为6～7，得到二氧化硅产品和淋洗水Ⅳ，将滤液Ⅳ和淋洗水Ⅳ混合得到残液。

通过采用上述技术方案，沉淀铁离子时若体系的pH值大于3，混合液中的铝离子开始水解生成沉淀，导致氢氧化铁沉淀中掺杂有氢氧化铝，影响氢氧化铁沉淀的纯度，控制沉淀氢氧化铁时体系的pH值为3时，混合液中的铁离子全部水解并生成氢氧化铁沉淀，既保证了铁离子沉淀完全，又避免了铝离子生成沉淀；同理，沉淀铝离子时，当混合液的pH值为4.5时混合液中的铝离子全部水解并生成氢氧化铝沉淀，若体系的pH值大于4.5，会有少量偏硅酸转化为二氧化硅，影响氢氧化铝沉淀的纯度；当体系的pH值为8时，溶液中的偏硅酸完全水解并生成二氧化硅沉淀，若添加碱液调整至pH值大于8，不仅造成碱液的浪费，而且会增加后续处理的难度，生产成本变高；通过分批加入碱液实现对氢氧化铁、氢氧化铝、二氧化硅的回收，且回收的氢氧化铁、氢氧化铝、二氧化硅纯度高。

生成的沉淀通过水淋洗至pH值为6～7能够将沉淀中携带的酸和其他离子冲洗干净，提高沉淀的纯度，淋洗水进行进一步回收处理也能够提高产品回收率。

优选的，酸化步骤中，所述强酸包括盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、高氯酸中的一种。

优选的，酸化步骤中，所述强酸为盐酸。

经试验，硫酸和磷酸会与溶液中微量的钙离子生成沉淀，不利于后续回收沉淀，且硫酸反应会放出大量的热，溶液容易暴沸，硝酸挥发性很强，危险性大，高氯酸危险性大且价格昂贵，会大大提高生产成本，盐酸不会与溶液中的离子生成沉淀，且挥发性较小，危险性低，成本低。

优选的，所述盐酸的质量浓度为18％。

通过将盐酸的质量浓度控制在18％，不仅能够有效减少盐酸的挥发，有利于保护环境，并且生产危险性很低。

优选的，酸化步骤中，盐酸的添加流量控制在100～150L/min。

通过对盐酸的添加流量进行控制，既能够避免滤液Ⅰ和淋洗水Ⅰ的混合液中的偏硅酸水解转化为二氧化硅沉淀，也能够避免盐酸加入过快而导致体系过于剧烈反应。

优选的，碱浸步骤中，强碱溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或氢氧化锂溶液中的一种，沉淀分离步骤中，碱液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或氢氧化锂溶液中的一种。

优选的，碱浸步骤中，强碱溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，沉淀分离步骤中，碱液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。

通过采用上述技术方案，氢氧化钠和氢氧化钾的价格更便宜，生产成本更低。

优选的，沉淀分离步骤中，碱液的添加流量控制在10～15L/min。

通过采用上述技术方案，使碱液的添加量更容易控制，避免调控pH值时碱液添加过量而导致氢氧化铁与氢氧化铝同时沉淀或氢氧化铝与二氧化硅同时沉淀，避免回收的氢氧化铁、氢氧化铝、二氧化硅纯度受到影响。

优选的，沉淀分离步骤中，碱液的质量百分比浓度为20％～30％。

通过采用上述技术方案，碱液的质量百分比浓度控制在20％～30％更便于控制溶液体系的pH值。

优选的，蒸发结晶步骤中，蒸发温度控制在100℃以上。

优选的，蒸发结晶步骤中不进行搅拌。

通过采用上述技术方案，蒸发效率更高，节省生产时间。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1、本申请利用强碱溶液不具有挥发性的特性，工业应用时对人体和环境的影响很小，相比于强酸危险性更低，而且价格更便宜，生产成本更低，同时除铁率和提纯率优异，可以将石英砂中三氧化二铁的含量降低0.15％左右，二氧化硅的含量可提高2％左右；提纯后对碱浸出液中含有的强碱物质及铁、铝、二氧化硅进行回收，回收处理后可得到化工产品级的化合物结晶、铁、铝以及二氧化硅，减少了资源浪费，并且整个生产工艺流程不产生三废，免去了后续三废的处理成本，经济效益巨大。

2、本申请通过快速加入强酸调整回收溶液pH＜1，大大缩短了溶液处于弱碱性至弱酸性体系的时间，从而大大降低了偏硅酸发生水解生成二氧化硅沉淀的可能，当强酸添加流量在100L/min以上时，反应体系中溶液由碱性→弱碱性→中性(pH＝7)→弱酸性→酸性转变过程的时间会很短，可以使偏硅酸不发生水解或者发生很少量的水解。

附图说明

图1是本申请提供的环保型石英砂提纯工艺的流程示意图；

图2是本申请实施例中过滤设备的结构示意图；

图3是本申请实施例中过滤设备的剖面示意图；

图4是实施例中过滤设备的离心转鼓的结构示意图；

附图标记说明：

1、桶体；11、桶盖；12、排液管；13、支撑架；14、滚轮；

2、离心转鼓；21、内盖；22、通孔；23、加强骨架；231、加强环；232、加强杆；

3、过滤袋；4、电机。

具体实施方式

产业上对石英砂纯度的要求很高，尤其是对三氧化二铁含量有严格要求，因此在应用前需要对石英砂进行提纯降铁处理。传统的酸浸法提纯石英砂多采用硫酸、硝酸、盐酸、草酸或醋酸，产生的废液酸性很强且含有较多的铁离子、铝离子等杂质离子，后续处理成本很高。本申请经过研究分析发现，利用无挥发性的强碱溶液可以与石英砂中的三氧化二铁反应生成铁酸盐，也可以与硅酸盐矿物(如长石、云母等)中的二氧化硅、三氧化二铝反应生成偏硅酸盐、铝酸盐，而铁酸盐、偏硅酸盐、铝酸盐可溶于强碱溶液和水中，从而实现了铁、铝与石英砂分离，且滤液在经过后续提纯处理后能够回收得到化工产品级的化合物结晶盐、氢氧化铁、氢氧化铝以及二氧化硅，整个生产工艺流程不产生三废，免去了后续三废的处理成本，经济效益巨大。

如采用氢氧化钠溶液进行提纯：

6NaOH+Fe₂O₃+3H₂O＝2Na₃Fe(OH)₆

2NaOH+Al₂O₃+3H₂O＝2Na[Al(OH)₄]

2NaOH+SiO₂＝Na₂SiO₃+H₂O

NaOH+HCl＝NaCl+H₂O

NaSiO₃+2HCl＝2NaCl₂+H₂SiO₃

2Na₃Fe(OH)₆＝2Fe(OH)₃↓+6NaOH

Na[Al(OH)₄]＝Al(OH)₃↓+NaOH

H₂SiO₃＝SiO₂↓+H₂O

下面将结合本发明实施例中的附图和表格对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是作为理解本发明的发明构思一部分实施例，而不能代表全部的实施例，也不作唯一实施例的解释。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在理解本发明的发明构思前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围内。

实施例

实施例1

参照图1，一种环保型石英砂提纯工艺，包括以下步骤：

碱浸：将干重为1000kg的石英砂矿物和1000kg质量百分比浓度为20％的氢氧化钠溶液搅拌混合于一起，并升温至90℃，在90℃的状态下搅拌反应3h后得到固液混合物，其中石英砂矿物中粒级小于0.074mm的颗粒的产率为8.87％。

过滤：利用过滤设备对固液混合物进行离心过滤，得到滤渣和滤液Ⅰ。

淋洗：用水对滤渣进行淋洗，淋洗至淋洗水pH值为7，得到成品石英砂和淋洗水Ⅰ。

分级：将淋洗后的成品石英砂筛分为粒级＜0.074mm和粒级≥0.074mm两种规格，其中根据实际工业需求，粒级≥0.074mm的石英砂进一步筛分为0.074-1.0mm和＞1.0mm两种粒级，＞1.0mm粒级的石英砂为石英砂产品Ⅰ，0.074-1.0mm粒级的石英砂为石英砂产品Ⅱ。

浮选：将粒级＜0.074mm的成品石英砂加入浮选溶液中形成浮选矿浆，进行浮选处理，得到粒级＜0.074mm的石英砂产品Ⅲ，其中粒级＜0.074mm的成品石英砂在浮选矿浆中的质量占比为30％，浮选溶液为水和油酸钠的混合物，油酸钠的添加量具体为每1t石英砂产品Ⅲ添加200g油酸钠。

酸化：将滤液Ⅰ和淋洗水Ⅰ搅拌混合并在搅拌状态下快速加入盐酸至混合液的pH＜1，盐酸的添加流量为100L/min，盐酸的质量浓度为18％。

沉淀分离：在搅拌状态下向酸化处理后的混合液中缓慢加入质量百分比浓度为20％的氢氧化钠溶液至混合液的pH值为3，然后对混合液进行过滤实现固液分离，得到氢氧化铁沉淀和滤液Ⅱ，用水淋洗氢氧化铁沉淀，淋洗至淋洗水的pH值为6，得到氢氧化铁产品和淋洗水Ⅱ；

将滤液Ⅱ和淋洗水Ⅱ搅拌混合并在搅拌状态下向混合液中缓慢加入质量百分比浓度为20％的氢氧化钠溶液至混合液的pH值为4.5，然后对混合液进行过滤实现固液分离，得到氢氧化铝沉淀和滤液Ⅲ，用水淋洗氢氧化铝沉淀，淋洗至淋洗水的pH值为6，得到氢氧化铝产品和淋洗水Ⅲ；

将滤液Ⅲ和淋洗水Ⅲ搅拌混合并在搅拌状态下向混合液中缓慢加入质量百分比浓度为20％的氢氧化钠溶液至混合液的pH值为8，然后对混合液进行过滤实现固液分离，得到二氧化硅沉淀和滤液Ⅳ，用水淋洗二氧化硅沉淀，淋洗至淋洗水的pH值为6，得到二氧化硅产品和淋洗水Ⅳ，将滤液Ⅳ和淋洗水Ⅳ混合得到残液。

蒸发结晶：将残液在100℃下加热蒸发，将残液中的水分蒸干后得到氯化钠结晶，蒸发结晶过程中不需要进行搅拌。

实施例2

一种环保型石英砂提纯工艺，包括以下步骤：

碱浸：将干重为1000kg的石英砂矿物和1500kg质量百分比浓度为30％的氢氧化钠溶液搅拌混合于一起，并升温至100℃，在100℃的状态下搅拌反应3h后得到固液混合物，其中石英砂矿物中粒级小于0.074mm的颗粒的产率为9.89％。

过滤：利用过滤设备对固液混合物进行离心过滤，得到滤渣。

淋洗：用水对滤渣进行淋洗，淋洗至淋洗水pH值为8，得到成品石英砂。

分级：将淋洗后的成品石英砂筛分为粒级＜0.074mm和粒级≥0.074mm两种规格，其中根据实际应用需求，粒级≥0.074mm的石英砂进一步筛分为0.074-1.0mm和＞1.0mm两种粒级，＞1.0mm粒级的石英砂为石英砂产品Ⅰ，0.074-1.0mm粒级的石英砂为石英砂产品Ⅱ。

浮选：将粒级＜0.074mm的成品石英砂加入浮选溶液中形成浮选矿浆，进行浮选处理，得到粒级＜0.074mm的石英砂产品Ⅲ，其中粒级＜0.074mm的成品石英砂在浮选矿浆中的质量占比为40％，浮选溶液为水和油酸钠的混合物，油酸钠的添加量具体为每1t石英砂产品Ⅲ添加400g油酸钠。

酸化：将滤液Ⅰ和淋洗水Ⅰ搅拌混合并在搅拌状态下快速加入盐酸至混合液的pH＜1，盐酸的添加流量为150L/min，盐酸的质量浓度为18％。

沉淀分离：在搅拌状态下向酸化处理后的混合液中缓慢加入质量百分比浓度为30％的氢氧化钠溶液至混合液的pH值为3，然后对混合液进行过滤实现固液分离，得到氢氧化铁沉淀和滤液Ⅱ，用水淋洗氢氧化铁沉淀，淋洗至淋洗水的pH值为7，得到氢氧化铁产品和淋洗水Ⅱ；

将滤液Ⅱ和淋洗水Ⅱ搅拌混合并在搅拌状态下向混合液中缓慢加入质量百分比浓度为30％的氢氧化钠溶液至混合液的pH值为4.5，然后对混合液进行过滤实现固液分离，得到氢氧化铝沉淀和滤液Ⅲ，用水淋洗氢氧化铝沉淀，淋洗至淋洗水的pH值为7，得到氢氧化铝产品和淋洗水Ⅲ；

将滤液Ⅲ和淋洗水Ⅲ搅拌混合并在搅拌状态下向混合液中缓慢加入质量百分比浓度为30％的氢氧化钠溶液至混合液的pH值为8，然后对混合液进行过滤实现固液分离，得到二氧化硅沉淀和滤液Ⅳ，用水淋洗二氧化硅沉淀，淋洗至淋洗水的pH值为7，得到二氧化硅产品和淋洗水Ⅳ，将滤液Ⅳ和淋洗水Ⅳ混合得到残液。

上述实施例1和实施例2的提纯工艺中，碱浸工段中的强碱溶液及沉淀分离工段中的碱液均可由氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化锂配置而成，出于工业生产成本的考虑，优选使用成本更低的氢氧化钠进行碱浸工段中强碱溶液及沉淀分离工段中碱液的配置，氢氧化钾和氢氧化锂也可配置为强碱溶液用于本申请石英砂提纯工艺。

碱浸工段中石英砂与强碱溶液的质量比可控制在1:(1～1.5)，强碱溶液的质量百分比浓度为20％～30％。经试验验证，此参数下溶液体系更容易搅拌，有利于石英砂中的杂质与强碱溶液快速反应，当石英砂与强碱溶液的质量比大于1:1时，混合形成的固液混合物过于粘稠，搅拌困难，反应速度降低，当石英砂与强碱溶液的质量比小于1:1.5时，固液混合物中石英砂占比较低，单批处理石英砂的量较少，造成生产效率降低，生产成本增大。

碱浸工段中控制反应温度可控制在90～100℃，经试验验证，碱浸时温度越高强碱溶液与石英砂中的三氧化二铁及铝硅酸盐矿物(如长石、云母等)中的二氧化硅、三氧化二铝的反应速度越快、时间越短，但是当反应温度高于100℃后，矿浆溶液会沸腾，造成矿浆飞溅，飞溅的矿浆容易粘附到反应容器的内壁上，导致石英砂中的三氧化二铁、铝硅酸盐矿物无法与强碱溶液充分接触，造成除铁率、提纯率下降，当反应温度低于90℃时，反应时间延长。

碱浸过程中是持续搅拌，不搅拌时石英砂会沉入反应容器的底部，碱浸时间会大大延长，石英砂中铁含量高时，反应时间再长也会无法达到所要求的除铁率。搅拌速度控制在石英砂不发生沉底即可，搅拌速度太快会造成矿浆飞溅，会使飞溅到容器内壁上的石英砂中的铁无法与强碱溶液接触，无法达到除铁的目的。

碱浸工段中搅拌反应的时间由尾矿中铁含量的高低来决定，铁含量低时碱浸时间就低，铁含量高时碱浸时间就高，当碱浸时间过低，除铁率就会下降，石英砂成品的铁含量会超标，碱浸时间过高时则生产成本加大。

过滤工段中滤液可循环至碱浸工段进行再次利用，循环利用的次数由强碱溶液中铁离子的浓度来决定，当石英砂中含铁量高时，强碱溶液循环使用次数控制在3次左右，当石英砂中含铁量低时，强碱溶液循环使用次数控制在5次左右，具体循环次数根据强碱溶液中铁离子浓度确定。

浮选工段中，浮选矿浆中石英砂的质量占比为30％～40％，经试验验证，浓度超过40％时浮选矿浆过于粘稠，去除铝硅酸盐矿物的效果不佳，会使石英砂成品的质量降低，浓度较低时，单批处理石英砂的量较少，会降低生产效率，增大生产成本。

浮选工段中，油酸钠可起到捕收和起泡的作用，油酸钠与石英颗粒中残留的铝硅酸盐矿物反应生成附着于铝硅酸盐矿物表面的具有疏水性的油酸铝，在搅拌下，浮选机底部会产生大量的小气泡，气泡从底部升到溶液的液面，气泡在上升时，附着有疏水性油酸铝的铝硅酸盐矿物会吸附在气泡上被带到溶液的液面，亲水性的石英则留在溶液里以达到分离的目的，实现与铝硅酸盐类矿物的分离。经试验验证，油酸钠的用量控制在每1t石英砂添加200～400g油酸钠浮选效果更好，当油酸钠的用量低于200g/t时，制得的石英砂成品纯度会急剧下降，当油酸钠的用量高于400g/t时，产生的泡沫多且不容易消泡，会给后续工艺带来麻烦，生产成本加大。

浮选工段中浮选的次数根据实际工况确定，可浮选一次、二次或三次等，只要浮选后的石英砂成品质量达到要求即可。浮选时浮选矿浆的pH值为淋洗分级后的自然pH值(近中性)。

酸化工段中，强酸可采用盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、高氯酸等，但硫酸和磷酸会与溶液中微量的钙离子生成沉淀，不利于后续回收沉淀，且硫酸反应会放出大量的热，溶液容易暴沸，硝酸挥发性很强，危险性大，高氯酸危险性大且价格昂贵，会大大提高生产成本，盐酸不会与溶液中的离子生成沉淀，且挥发性较小，危险性低，成本低，优选使用盐酸，并且通过将盐酸的质量浓度控制在18％以有效减少盐酸的挥发，有利于保护环境，危险性很低。

沉淀分离工段中搅拌转速根据实际工况控制在不使溶液产生飞溅现象即可。

参照图2和图3，实施例1和实施例2中过滤工段采用的过滤设备包括顶部开口的桶体1、安装于桶体1内的离心转鼓2、安装于离心转鼓2内的过滤袋3、以及安装于桶体1底部用于驱动离心转鼓2进行转动的电机4，桶体1和离心转鼓2均为圆筒状，电机4的输出轴转动穿设至桶体1的内部且固定连接于离心转鼓2底部的中心处。

桶体1的顶部可拆卸安装有桶盖11，桶盖11用于在离心过滤时对桶体1顶部的开口进行密封，桶体1的侧部连通有用于排放滤液的排液管12。

离心转鼓2的顶部开口且卡接有内盖21，内盖21用于离心过滤时对过滤袋3内的固液混合物进行密封，过滤袋3的上端向外翻边并包裹住离心转鼓2顶部的边缘处并通过内盖21进行固定。离心转鼓2的侧壁上均匀密布若干通孔22以实现滤液的排放。

参照图4，离心转鼓2的外壁上固定焊接有加强骨架23，加强骨架23包括三个沿离心转鼓2轴向均匀等距套设于离心转鼓2外壁上的加强环231和十二个连接于加强环231之间的加强杆232。相邻两加强环231之间竖直连接有六根加强杆232，六根加强杆232绕离心转鼓2的轴向均匀等距分布于加强环231之间。离心转鼓2上部的六个加强杆232与离心转鼓2下部的六个加强杆232一一对应，从而均匀地提高离心转鼓2的结构强度。

参照图3，桶体1的内壁还安装有六个支撑架13，六个支撑架13绕桶体1的轴向均匀等距分布。每个支撑架13上均转动安装头滚轮14，滚轮14的轴线沿竖直方向设置，滚轮14与离心转鼓2最上方加强环231的外壁转动配合。当离心转鼓2转动时，支撑架13和滚轮14能够对离心转鼓2起到支撑作用，避免离心转鼓2在高速转动过程中发生晃动，确保离心转鼓2的工作稳定，并且由于滚轮14与离心转鼓2最上部的加强环231转动配合，因此能够很好地平衡离心转鼓2的受力，使离心转鼓2上下受力均匀，进一步提高了离心转鼓2的结构稳定性，也有利于提高离心过滤的效果。

由于上述石英砂碱浸法提纯工艺中质量百分比浓度为20％～30％的强碱溶液有一定粘稠度，在常规过滤设备的正常转速下碱液难以快速顺畅地穿过过滤袋3，过滤速度慢且过滤效果不佳，过滤完后的滤渣中强碱溶液含量高，后续处理需要增加淋冼次数才能使滤渣中的强碱溶液淋冼完全，不仅降低了生产效率，而且大大增加了生产成本。

因此为了使强碱溶液过滤干净且提高过滤速度，需要利用更高的转速产生更大的离心力进行过滤，而传统过滤设备中的离心转鼓2难以承受这种力，本申请通过在离心转鼓2的外壁安装加强骨架23，大大提高了离心转鼓2的结构强度，能够支持过滤设备以更快的旋转速度运行，产生比常规过滤设备更强大的离心力，滤渣脱水效果比常规过滤设备好，使强碱溶液过滤更完全，减少了后续淋洗工段的用水量，节省成本的同时大大提高了生产效率。

对实施例1和实施例2中石英砂矿物、石英砂产品Ⅰ、石英砂产品Ⅱ以及石英砂产品Ⅲ中的多元素含量进行检测，具体数据见表1-3。

表1：石英砂矿物和石英砂产品中多元素含量占比及石英砂产品中各粒级产率

表2：各粒级石英砂矿物和石英砂产品中多元素含量占比

表2中，+1.0mm表示粒级大于1.0mm的石英砂，-0.074mm表示粒级小于0.074mm的石英砂，石英砂产品全粒级的占比数据即为石英砂提纯的产率。

表3：石英砂产品的产率及石英砂产品中多元素含量占比

通过表1和表2的数据可以看出，实施例1和实施例2中的石英砂矿物经过本申请中的提纯方法提纯后，石英砂矿物中二氧化硅的纯度均得到提升，而三氧化二铁、三氧化二铝、氧化钾、氧化钙、氧化镁这些杂质的含量均有降低，证明本申请碱浸法提纯石英砂的工艺具有很好的提纯效果。

其中＜0.074mm粒级的石英砂产品需要经过浮选处理，浮选前二氧化硅、三氧化二铁、三氧化二铝、氧化钾、氧化钙、氧化镁的含量与石英砂矿物基本持平，浮选后，二氧化硅的纯度得到提升，三氧化二铁、三氧化二铝、氧化钾、氧化钙、氧化镁的含量降低。

通过表3的数据可以看出，实施例1中的石英石矿物经过本申请碱浸法提纯后产率可达95.64％，二氧化硅的含量提高了1.09％，三氧化二铁的含量降低了0.09％，三氧化二铝的含量降低了0.68％，实施例2中的石英石矿物经过本申请碱浸法提纯后产率可达93.33％，二氧化硅的含量提高了2.06％，三氧化二铁的含量降低了0.17％，三氧化二铝的含量降低了1.34％。可见本申请环保型石英砂提纯工艺不仅具有优异的提纯效果，还具有优异的提纯产率，石英砂损耗小。

表4：回收物纯度

通过表4的数据可以看出，回收的氢氧化铁、氢氧化铝、二氧化硅及氯化钠的纯度优异，均能够达到工业级标准。

本具体实施方式的实施例均作为方便理解或实施本发明技术方案的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，凡依本发明原理所做的等效变化，均应被涵盖于本发明的请求保护范围内。

Claims

1.一种环保型石英砂提纯工艺，其特征在于，包括以下步骤：

过滤：利用过滤设备对固液混合物进行过滤得到滤渣和滤液Ⅰ；

淋洗：用水对滤渣进行淋洗，淋洗至淋洗水的pH值为7~8，得到成品石英砂和淋洗水Ⅰ；

蒸发结晶：将残液加热蒸发，得到回收结晶；

其中，碱浸步骤中待处理的石英砂矿物中小于0.074mm粒级的石英砂的产率为10%以下。

2.根据权利要求1所述的环保型石英砂提纯工艺，其特征在于，沉淀分离步骤包括以下步骤：

在搅拌状态下向酸化处理后的混合液中加入碱液至混合液的pH值为3，然后对混合液进行固液分离，得到氢氧化铁沉淀和滤液Ⅱ，用水淋洗氢氧化铁沉淀至淋洗水的pH值为6~7，得到氢氧化铁产品和淋洗水Ⅱ；

将滤液Ⅱ和淋洗水Ⅱ搅拌混合并在搅拌状态下向混合液中加入碱液至混合液的pH值为4.5，然后对混合液进行固液分离，得到氢氧化铝沉淀和滤液Ⅲ，用水淋洗氢氧化铝沉淀至淋洗水的pH值为6~7，得到氢氧化铝产品和淋洗水Ⅲ；

将滤液Ⅲ和淋洗水Ⅲ搅拌混合并在搅拌状态下向混合液中加入碱液至混合液的pH值为8，然后对混合液进行固液分离，得到二氧化硅沉淀和滤液Ⅳ，用水淋洗二氧化硅沉淀至淋洗水的pH值为6~7，得到二氧化硅产品和淋洗水Ⅳ，将滤液Ⅳ和淋洗水Ⅳ混合得到残液。

3.根据权利要求1所述的环保型石英砂提纯工艺，其特征在于，酸化步骤中，所述强酸包括盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、高氯酸中的一种。

4.根据权利要求3所述的环保型石英砂提纯工艺，其特征在于，酸化步骤中，所述强酸为盐酸，所述盐酸的质量浓度为18%。

5.根据权利要求4所述的环保型石英砂提纯工艺，其特征在于，酸化步骤中，盐酸的添加流量为100~150L/min。

6.根据权利要求1所述的环保型石英砂提纯工艺，其特征在于，碱浸步骤中，强碱溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或氢氧化锂溶液中的一种，沉淀分离步骤中，碱液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或氢氧化锂溶液中的一种。

7.根据权利要求1所述的环保型石英砂提纯工艺，其特征在于，沉淀分离步骤中，碱液的添加流量控制在10~15L/min。

8.根据权利要求1所述的环保型石英砂提纯工艺，其特征在于，沉淀分离步骤中，碱液的质量百分比浓度为20%~30%。

9.根据权利要求1所述的环保型石英砂提纯工艺，其特征在于，蒸发结晶步骤中，蒸发温度控制在100℃以上。

10.根据权利要求1所述的环保型石英砂提纯工艺，其特征在于，蒸发结晶步骤中不进行搅拌。