CN113751187B - 一种石英精砂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明特别涉及一种石英精砂及其制备方法和应用,属于矿物加工技术领域,方法包括:预设分级粒度;将石英砂按分级粒度进行分类,获得粗石英砂和细石英砂;将粗石英砂进行色选,获得色选精矿和色选尾矿;将色选精矿进行第一磨矿、第一磁选和第一浮选,获得粗粒级石英精砂;将细石英砂和色选尾矿进行混合,获得混合矿;将混合矿进行第二磨矿、第二磁选和第二浮选,获得细粒级石英精砂;采用“破碎+分级+色选+磁选+浮选”的选矿工艺进行石英矿的提纯。通过对石英矿进行分级处理,得到不同粒度的产品满足不同领域的需求。粗粒级石英精砂满足光伏玻璃、军工技术、耐火材料等领域;细粒级石英精砂应用于硅微粉制造、化学化工、冶金和食品等领域。
Description
技术领域
本发明属于矿物加工技术领域,特别涉及一种石英精砂及其制备方法和应用。
背景技术
随着工业的发展,石英已经越来越广泛的应用到工业生产中。石英具有耐高温、耐腐蚀、低热膨胀性、高度绝缘性和透光性等优异的物理化学性质,广泛应用于光伏、电子信息、光通讯和电光源等高新技术产业,在战略性新兴产业中具有重要地位和作用。
目前,工业中对石英的质量要求不断提高,特别是对于其白度、纯度、铁含量及其他杂质含量的要求越来越高。天然水晶资源的逐渐枯竭促进了以石英岩、硅石、脉石英为原料的高纯石英制备技术的快速发展,目前可开发利用的石英矿大多纯度不高且含有大量杂质,有色杂质如Al、Fe2O3、Mn、Cu的存在会极大的降低石英矿的白度和纯度,从而降低其商业利用价值。高纯石英已成为高科技领域不可替代的关键原材料。
国内外对石英提纯工艺主要分为两种,一种采用化学浸出法,存在环保风险大,工艺流程杂的缺点;第二种为浮选法,浮选方法主要为反浮选脱除石英中的黄铁矿和反浮选脱除矿石中铁矿物,石英矿中铁矿物含量低,嵌布类型差异较大,因此反浮选适应性较差,浮选效果不佳。
相关专利如下:中国发明专利申请CN111268684A一种高纯度熔融石英筛选提纯工艺,石英矿提纯工艺包括如下步骤:1)破碎;2)水洗;3)磁选;4)焙烧;5)超声波处理;6)酸浸。该技术采用焙烧及酸浸工艺,能耗高,污染大,后续环保处理成本高;中国发明专利申请CN111153409A一种利用微波加热和超声辅助酸浸除铁提纯石英砂的方法,其利用微波加热使石英中的含杂质相在400-1000℃的温度下被加热,促使含铁(Fe)杂质相本身以及相邻的石英基体发生相变,开裂,然后采用超声辅助酸浸的方法除铁。该工艺中微波加热能耗高,酸浸工艺污染大,后续环保处理成本高;中国发明专利申请CN108928824A一种高纯石英砂制备工艺,该技术需运用大量盐酸和氢氟酸,而氢氟酸属于危险化学品,生产过程中易发生危险或产生有毒有害副产物。中国发明专利申请CN109081352A一种超纯石英砂及其提纯工艺,该工艺流程在全流程中需要40-1000℃的高温加热,以及使用大量酸液,能耗大,成本高。中国发明专利申请CN109046746A一种低品位石英砂提纯工艺,该发明采用反浮选对粗细粒级分别进行处理,采用的捕收剂为硫化矿常规捕收剂,对矿石中氧化矿物捕收效果较差,同时专利及实施例中未体现杂质矿物含量。中国发明专利申请CN109127110A黄铁矿型石英砂浮选提纯工艺,该工艺所用药剂针对黄铁矿进行浮选脱除,对其他类型石英矿分选效果不佳,且药剂用量较大。中国发明专利申请CN107662922A一种石英砂的提纯方法经破碎分级,擦洗,水洗脱泥,浮选,酸洗浸出,干燥,得到纯度在99.9%以上的高纯石英砂。该工艺流程复杂,酸洗工艺对环境影响大。中国发明专利申请CN107128936A一种石英砂的提纯工艺该工艺流程复杂,过程中使用的清洗液、酸液成分复杂,药剂用量大且污染环境。
发明内容
本申请的目的在于提供一种石英精砂及其制备方法和应用,以解决现有石英矿提纯工艺中存在的能耗高,污染大,工艺流程复杂,生产成本高,设备不易维护等问题。
本发明实施例提供了一种石英精砂的制备方法,所述方法包括:
预设分级粒度;
将石英砂按分级粒度进行分类,获得粗石英砂和细石英砂;
将所述粗石英砂进行色选,获得色选精矿和色选尾矿;
将所述色选精矿进行第一磨矿、第一磁选和第一浮选,获得粗粒级石英精砂;
将所述细石英砂和所述色选尾矿进行混合,获得混合矿;
将所述混合矿进行第二磨矿、第二磁选和第二浮选,获得细粒级石英精砂。
可选的,所述第一浮选采用正浮选工艺;
所述第一浮选的矿浆pH值为5.0-11.0;
所述第一浮选的捕收剂包括N-十六烷基-1,3丙二胺、十二胺、十六烷氧基聚乙烯醇、N-烷基丙二胺和牛脂丙烯二胺中的至少一种,所述第一浮选的捕收剂的用量为20g/t矿浆-600g/t矿浆;
所述第一浮选的抑制剂包括改性磷酸酯淀粉、改性玉米淀粉、萘酚偶氮对苯磺酸钠和水解聚马来酸酐中的至少一种,所述第一浮选的抑制剂用量为100g/t矿浆-3000g/t矿浆。
可选的,所述第二浮选采用正浮选工艺;
所述第二浮选的矿浆pH值为5.0-11.0;
所述第二浮选的捕收剂包括N-十六烷基-1,3丙二胺、十二胺、十六烷氧基聚乙烯醇、N-烷基丙二胺和牛脂丙烯二胺中的至少一种,所述第二浮选的捕收剂的用量为20g/t矿浆-600g/t矿浆;
所述第二浮选的抑制剂包括改性磷酸酯淀粉、改性玉米淀粉、萘酚偶氮对苯磺酸钠和水解聚马来酸酐中的至少一种,所述第二浮选的抑制剂用量为100g/t矿浆-3000g/t矿浆。
可选的,所述分级粒度为0.13mm-0.17mm。
可选的,所述第一磨矿的目标为所述色选精矿粒度<1mm的重量含量为100%。
可选的,所述第一磁选的磁场强度为0.1t-2.3T。
可选的,所述第二磨矿的目标为所述混合矿粒度<0.106mm的重量含量为20%-95%。
可选的,所述第二磁选的磁场强度为0.1t-2.3T。
基于同一发明构思,本发明实施例还提供了一种石英精砂,所述石英精砂包括粗粒级石英精砂和细粒级石英精砂,所述粗粒级石英精砂和细粒级石英精砂采用如上所述的石英精砂的制备方法制得。
基于同一发明构思,本发明实施例还提供了一种石英精砂的应用,所述石英精砂包括粗粒级石英精砂和细粒级石英精砂,所述粗粒级石英精砂和细粒级石英精砂采用如上所述的石英精砂的制备方法制得;所述应用包括将所述粗粒级石英精砂用于光伏玻璃、军工技术或耐火材料领域;所述应用包括将所述细粒级石英精砂用于硅微粉制造、化学化工、冶金或食品领域。
本发明实施例中的一个或多个技术方案,至少具有如下技术效果或优点:
本发明实施例提供的石英精砂的制备方法,所述方法包括:预设分级粒度;将石英砂按分级粒度进行分类,获得粗石英砂和细石英砂;将所述粗石英砂进行色选,获得色选精矿和色选尾矿;将所述色选精矿进行第一磨矿、第一磁选和第一浮选,获得粗粒级石英精砂;将所述细石英砂和所述色选尾矿进行混合,获得混合矿;将所述混合矿进行第二磨矿、第二磁选和第二浮选,获得细粒级石英精砂;采用“破碎+分级+色选+磁选+浮选”的选矿工艺进行石英矿的提纯。通过对石英矿进行分级处理,得到不同粒度的产品以满足不同领域的需求。粗粒级石英精砂能满足光伏玻璃、军工技术、耐火材料等领域;细粒级石英精砂能应用于硅微粉制造、化学化工、冶金和食品等领域。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的方法的流程图;
图2是本发明实施例提供的选矿工艺图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例,具体阐述本发明,本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解,这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明,而非限制本发明。
在整个说明书中,除非另有特别说明,本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此,除非另有定义,本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾,本说明书优先。
除非另有特别说明,本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等,均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题,总体思路如下:
根据本发明一种典型的实施方式,提供了一种石英精砂的制备方法,所述方法包括:
S1.预设分级粒度;
作为一种可选的实施方式,分级粒度为0.13mm-0.17mm。优选0.15mm。
S2.将石英砂按分级粒度进行分类,获得粗石英砂和细石英砂;
具体而言,将石英矿进行破碎,一般而言,破碎后的矿料粒度为1mm-3mm,再进行分级,分级具体包括将大于分离粒度的矿料归为粗石英砂,将小于分离粒度的矿料归为细石英砂。
S3.将所述粗石英砂进行色选,获得色选精矿和色选尾矿;
S4.将所述色选精矿进行第一磨矿、第一磁选和第一浮选,获得粗粒级石英精砂;
作为一种可选的实施方式,色选精矿进行磨矿,磨矿粒度<1mm含量为100%。磨矿采用设备为球磨机、棒磨机、陶瓷内衬式球磨机。
控制磨矿粒度<1mm含量为100%的原因是为了更好的实现矿物的单体解离,尽可能将矿石细磨,而石英精砂通用粒度为小于1mm含量99.8%,同时兼顾石英精砂使用粒度和单体解离度的要求,将矿石磨矿至粒度<1mm含量为100%。
作为一种可选的实施方式,磨矿产品经磁选工艺处理,得到非磁性的粗粒级磁选精矿和含磁性的粗粒级磁选尾矿,磁选机为湿式永磁磁选机和高梯度磁选机中的一种或两种设备组合,磁场强度为0.1-2.3T。
作为一种可选的实施方式,粗粒级磁选精矿经浮选工艺处理,采用正浮选工艺,得到浮选泡沫为粗粒石英精砂和浮选底流为粗粒级浮选尾矿。浮选矿浆PH为5-11,PH调整剂为氢氧化钠、碳酸钠、硫酸和磷酸中的一种或组合使用;矿浆浓度为30%-65%;捕收剂为N-十六烷基-1,3丙二胺、十二胺、十六烷氧基聚乙烯醇、N-烷基丙二胺、牛脂丙烯二胺中的一种或几种组合使用,用量为20-600g/t;抑制剂为改性磷酸酯淀粉、改性玉米淀粉、萘酚偶氮对苯磺酸钠和水解聚马来酸酐中的一种或几种组合使用,用量为100-3000g/t。
S5.将所述细石英砂和所述色选尾矿进行混合,获得混合矿;
S6.将所述混合矿进行第二磨矿、第二磁选和第二浮选,获得细粒级石英精砂。
作为一种可选的实施方式,混合矿进行磨矿,磨矿细度(-0.106mm粒级)为20%-95%,磨矿设备为球磨机、棒磨机、陶瓷内衬式球磨机。
控制磨矿细度(-0.106mm粒级)为20%-95%的原因是为了实现石英矿物的单体解离,同时满足后续产品的使用要求,该含量取值过小的不利影响是产品粒度过细,后续产品应用面窄,不适合规模化生产,过大的不利影响是产品粒度过大,不利于实现矿物的单体解离,选矿过程中难以实现石英与杂质矿物的分离。
作为一种可选的实施方式,混合矿经磁选工艺处理,非磁性矿物为细粒级磁选精矿。磁选机为湿式高梯度磁选机和永磁磁选机中的一种或两种设备组合,磁场强度为0.1-2.3T。
作为一种可选的实施方式,细粒级磁选精矿经浮选工艺进行处理,浮选泡沫为细粒级石英精砂,浮选底流为浮选尾矿。浮选矿浆PH为5-11,PH调整剂为氢氧化钠、碳酸钠、硫酸和磷酸中的一种或组合使用;矿浆浓度为20%-40%;捕收剂为N-十六烷基-1,3丙二胺、十二胺、十六烷氧基聚乙烯醇、N-烷基丙二胺、牛脂丙烯二胺中的一种或几种组合使用,用量为20-600g/t;抑制剂为改性磷酸酯淀粉、改性玉米淀粉、萘酚偶氮对苯磺酸钠和水解聚马来酸酐中的一种或几种组合使用,用量为100-3000g/t。
根据本发明另一种典型的实施方式,提供了一种石英精砂,所述石英精砂包括粗粒级石英精砂和细粒级石英精砂,所述粗粒级石英精砂和细粒级石英精砂采用如上提供的石英精砂的制备方法制得。
根据本发明另一种典型的实施方式,提供了一种石英精砂的应用,所述石英精砂包括粗粒级石英精砂和细粒级石英精砂,所述粗粒级石英精砂和细粒级石英精砂采用如上提供的石英精砂的制备方法制得;所述应用包括将所述粗粒级石英精砂用于光伏玻璃、军工技术或耐火材料领域;所述应用包括将所述细粒级石英精砂用于硅微粉制造、化学化工、冶金或食品领域。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的石英精砂及其制备方法和应用进行详细说明。
实施例1
一种石英矿,其中,SiO2含量为97.71%,Al2O3含量为0.16%,Cu含量为20ppm,Mn含量为12ppm,Fe含量为1.49%,根据图2所示的流程进行提质除杂试验。
具体步骤为:先将原矿破碎-分级,+0.15mm进行色选得到色选精矿和色选尾矿;色选精矿经磨矿-磁选-浮选得到粗粒级石英精砂。其中,磨矿采用瓷衬式球磨机,磨矿粒度-1mm含量为100%,磁选为永磁机和高梯度磁选机联合使用,磁场强度分别为0.2T和1.0T,浮选采用一粗-三精-一扫的流程,矿浆PH为9,浮选浓度50%,捕收剂为N-十六烷基-1,3丙二胺:十二胺=1:2,用量为150g/t;抑制剂为改性玉米淀粉,用量为800g/t。色选尾矿与分级-0.15mm产物混合均匀,经磨矿-磁选-浮选,得到细粒级石英精砂。其中,磨矿细度-0.106mm含量为85%,磨矿采用瓷衬式球磨机,磁选采用高梯度磁选机,磁场强度为1.5T,浮选采用一粗-四精-一扫的流程,矿浆PH为9,浮选浓度30%,捕收剂为N-十六烷基-1,3丙二胺:十二胺=1:2,用量为200g/t。抑制剂为水解聚马来酸酐,用量为300g/t。
实施例1
一种石英矿,其中,SiO2含量为98.85%,Al2O3含量为0.32%,Cu含量为32ppm,Mn含量为41ppm,Fe含量为0.88%,根据图2所示的流程进行提质除杂试验。
具体步骤为:先将原矿破碎-分级,+0.15mm进行色选得到色选精矿和色选尾矿;色选精矿经磨矿-磁选-浮选得到粗粒级石英精砂。其中,磨矿采用棒磨机,磨矿粒度-1mm含量为100%,磁选为永磁机和高梯度磁选机联合使用,磁场强度分别为0.3T和1.7T,浮选采用一粗-三精-一扫的流程,矿浆PH为10,浮选浓度为60%,捕收剂牛脂丙烯二胺,用量为200g/t,抑制剂为改性磷酸酯淀粉,用量为1000g/t;色选尾矿与分级-0.15mm产物混合均匀,经磨矿-磁选-浮选,得到细粒级石英精砂。其中,磨矿采用棒磨机,磨矿细度-0.106mm含量为80%,磁选采用高梯度磁选机,磁场强度为2.0T,浮选采用一粗-四精-一扫的流程,矿浆PH为10,捕收剂为十二胺=1:2,用量为300g/t。抑制剂为改性磷酸酯淀粉,用量为500g/t。
对比例1
将SiO2含量为97.71%,Al2O3含量为0.16%,Cu含量为20ppm,Mn含量为12ppm,Fe含量为1.49%的石英矿,采用CN109046746A工艺流程及药剂进行石英砂提纯。
对比例2
将SiO2含量为97.71%,Al2O3含量为0.16%,Cu含量为20ppm,Mn含量为12ppm,Fe含量为1.49%的石英矿,采用CN107128936A工艺流程及药剂进行石英砂提纯。
对比例3
将SiO2含量为98.85%,Al2O3含量为0.32%,Cu含量为32ppm,Mn含量为41ppm,Fe含量为0.88%的石英砂,根据图2所示的流程进行提质除杂试验。
具体步骤为:先将原矿破碎-分级,+0.15mm进行色选得到色选精矿和色选尾矿;色选精矿经磨矿-磁选-浮选得到粗粒级石英精砂。其中,磨矿采用瓷衬式球磨机,磨矿粒度-1mm含量为100%,磁选为永磁机和高梯度磁选机联合使用,磁场强度分别为0.2T和1.0T,浮选采用一粗-三精-一扫的流程,矿浆PH为9,浮选浓度50%,十二烷基三甲基氯化铵,用量为300g/t;抑制剂为六偏磷酸钠,用量为60g/t。色选尾矿与分级-0.15mm产物混合均匀,经磨矿-磁选-浮选,得到细粒级石英精砂。其中,磨矿细度-0.106mm含量为85%,磨矿采用瓷衬式球磨机,磁选采用高梯度磁选机,磁场强度为1.5T,浮选采用一粗-四精-一扫的流程,矿浆PH为9,浮选浓度30%,捕收剂为十二烷基三甲基氯化铵,用量为200g/t。抑制剂为水玻璃,用量为3500g/t。
实验例
实施例1-2和对比例1-3制得的粗粒级石英精矿和细粒级石英精矿进行检测,结果如下表所示。
由上表可得,采用本方法对石英矿进行分级处理,得到不同粒度的产品以满足不同领域的需求。粗粒级石英精砂能满足光伏玻璃、军工技术、耐火材料等领域;细粒级石英精砂能应用于硅微粉制造、化学化工、冶金和食品等领域。
通过对比例1、对比例2和实施例1数据的比较可得,采用专利CN109046746A和CN107128936A中的参数进行石英矿提纯,都不能达到实施例1的效果,其中专利CN109046746A中的捕收剂主要是针对硫化矿,即对矿石中含硫铁矿等硫化矿有一定效果,因此该专利技术不适合处理实施例1中矿样;专利CN107128936A中酸浸采用草酸、甲酸、柠檬酸都属于弱酸,对实施例1中石英矿中铁矿物有一定的脱除效果,但对铝矿物、铜矿物及锰矿物脱除效果不明显。。
通过对比例3和实施例2数据的比较可得,当浮选捕收剂种类和抑制剂种类及用量不在本实施例提供的范围内时,会出现精矿中二氧化硅含量降低、氧化铝含量升高、铁含量升高、铜含量升高、锰含量升高的情况,导致石英精矿不能满足市场对光伏玻璃即高端石英行业的需求。
本发明实施例中的一个或多个技术方案,至少还具有如下技术效果或优点:
(1)本发明实施例提供的方法采用“破碎+分级+色选+磁选+浮选”的选矿工艺进行石英矿的提纯,解决了现有石英矿提纯工艺中存在的能耗高,污染大,工艺流程复杂,生产成本高,设备不易维护等问题;
(2)本发明实施例提供的方法采用新型捕收剂,针对不同粒级石英矿均具有良好的捕收性能;
(3)本发明实施例提供的方法对石英矿进行分级处理,得到不同粒度的产品以满足不同领域的需求。粗粒级石英精砂能满足光伏玻璃、军工技术、耐火材料等领域;细粒级石英精砂能应用于硅微粉制造、化学化工、冶金和食品等领域;
(4)本发明实施例提供的方法对环境污染小、相关药剂消耗低、原矿处理量大、工艺设备简单稳定,应用价值高。
最后,还需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (3)
1.一种石英精砂的制备方法,其特征在于,所述方法包括:
预设分级粒度为0.13mm-0.17mm;
将破碎后的矿料粒度为1mm-3mm的石英砂按分级粒度进行分类,获得粗石英砂和细石英砂;
将所述粗石英砂进行色选,获得色选精矿和色选尾矿;
将所述色选精矿进行第一磨矿、第一磁选和第一浮选,获得粗粒级石英精砂;
将所述细石英砂和所述色选尾矿进行混合,获得混合矿;
将所述混合矿进行第二磨矿、第二磁选和第二浮选,获得细粒级石英精砂;
所述第一浮选和第二浮选采用正浮选工艺;
所述第一浮选和第二浮选的矿浆pH值为5.0-11.0;
所述第一浮选和第二浮选的捕收剂包括N-十六烷基-1,3丙二胺、十二胺、十六烷氧基聚乙烯醇、N-烷基丙二胺和牛脂丙烯二胺中的至少一种,所述第一浮选和第二浮选的捕收剂的用量为20g/t矿浆-600g/t矿浆;
所述第一浮选和第二浮选的抑制剂包括改性磷酸酯淀粉、改性玉米淀粉、萘酚偶氮对苯磺酸钠和水解聚马来酸酐中的至少一种,所述第一浮选和第二浮选的抑制剂用量为100g/t矿浆-3000g/t矿浆;
所述第一磨矿的目标为所述色选精矿粒度<1mm的重量含量为100%,所述第二磨矿的目标为所述混合矿粒度<0.106mm的重量含量为20%-95%;
所述第一磁选的磁场强度为0.1t-2.3T;
所述第二磁选的磁场强度为0.1t-2.3T。
2.一种石英精砂,其特征在于,所述石英精砂包括粗粒级石英精砂和细粒级石英精砂,所述粗粒级石英精砂和细粒级石英精砂采用如权利要求1所述的石英精砂的制备方法制得。
3.一种石英精砂的应用,其特征在于,所述石英精砂包括粗粒级石英精砂和细粒级石英精砂,所述粗粒级石英精砂和细粒级石英精砂采用如权利要求1所述的石英精砂的制备方法制得;所述应用包括将所述粗粒级石英精砂用于光伏玻璃、军工技术或耐火材料领域;所述应用包括将所述细粒级石英精砂用于硅微粉制造、化学化工、冶金或食品领域。
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