RU2483024C2 - Method for beneficiation of natural quartz material - Google Patents
Method for beneficiation of natural quartz material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2483024C2 RU2483024C2 RU2011125742/05A RU2011125742A RU2483024C2 RU 2483024 C2 RU2483024 C2 RU 2483024C2 RU 2011125742/05 A RU2011125742/05 A RU 2011125742/05A RU 2011125742 A RU2011125742 A RU 2011125742A RU 2483024 C2 RU2483024 C2 RU 2483024C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- quartz
- carried out
- minutes
- stage
- impurities
- Prior art date
Links
Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
- Detergent Compositions (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам обогащения природного кварцевого сырья и может быть использовано для наплава прозрачного кварцевого стекла, применяемого в оптике, светотехнике, химической промышленности и др.The invention relates to methods for enrichment of natural quartz raw materials and can be used for surfacing transparent quartz glass used in optics, lighting, chemical industry, etc.
Из анализа уровня техники известны различные способы повышения качества природного кварца.From the analysis of the prior art, various methods are known for improving the quality of natural quartz.
Известен способ обогащения жильного кварца с целью получения кварцевого концентрата повышенной чистоты. Жильный кварц дробят, трибоэлектризуют при нагреве до 30-50ºС и последовательно очищают в поле электростатического и магнитного сепараторов. Толщина потока материала при сепарации не должна превышать 30 средних размеров частиц. Реализация данного технического решения способствует удалению минеральных примесей, представленных темноцветными магнитными и слабомагнитными минералами (магнетит, турмалин, темноцветные слюды и др.) и частично силикатов (патент РФ №2042430, кл. В03С 7/00, 1995).A known method of enrichment of vein quartz in order to obtain high purity quartz concentrate. The vein quartz is crushed, triboelectrified when heated to 30-50 ° C and subsequently cleaned in the field of electrostatic and magnetic separators. The thickness of the material flow during separation should not exceed 30 average particle sizes. The implementation of this technical solution helps to remove mineral impurities represented by dark-colored magnetic and weakly magnetic minerals (magnetite, tourmaline, dark-colored mica, etc.) and partially silicates (RF patent No. 2042430, class B03C 7/00, 1995).
Недостатком предложенного способа является то, что он не эффективен для извлечения сростков полевого шпата и мусковита, минеральных образований микронных размеров, пленочных и газово-жидких включений, а также структурных примесей. Способ не обеспечивает получение кварца с чистотой менее 100 ppm.The disadvantage of the proposed method is that it is not effective for extracting splices of feldspar and muscovite, micron-sized mineral formations, film and gas-liquid inclusions, as well as structural impurities. The method does not provide obtaining quartz with a purity of less than 100 ppm.
Известен способ очистки кварца, заключающийся в том, что кварц фракционируют при соотношении зерен Dmax/Dmin=2,8…6,0, проводят термообработку при температуре 1650…1700ºС в течение 0,5-1,0 часа с последующим охлаждением и измельчением полученного в виде α-кристобалита материала до заданной крупности. Затем осуществляют дополнительную его термообработку до температуры фазового перехода в β-кристобалит, после чего производят химическую обработку этого материала, промывку и сушку. Для кварца с суммарным содержанием элементов-примесей более 51 ppm цикл дополнительной термообработки с последующей химической обработкой, промывкой и сушкой повторяют до получения величины суммарного содержания примесей в обогащаемом материале, равной величине этого показателя в предыдущем цикле. Для химической обработки используют смеси неорганических кислот, состав и соотношение которых определяют в зависимости от состава примесей в исходном кварцевом сырье (патент РФ №2220117, кл. С03С 1/02, 2003).A known method of purification of quartz, which consists in the fact that the quartz is fractionated at a grain ratio of Dmax / Dmin = 2.8 ... 6.0, heat treatment is carried out at a temperature of 1650 ... 1700 ° C for 0.5-1.0 hours, followed by cooling and grinding obtained in the form of α-cristobalite material to a given size. Then, its additional heat treatment is carried out to the temperature of the phase transition to β-cristobalite, after which this material is chemically treated, washed and dried. For quartz with a total content of impurity elements of more than 51 ppm, the cycle of additional heat treatment with subsequent chemical treatment, washing and drying is repeated until the value of the total content of impurities in the enriched material is equal to the value of this indicator in the previous cycle. For chemical treatment, mixtures of inorganic acids are used, the composition and ratio of which is determined depending on the composition of the impurities in the initial quartz raw material (RF patent No. 2220117, class C03C 1/02, 2003).
Недостаток способа заключается в том, что при высокотемпературной термообработке часть примесей может войти в структуру, повышается склонность термообработанного кварца к сорбции, поэтому эта операция весьма специфична и использование ее на начальных стадиях чревато загрязнением кварца дополнительно сорбированными примесями. Кроме того, процесс является энергоемким и длительным по времени, следовательно, технологически и экономически не оптимальным. Необходимость корректировки процесса очистки в зависимости от количества и состава примесей в кварце на каждом этапе усложняет ведение технологического процесса.The disadvantage of this method is that during high-temperature heat treatment, part of the impurities can enter the structure, the tendency of heat-treated quartz to sorption increases, therefore this operation is very specific and its use at the initial stages is fraught with contamination of quartz with additionally sorbed impurities. In addition, the process is energy-intensive and time-consuming, therefore, technologically and economically not optimal. The need to adjust the cleaning process depending on the amount and composition of impurities in quartz at each stage complicates the process.
Известен способ получения кварцевой крупки, включающий подготовку кварцевого сырья, в качестве которого используют отходы и брак производства гидротермальным методом искусственного кристаллического кварца из жильного кварца. Способ предусматривает предварительную сортировку с выбором для дальнейшей очистки кусков без выраженных включений газово-жидких включений (ГЖВ) и др. примесей, отмывку, дробление, осуществляемое в три стадии (последняя - с контрольной классификацией по размеру 40 и 10 мм). Фракция менее 10 мм в обогащении не участвует. Термообработку фракции 10-40 мм осуществляют при 1000-1100ºС с последующим охлаждением водой, трехстадиальным измельчением и пневмоклассификацией, в результате получают фракцию размером 0,28-0,1 мм, которую подвергают магнитной сепарации. Затем крупку обрабатывают в смеси кислот (25-30% НСl и 9-11% HF) в течение 40-45 минут. Далее осуществляют промывку и сушку кварцевой крупки в печи при температуре 300ºС, а затем проводят операцию высокотемпературного хлорирования при температуре 1000-1200ºС в течение 25-30 мин с последующим охлаждением, промывкой и сушкой. Схема позволяет получать крупку с содержанием примесей не более 15 ppm (патент РФ №2337072, кл. С03С 1/02, 2008).A known method for producing quartz grains, including the preparation of quartz raw materials, which is used as waste and scrap production hydrothermal method of artificial crystalline quartz from vein quartz. The method involves preliminary sorting with the choice for further cleaning of pieces without pronounced inclusions of gas-liquid inclusions (GLC) and other impurities, washing, crushing, carried out in three stages (the latter with a control classification of 40 and 10 mm in size). A fraction of less than 10 mm is not involved in enrichment. Heat treatment of the fraction of 10-40 mm is carried out at 1000-1100ºС followed by cooling with water, three-stage grinding and pneumatic classification, as a result, a fraction of 0.28-0.1 mm in size is obtained, which is subjected to magnetic separation. Then the grits are treated in a mixture of acids (25-30% Hcl and 9-11% HF) for 40-45 minutes. Next, washing and drying quartz grains in an oven at a temperature of 300 ° C is carried out, and then a high-temperature chlorination operation is carried out at a temperature of 1000-1200 ° C for 25-30 minutes, followed by cooling, washing and drying. The scheme allows to obtain grains with an impurity content of not more than 15 ppm (RF patent No. 2337072, class C03C 1/02, 2008).
Данный способ, обеспечивающий получение кварцевой крупки с суммарным содержанием примесей не более 15 ppm, основан на использовании не природного кварца, а отходов производства синтетического кварца, полученного из уже очищенного природного жильного кварца. Кроме того, из отходов дополнительно отсортированы куски без выраженных включений ГЖВ и других примесей, а для очистки используется двойная термообработка при температуре выше 1000ºС с хлорированием во второй, и дважды крупку подвергают сушке, что существенно удлиняет процесс и удорожает технологию за счет высокой энергоемкости процесса.This method, which provides quartz grains with a total impurity content of not more than 15 ppm, is based on the use not of natural quartz, but of synthetic quartz production waste obtained from already purified natural vein quartz. In addition, the pieces are additionally sorted out of the waste without any pronounced inclusions of GLC and other impurities, and double heat treatment is used for cleaning at a temperature above 1000 ° C with chlorination in the second, and the grits are dried twice, which significantly lengthens the process and makes the technology more expensive due to the high energy intensity of the process.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ обогащения кварцевого сырья, по которому исходное сырье предварительно дробят и проводят декрипитацию с последующим термодроблением в жидкой среде. Затем осуществляют окончательное механическое дробление с последующим измельчением, магнитную сепарацию и флотацию. Камерный продукт флотации подвергают ультразвуковой обработке, фильтрации, сушке и прокаливают при температуре 550-700ºС с последующей обработкой смесью соляной и плавиковой кислот при температуре не выше 20ºС. Флотацию и ультразвуковую обработку камерного продукта флотации осуществляют в пульпе с рН 3,0-4,0. Приготовление пульпы к флотации осуществляют с использованием минеральной кислоты, например серной, а измельчение исходного кварцевого сырья осуществляют до крупности не более 0,4 мм. Данное изобретение позволяет расширить сырьевую базу для получения чистого диоксида кремния (патент РФ №2353578, кл. С01В 33/12, 2009).The closest in technical essence and the achieved result to the proposed invention is a method for the enrichment of quartz raw materials, according to which the feedstock is first crushed and decrypted, followed by thermal crushing in a liquid medium. Then carry out the final mechanical crushing, followed by grinding, magnetic separation and flotation. The chamber flotation product is subjected to ultrasonic treatment, filtration, drying and calcined at a temperature of 550-700ºС followed by treatment with a mixture of hydrochloric and hydrofluoric acids at a temperature of no higher than 20ºС. Flotation and ultrasonic treatment of the chamber flotation product is carried out in a pulp with a pH of 3.0-4.0. The preparation of pulp for flotation is carried out using a mineral acid, for example sulfuric acid, and grinding of the initial quartz raw material is carried out to a particle size of not more than 0.4 mm. This invention allows to expand the raw material base to obtain pure silicon dioxide (RF patent No. 2353578, CL 01/33/12, 2009).
Недостатком способа является высокая насыщенность технологической схемы очистки различными тремя высокотемпературными переделами. Декрипитация при температуре 850-950ºС в начале процесса вызывает переход кварца в кристаболит, в результате чего часть примесей может войти в структуру кварца и вызвать загрязнение минералов структурными примесями, трудноудалимыми в последующих операциях очистки. Предварительное разупрочнение кварца (декрипитация) снижает расходы на дробление и измельчение, но не позволяет эти операции исключить из процесса. Использование в способе операции флотации, имеющей своей целью извлечение минеральных примесей, является малоэффективной (на уровне 15-20%). Связано это с тем, что размер предназначенных для извлечения примесей минералов, как правило, составляет менее 0,08-0,1 мм (так называемой флотационной крупности). Известно (Ревнивцев, 1970), что рН 3,0-4,0 не является оптимальным для флотации алюмосиликатов, таких как плагиоклазы, микроклин, ортоклаз, слюды. Указанные примеси при таком реагентном режиме не обладают максимальными гидрофобными свойствами и слабо флотируются, а следовательно, остаются в концентрате, снижая эффективность очистки. Оттирка (скрабирование) пульпы при рН 3,0-4,0, создаваемом серной кислотой, и использование в качестве энергетического воздействия ультразвука позволяет снимать только пленочные примеси гидрооксидов железа, карбонатов, адгезированные частицы и сорбированные реагенты, а в указанном способе примеси, в основном пленочные. Кроме того, ультразвуковая активация малоэффективна для удаления нановключений слюд, рутила, полевых шпатов и др. минералов в кварце. Прокалка, проводимая при температуре 500-700ºС, способствует лишь частичной декрипитации газово-жидких включений, т.к. до 900ºС вскрываются преимущественно ГЖВ с размером >0,02 мм, количественно составляющие единицы процентов от всей суммы их в кварце, а большинство ГЖВ размером менее 0,005 мм не вскрываются вплоть до температуры 1400-1550ºС и остаются в кварце, снижая его чистоту. Таким образом, данный способ ориентирован на очистку кварца с невысоким (не более 175×10-4%) содержанием примесей, преимущественно представленных примесными пленками на зернах кварца и неэффективен для обогащения сильно загрязненного природного кварца с высоким содержанием минеральных примесей, ГЖВ и нановключений. Введение нагретого до температуры 700ºС камерного продукта флотации, без его охлаждения, в смесь соляной и плавиковой кислот приводит к сильному разогреву кислотной смеси, вызывая ее возгонку и, как следствие, экологическое загрязнение окружающей среды и химическую коррозию оборудования. К недостаткам данной операции относится и то, что при высокотемпературном травлении в кислотах увеличиваются потери кварца за счет его растворения, что в целом, делает технологический процесс сложным, энергозатратным, экологически вредным и малоэффективным для обогащения природного кварца с высоким содержанием минеральных примесей и газово-жидких включений. Кроме того, процесс длительный по времени.The disadvantage of this method is the high saturation of the technological scheme of cleaning various three high-temperature redistribution. Decription at a temperature of 850-950ºС at the beginning of the process causes the transition of quartz to cristabolite, as a result of which some of the impurities can enter the quartz structure and cause contamination of minerals with structural impurities that are difficult to remove in subsequent cleaning operations. Pre-softening of quartz (decryptation) reduces the cost of crushing and grinding, but does not allow these operations to be excluded from the process. The use of flotation operation in the method, which aims to extract mineral impurities, is ineffective (at the level of 15-20%). This is due to the fact that the size of minerals intended for the extraction of impurities, as a rule, is less than 0.08-0.1 mm (the so-called flotation size). It is known (Revnivtsev, 1970) that a pH of 3.0–4.0 is not optimal for the flotation of aluminosilicates such as plagioclases, microcline, orthoclase, and mica. These impurities in this reagent mode do not have maximum hydrophobic properties and flotate weakly, and therefore remain in the concentrate, reducing the cleaning efficiency. Pulping (scrubbing) at pH 3.0-4.0 created by sulfuric acid, and the use of ultrasound as the energy effect, allows you to remove only film impurities of iron hydroxides, carbonates, adhered particles and sorbed reagents, and in this method, impurities are mainly film. In addition, ultrasonic activation is ineffective for removing nanoinclusions of mica, rutile, feldspars and other minerals in quartz. Calcination carried out at a temperature of 500-700 ° C, promotes only partial decryptation of gas-liquid inclusions, because up to 900 ° C, mainly GCFs with a size of> 0.02 mm are opened, quantitatively amounting to a few percent of their total amount in quartz, and most GCFs with a size of less than 0.005 mm are not opened up to a temperature of 1400-1550 ° C and remain in quartz, reducing its purity. Thus, this method is focused on the purification of quartz with a low (not more than 175 × 10 -4 %) content of impurities, mainly represented by impurity films on quartz grains, and is ineffective for enriching highly contaminated natural quartz with a high content of mineral impurities, GLC and nanoinclusions. The introduction of a chamber flotation product heated to a temperature of 700 ° C, without cooling it, into a mixture of hydrochloric and hydrofluoric acids leads to a strong heating of the acid mixture, causing its sublimation and, as a result, environmental pollution and chemical corrosion of the equipment. The disadvantages of this operation include the fact that high-temperature etching in acids increases the loss of quartz due to its dissolution, which generally makes the process difficult, energy-consuming, environmentally harmful and ineffective for enriching natural quartz with a high content of mineral impurities and gas-liquid inclusions. In addition, the process is time-consuming.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка энергосберегающей высокотехнологичной и экологически безопасной технологии обогащения низкосортного природного кварца с высоким содержанием минеральных примесей и газово-жидких включений, позволяющих расширить сырьевую базу кварцевого сырья пригодного для производства кварцевого и оптического стекла и повысить коэффициент использования недр.The objective of the invention is the development of energy-saving high-tech and environmentally friendly technology for the enrichment of low-grade natural quartz with a high content of mineral impurities and gas-liquid inclusions, allowing to expand the raw material base of quartz raw materials suitable for the production of quartz and optical glass and increase the utilization rate of mineral resources.
Техническим результатом предлагаемого способа является повышение эффективности обогащения и снижение энергоемкости процесса очистки природного кварца, сильно загрязненного минеральными и газово-жидкими примесями, позволяющей получить кварцевую крупку высокой чистоты, а также упрощение, ускорение и удешевление способа обогащения природного кварца.The technical result of the proposed method is to increase the efficiency of enrichment and reduce the energy intensity of the purification process of natural quartz, highly contaminated with mineral and gas-liquid impurities, which allows to obtain high purity quartz grains, as well as the simplification, acceleration and cheapening of the method of enrichment of natural quartz.
Это достигается тем, что в способе обогащения природного кварцевого сырья, включающем дробление, измельчение, магнитную сепарацию, скрабирование, энергетическое воздействие на кварцевую крупку и кислотную обработку, согласно изобретению энергетическое воздействие осуществляют СВЧ-полями в 2 стадии, между которыми проводят двухступенчатую магнитную сепарацию при толщине слоя 3-5 средних размеров частиц кварцевой крупки, при этом энергетическое воздействие осуществляют на первой стадии СВЧ-полями мощностью 240-360 ватт в течение 1-2 минут, на второй стадии мощностью 540-900 ватт в течение 3-5 минут, первую ступень магнитной сепарации осуществляют в электромагнитном поле напряженностью 460-960 кА/м, а на второй ступени - в изодинамическом поле напряженностью 1020-1450 кА/м, затем немагнитную очищенную фракцию подвергают гашению и скрабированию с последующей отмывкой в жидкой среде, а кислотную обработку осуществляют в 20-30% растворе плавиковой кислоты в течение 50-60 минут. После чего конечный продукт в виде кварцевой крупки отмывают и сушат в вакууме.This is achieved by the fact that in the method of enrichment of natural quartz raw materials, including crushing, grinding, magnetic separation, scrubbing, energy exposure to quartz grains and acid treatment, according to the invention, the energy effect is carried out by microwave fields in 2 stages, between which two-stage magnetic separation is carried out at the thickness of the layer is 3-5 average particle sizes of quartz grains, while the energy effect is carried out at the first stage by microwave fields with a power of 240-360 watts for 1-2 minutes, n and in the second stage with a power of 540-900 watts for 3-5 minutes, the first stage of magnetic separation is carried out in an electromagnetic field with a strength of 460-960 kA / m, and in the second stage in an isodynamic field with a voltage of 1020-1450 kA / m, then non-magnetic cleaned the fraction is quenched and scrubbed, followed by washing in a liquid medium, and the acid treatment is carried out in a 20-30% hydrofluoric acid solution for 50-60 minutes. Then the final product in the form of quartz grains is washed and dried in vacuum.
Другим отличием является то, что в способе обогащения в качестве жидкой среды при гашении, скрабировании и промывке используют деионизированную воду.Another difference is that in the enrichment method, deionized water is used as a liquid medium for quenching, scrubbing and washing.
Сущность изобретения заключается в том, что применение в качестве исходного сырья природного кварца с широким диапазоном примесей (17600-11400 ppm) в сочетании с оптимальным режимом обогащения с использованием энергетического воздействия на кварц СВЧ-полями позволяет получать кварцевую крупку глубокой очистки, с содержанием примесей 31-35 ppm, что удовлетворяет требованиям ТУ для плавки прозрачного кварцевого стекла (сорта КГО).The essence of the invention lies in the fact that the use of natural quartz as a feedstock with a wide range of impurities (17600-11400 ppm) in combination with the optimal enrichment mode using energy exposure to quartz using microwave fields allows to obtain deep quartz grains containing impurities 31 -35 ppm, which meets the requirements of TU for the melting of transparent quartz glass (grades KGO).
В природном кварце, кроме минеральных включений, крупных и наноразмерных, присутствуют и газово-жидкие включения (ГЖВ), основная масса которых распределена в межзерновом пространстве, на границах зерен в местах растворения и регенерации, а также по трещинам залечивания в местах катаклаза, пленки и структурные примеси.In natural quartz, in addition to mineral inclusions, large and nanoscale, there are also gas-liquid inclusions (GLC), the bulk of which are distributed in the intergranular space, at the grain boundaries at the sites of dissolution and regeneration, as well as along healing cracks in the places of cataclase, film and structural impurities.
Интенсификация очистки сильно загрязненного природного кварца достигается двукратным проведением энергетического воздействия СВЧ-полями в определенном диапазоне мощности в сочетании с магнитной сепарацией в различных полях, позволяющим повысить эффективность обогащения кварца и получать продукт глубокой очистки.The intensification of the purification of highly contaminated natural quartz is achieved by double-conducting the energy exposure by microwave fields in a certain power range in combination with magnetic separation in various fields, which makes it possible to increase the efficiency of quartz enrichment and to obtain a deep purification product.
Экономичность способа достигается получением кварцевой крупки глубокой степени очистки при использовании низкосортного природного кварцевого сырья за счет упрощения технологической схемы и исключения из процесса обогащения высокотемпературных (энергозатратных) переделов, что значительно ускоряет процесс и снижает его энергоемкость.The cost-effectiveness of the method is achieved by obtaining quartz grains of a deep degree of purification using low-grade natural quartz raw materials due to the simplification of the technological scheme and elimination of high-temperature (energy-consuming) conversions from the enrichment process, which significantly speeds up the process and reduces its energy consumption.
Экологическая безопасность обусловлена тем, что кислотную обработку активированной СВЧ-полями крупки осуществляют только плавиковой кислотой (20-30%), что не приводит к разогреву раствора, возгонке и загрязнению окружающей среды и коррозии оборудования высокотемпературными парами.Environmental safety is due to the fact that the acid treatment of the activated microfibre grains is carried out only with hydrofluoric acid (20-30%), which does not lead to heating of the solution, sublimation and environmental pollution and corrosion of equipment with high temperature vapors.
Изобретение осуществляют следующим образом: Исходный природный кварц с содержанием примесей (17600-12200 ppm) последовательно дробят механическим способом, измельчают в замкнутом цикле с классификацией, получая крупку размером 0,315-0,1 мм. Затем крупку подвергают энергетическому воздействию СВЧ-полями мощностью 240-360 Вт при продолжительности воздействия 1-2 мин, при этом в кварце происходит термически активированная диссипация. Воздействие СВЧ-полями, проводимое непосредственно перед магнитной сепарацией, способствует удалению влаги (воды) из крупки и повышает эффективность сухой магнитной сепарации. Также при этом сокращаются затраты энергии и времени на процесс сушки, так как не требуется прогрев всей массы материала до температуры интенсивного испарения воды (не менее 100ºС). В экспериментах использована СВЧ-установка фирмы SAMCUNG ELECTR. После первой стадии СВЧ-воздействия проводили двухступенчатую сепарацию, вначале магнитное обогащение на прямоточном электромагнитном сепараторе с нижней подачей материала (марки 138Т - СЭМ с кольцевой магнитной системой) при напряженности магнитного поля 460-960 кА/м, а затем последующую очистку немагнитного продукта сепарации продолжают на сепараторе СИМ-1 с изодинамическим полем при напряженности поля 1020-1450 кА/м. Затем осуществляют вторую стадию энергетического воздействия СВЧ-полями на кварц при выходной мощности 540-900 Вт и продолжительности в течение 3-5 мин. Обработку СВЧ-полями и сепарацию осуществляют в тонком слое материала в 3-5 зерен кварцевой крупки, что повышает эффективность разделения при сокращении временных затрат и низкой энергоемкости процесса обогащения. Указанный диапазон мощности обеспечивает максимальное, практически полное вскрытие минеральных примесей и ГЖВ, в том числе и наноразмерных размеров. Проникновение электромагнитной энергии в материал происходит мгновенно, максимум температуры концентрируются в середине зерна, что позволяет резко повысить эффективность процесса очистки кварцевой крупки и сократить его продолжительность. Невысокая температура продукта после СВЧ-обработки позволяет проводить дальнейшее обогащение без охлаждения крупки.The invention is carried out as follows: The original natural quartz with an impurity content (17600-12200 ppm) is successively crushed by a mechanical method, crushed in a closed cycle with classification, to obtain a grain size of 0.315-0.1 mm. Then the grains are subjected to energy exposure by microwave fields with a power of 240-360 W for a duration of exposure of 1-2 minutes, while thermally activated dissipation occurs in quartz. The exposure to microwave fields, carried out immediately before magnetic separation, helps to remove moisture (water) from the grains and increases the efficiency of dry magnetic separation. This also reduces the energy and time spent on the drying process, since it does not require heating the entire mass of material to the temperature of intensive evaporation of water (at least 100 ° C). In the experiments used microwave installation company SAMCUNG ELECTR. After the first stage of microwave exposure, a two-stage separation was carried out, first magnetic enrichment was carried out on a direct-flow electromagnetic separator with a lower material feed (138T - SEM grades with a ring magnetic system) at a magnetic field strength of 460-960 kA / m, and then the subsequent cleaning of the non-magnetic separation product continued on a separator SIM-1 with an isodynamic field with a field strength of 1020-1450 kA / m. Then carry out the second stage of the energy impact of microwave fields on quartz with an output power of 540-900 watts and a duration of 3-5 minutes. Processing with microwave fields and separation is carried out in a thin layer of material of 3-5 grains of quartz grains, which increases the separation efficiency while reducing time costs and low energy consumption of the enrichment process. The indicated power range provides the maximum, almost complete opening of mineral impurities and GW, including nanoscale sizes. The penetration of electromagnetic energy into the material occurs instantly, the maximum temperature is concentrated in the middle of the grain, which can dramatically increase the efficiency of the cleaning process of quartz grains and reduce its duration. The low temperature of the product after microwave processing allows further enrichment without cooling the grains.
Воздействие СВЧ-полями на первой стадии при мощности ниже 240 Вт и выше 360 Вт и длительности обработки менее 1 мин и более 2 минут снижает эффективность последующей магнитной сепарации. При увеличении мощности облучения происходит увеличение содержания влаги, связанное с сорбцией паров воды. На второй стадии СВЧ-обработки при мощности воздействия ниже 540 Вт и выше 900 Вт и длительности процесса менее 3 мин и более 5 мин воздействия происходит снижение качества крупки до значения, близкого к полученному, без воздействия СВЧ-полями.Exposure to microwave fields in the first stage at a power below 240 W and above 360 W and a processing time of less than 1 min and more than 2 minutes reduces the efficiency of subsequent magnetic separation. With an increase in the irradiation power, an increase in the moisture content occurs, associated with the sorption of water vapor. At the second stage of microwave processing, when the exposure power is below 540 W and higher than 900 W and the process duration is less than 3 minutes and more than 5 minutes, the quality of the grits decreases to a value close to that obtained without exposure to microwave fields.
Магнитная сепарация в электромагнитном поле напряженностью 460-960 кА/м способствует удалению сильно и средне магнитных минеральных примесей, а на второй ступени в изодинамическом поле напряженностью 1020-1450 кА/м удаляются включения наноразмерных минералов. Осуществление сепарации в электромагнитном поле при напряженности менее 540 кА/м и более 900 кА/м, а также в изодинамическом поле напряженностью менее 1020 кА/м и более 1450 кА/м существенно снижают качество очистки крупки.Magnetic separation in an electromagnetic field with a strength of 460-960 kA / m contributes to the removal of strong and medium magnetic mineral impurities, and at the second stage in an isodynamic field with a strength of 1020-1450 kA / m, inclusions of nanosized minerals are removed. Separation in an electromagnetic field with an intensity of less than 540 kA / m and more than 900 kA / m, as well as in an isodynamic field with an intensity of less than 1020 kA / m and more than 1450 kA / m, significantly reduces the quality of grain cleaning.
Далее немагнитную очищенную фракцию после второй стадии СВЧ-обработки подвергают гашению и скрабированию в деионизированной воде и отмывают при соотношении Т:Ж=1:10 с последующим обезвоживанием. Затем проводят обработку кварцевой крупки 20-30% плавиковой кислотой. Положительным моментом при кислотной обработке является отсутствие предварительной высокотемпературной прокалки крупки, что позволяет снизить скорость растворения кварца в HF, которая с уменьшением степени кристалличности при нагреве кварца резко возрастает.Next, the non-magnetic purified fraction after the second stage of the microwave treatment is quenched and scrubbed in deionized water and washed at a ratio of T: W = 1: 10, followed by dehydration. Then, quartz grains are treated with 20-30% hydrofluoric acid. A positive point in acid treatment is the absence of preliminary high-temperature calcination of the grains, which allows to reduce the rate of dissolution of quartz in HF, which sharply increases with a decrease in crystallinity upon heating of quartz.
При концентрации кислоты менее 20% резко падает реакционная (выщелачиваемая) способность, что приводит не только к удлинению процесса, но и ухудшению качества крупки. При использовании более концентрированной кислоты (39%), реакционная способность кислоты резко возрастает, что приводит к большим потерям из-за растворения кварца. Время обработки (выщелачивания) составляет 50-60 минут. Как показали эксперименты, увеличение длительности процесса химической обработки свыше 60 минут не приводит к существенному снижению содержания примесей в кварцевой крупке, а уменьшение времени воздействия плавиковой кислотой менее 50 мин снижает эффективность выщелачивания примесей. Гашение, скрабирование и отмывание крупки осуществляют в деионизированной воде при соотношении Т:Ж=1:15. Полученный готовый продукт - кварцевую крупку, сушат в вакууме и затем анализируют на содержание примесей.At an acid concentration of less than 20%, the reactive (leachable) ability drops sharply, which leads not only to a lengthening of the process, but also to a deterioration in the quality of the grits. When using a more concentrated acid (39%), the reactivity of the acid increases sharply, which leads to large losses due to the dissolution of quartz. Processing time (leaching) is 50-60 minutes. As experiments showed, an increase in the duration of the chemical treatment process over 60 minutes does not lead to a significant decrease in the content of impurities in quartz grains, and a decrease in the time of exposure to hydrofluoric acid for less than 50 minutes reduces the efficiency of leaching of impurities. Quenching, scrubbing and laundering grains is carried out in deionized water at a ratio of T: W = 1: 15. The resulting finished product is quartz grains, dried in vacuum and then analyzed for impurities.
Совокупность применения обработки СВЧ-полями в заявляемых пределах и сепарации в указанных режимах с последующим скрабированием, отмывкой и выщелачиванием позволяет очистить поверхность зерен кварца от минеральных и оксидных пленок, удалить не только крупные минеральные включения, но и наноразмерные, а также продукты декрипитации ГЖВ и рассеянные примеси, локализованные в демпферных зонах.The combination of applying microwave fields to the declared limits and separation in the indicated modes with subsequent scrubbing, washing and leaching allows you to clean the surface of quartz grains from mineral and oxide films, remove not only large mineral inclusions, but also nanoscale, as well as products of decolcification of GLC and scattered impurities localized in damper zones.
Опробование предлагаемого способа обогащения осуществляли на пробах природного сильно загрязненного кварца месторождения Перчатка, проявлений Меломайс, Рухнаволок с содержанием примесей в исходном сырье - 17600-11400 ppm. В таблице 1 представлены данные (варианты 2-5, 7-9, 11, 12) влияния режимов обогащения на качество очистки кварцевой крупки от примесей. В таблице 2 приведен элементный состав обогащенной крупки по месторождениям.Testing of the proposed enrichment method was carried out on samples of natural highly contaminated quartz of the Glove deposit, manifestations of Melomays, Rukhnavolok with impurities in the feedstock - 17600-11400 ppm. Table 1 presents data (options 2-5, 7-9, 11, 12) of the influence of enrichment modes on the quality of cleaning quartz grains from impurities. Table 2 shows the elemental composition of enriched grits for deposits.
В качестве эталона сравнения использован контроль - обогащение сильно загрязненного природного кварца без воздействия СВЧ-полями и прототип, при размере крупки 0,4-0,1 мм (патент РФ №2353578).As a reference standard, control was used - enrichment of heavily contaminated natural quartz without exposure to microwave fields and a prototype with a grain size of 0.4-0.1 mm (RF patent No. 2353578).
Из анализа таблицы 1 следует, что предлагаемые режимы обогащения природного сильно загрязненного кварца позволяют снизить суммарное содержание примесей в конечном концентрате (крупке) по сравнению с исходным содержанием в 347,56-573,3 раза и повысить степень обогащения по сравнению с прототипом на 24-53,34%.From the analysis of table 1 it follows that the proposed modes of enrichment of natural highly contaminated quartz can reduce the total content of impurities in the final concentrate (grains) compared with the initial content by 347.56-573.3 times and increase the degree of enrichment compared to the prototype by 24- 53.34%.
Таким образом, предлагаемый способ является более эффективным за счет интенсификации процесса очистки кварца от примесей, снижения энергоемкости, длительности, упрощения технологии обогащения, обеспечения высокой экологичности, что позволяет отнести его к высокотехнологичным, экологически безопасным и энергосберегающим технологиям.Thus, the proposed method is more effective due to the intensification of the process of cleaning quartz from impurities, reducing energy intensity, duration, simplifying the enrichment technology, ensuring high environmental friendliness, which allows it to be attributed to high-tech, environmentally friendly and energy-saving technologies.
Использование доступного и недефицитного кварцевого сырья с высоким содержанием примесей при его обогащении по предлагаемой технологии позволяет получать кварцевую крупку с содержанием примесей 31-35 ppm, что по ТУ 5726-002-11496665-97 соответствует сортам кварца глубокой очистки пригодным для наплава прозрачного кварцевого стекла, применяемого в оптике, светотехнике, химической и других отраслях промышленности. Это также обеспечивает расширение минерально-сырьевой базы кварцевого сырья и позволяет повысить коэффициент использования недр.The use of affordable and non-deficient quartz raw materials with a high content of impurities when enriched according to the proposed technology makes it possible to obtain quartz grains with an impurity content of 31-35 ppm, which according to TU 5726-002-11496665-97 corresponds to varieties of highly refined quartz suitable for surfacing transparent quartz glass, used in optics, lighting, chemical and other industries. It also provides the expansion of the mineral resource base of quartz raw materials and allows to increase the utilization of subsoil.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011125742/05A RU2483024C2 (en) | 2011-06-22 | 2011-06-22 | Method for beneficiation of natural quartz material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011125742/05A RU2483024C2 (en) | 2011-06-22 | 2011-06-22 | Method for beneficiation of natural quartz material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011125742A RU2011125742A (en) | 2012-12-27 |
| RU2483024C2 true RU2483024C2 (en) | 2013-05-27 |
Family
ID=48792112
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011125742/05A RU2483024C2 (en) | 2011-06-22 | 2011-06-22 | Method for beneficiation of natural quartz material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2483024C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2557589C2 (en) * | 2013-08-28 | 2015-07-27 | ЭкоЛайв Текнолоджис Лимитед | Dressing of crystalline quartz of natural deposits |
| RU2778691C2 (en) * | 2020-12-29 | 2022-08-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский Центр "Карельский научный центр Российской академии наук" | Nano-scale quartz and method for production thereof |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103896286B (en) * | 2014-04-21 | 2016-03-02 | 江苏凯达石英有限公司 | The technique of high-purity quartz prepared by a kind of high tripoli |
| CN105645757A (en) * | 2015-12-31 | 2016-06-08 | 侯清麟 | Process for manufacturing ultra-pure quartz sand |
| CN112142056A (en) * | 2020-09-24 | 2020-12-29 | 江苏古羽氏科技有限公司 | Quartz sand purification method and purification system based on purification method |
| CN113735128A (en) * | 2021-08-16 | 2021-12-03 | 武汉理工大学 | Preparation method of high-purity quartz sand |
| CN114436266A (en) * | 2022-01-28 | 2022-05-06 | 合肥综合性国家科学中心能源研究院(安徽省能源实验室) | Method for purifying quartz by microwave heating chlorination roasting |
| CN114620733B (en) * | 2022-03-08 | 2023-05-16 | 北京科技大学 | Low-carbon green SiO of superconducting high-strength magnetic coupling quartz ore 2 Fine purification method |
| CN115180624A (en) * | 2022-06-15 | 2022-10-14 | 新沂市中大石英科技有限公司 | Preparation treatment process for producing high-purity quartz sand |
| CN115092937A (en) * | 2022-06-15 | 2022-09-23 | 凯盛石英材料（太湖）有限公司 | Method for preparing 4N5 high-purity quartz by energy-saving environment-friendly efficient impurity removal |
| CN115465866A (en) * | 2022-09-13 | 2022-12-13 | 湖南工业大学 | High-purity quartz sand refining process and high-purity quartz sand |
| CN117051476A (en) * | 2023-10-11 | 2023-11-14 | 北京石晶光电科技股份有限公司 | High-purity quartz sand prepared by utilizing artificial quartz crystal |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1134542A1 (en) * | 1983-02-02 | 1985-01-15 | Институт Минералогии,Геохимии И Кристаллохимии Редких Элементов | Method for preparing laminate silica |
| JPH0558616A (en) * | 1991-08-28 | 1993-03-09 | Central Glass Co Ltd | High-viscosity silica gel having high concentration |
| RU2337072C1 (en) * | 2007-02-19 | 2008-10-27 | Владимир Алексеевич Морохов | Method of quartz grist production |
| RU2353578C1 (en) * | 2007-07-17 | 2009-04-27 | Юрий Анатольевич Тиунов | Method of quartz raw material enrichment |
| US8029898B2 (en) * | 2000-06-20 | 2011-10-04 | Jgc Catalysts And Chemicals Ltd. | Inorganic compound particle |
-
2011
- 2011-06-22 RU RU2011125742/05A patent/RU2483024C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1134542A1 (en) * | 1983-02-02 | 1985-01-15 | Институт Минералогии,Геохимии И Кристаллохимии Редких Элементов | Method for preparing laminate silica |
| JPH0558616A (en) * | 1991-08-28 | 1993-03-09 | Central Glass Co Ltd | High-viscosity silica gel having high concentration |
| US8029898B2 (en) * | 2000-06-20 | 2011-10-04 | Jgc Catalysts And Chemicals Ltd. | Inorganic compound particle |
| RU2337072C1 (en) * | 2007-02-19 | 2008-10-27 | Владимир Алексеевич Морохов | Method of quartz grist production |
| RU2353578C1 (en) * | 2007-07-17 | 2009-04-27 | Юрий Анатольевич Тиунов | Method of quartz raw material enrichment |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2557589C2 (en) * | 2013-08-28 | 2015-07-27 | ЭкоЛайв Текнолоджис Лимитед | Dressing of crystalline quartz of natural deposits |
| RU2778691C2 (en) * | 2020-12-29 | 2022-08-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский Центр "Карельский научный центр Российской академии наук" | Nano-scale quartz and method for production thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011125742A (en) | 2012-12-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2483024C2 (en) | Method for beneficiation of natural quartz material | |
| CN101870474B (en) | Method for preparing quartz sand concentrate by mineral separation of desert aeolian sand | |
| CN110734068A (en) | Preparation method of high-purity quartz sand | |
| RU2353578C1 (en) | Method of quartz raw material enrichment | |
| WO2012008032A1 (en) | Soil cleaning method | |
| CN101695680A (en) | Autogenous grinding and impurity removing method of thermokalite in high-purity quartz sand production | |
| CN101885489B (en) | Method for preparing feldspar powder concentrate by mineral separation of aeolian sand in desert | |
| CN111921695B (en) | Method for comprehensively recovering multiple valuable minerals in bauxite | |
| CN100435967C (en) | Quartz gravel separation and mineral disassociation and extraction process | |
| CN105921258A (en) | Method for impurity removal and whitening of potassium feldspar | |
| CN108083288A (en) | A kind of method of low-quality potash feldspar deferrization purification | |
| CN104150489B (en) | Quartz mine method of purification and gained quartz products | |
| KR101651618B1 (en) | Purifying method for yielding high-caliber carbon black from waste tire | |
| CN110860367A (en) | Gravity separation method for gibbsite type bauxite | |
| CN1958446A (en) | Method for preparing high purity super fine silicon miropowder by using powder of natural quartz | |
| Liu et al. | Removing iron by magnetic separation from a potash feldspar ore | |
| RU2588910C1 (en) | Method of processing of fine red mud | |
| CN111921694B (en) | Comprehensive recovery method for various valuable minerals in bauxite | |
| CN110606675B (en) | Vanadium-titanium slag superfine powder admixture and preparation method thereof | |
| CN111921696A (en) | Comprehensive recovery method for various valuable minerals in bauxite | |
| CN107902659A (en) | A kind of method that recycling purification boron carbide in waste material is ground from sapphire | |
| CN109107751A (en) | A kind of flotation impurity removal process from low grade potassium albite ore | |
| CN114849903A (en) | Mineral separation process for efficiently extracting silica micropowder from quartz tailing powder | |
| CN108940576A (en) | A kind of potassium albite production method of low cost | |
| CN104984818A (en) | Method for purification of quartz sand ore in physical mode |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20180727 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200623 |