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《东北大学》 2010年
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低品位石英矿提纯制备高纯度石英的研究

丁亚卓  
【摘要】:石英是一种物理性质和化学性质均十分稳定,用途十分广泛的矿产资源。普通石英砂应用在玻璃、陶瓷、橡胶、铸造等领域。而高纯度的石英砂SiO2含量在99.95%以上或者更高,主要应用在高新技术产业如航空航天、生物工程、高频率技术、电子技术、光纤通信和军工等领域。自然界中只有优质水晶(一级、二级水晶)可以满足要求,而本身储量有限,加上全球光纤通讯和半导体工业的飞速发展,使之逐渐趋向枯竭。因此利用各种分选提纯的手段从石英砂资源中分离高纯度的石英砂日前成为研究的重点。 石英的提纯是一项重要的浮选理论与实践课题。石英常与其它硅酸盐矿物伴生,主要为长石类矿物,由于同属于架状硅酸盐矿物,解离后的表面特性也很相似,因此长石和石英之间的浮选分离技术难度较大。目前,对这一体系的浮选研究主要侧重于阴阳离子混合捕收剂在酸性条件下对长石捕收作用研究,和混合酸对石英矿的浸出研究,而对于获得较高纯度的石英,均需要挑选高品位的原矿用于提纯,这样就限制了高纯度石英的原料。为了从普通石英砂中制备高纯度石英,就需要对这一体系进行系统的试验研究。 研究中首先通过大量的试验,以长石和石英的纯矿物为研究对象,在阳离子捕收剂十二胺体系中,寻找长石和石英的选择性活化剂和抑制剂。主要针对有机小分子抑制剂进行了筛选,找到了十二胺体系下,长石和石英分选的高效选择性抑制剂——草酸。并在单矿物以及人工混合矿浮选分离中取得了较好的指标。 在试验中首次发现了细粒长石对长石和石英浮选分离的交互式影响,并通过合理的药剂制度减轻了这种交互式影响所带来的不利后果,提高了浮选的指标。对实际矿石的研究结果表明:以朝阳某地原矿SiO2品位93.01%的石英矿为原料,以草酸为调整剂,十二胺为捕收剂的简单药剂制度对于-0.5mm+0.1mm粒级物料,取得了SiO2品位98.5%,回收率93%的指标,对于-0.1mm+0.037mm粒级物料,取得了SiO2品位99.3%,回收率85%的指标,对于全粒级物料,在磨矿细度-0.044mm占85%的条件下,达到了SiO2品位99.3%,回收率75%的指标。以吉林某地原矿SiO2品位97.32%的石英矿为原料,通过棒磨擦洗-分级脱泥可除去大部分铁杂质,并在-0.074mm85%的磨矿细度下,以草酸做调整剂,十二胺做捕收剂,得到了SiO2品位99.8%,回收率85%的浮选精矿。以赤峰某地原矿SiO2品位97.45%的石英矿:在-0.044mm75%的磨矿细度下,以草酸做调整剂,十二胺做捕收剂,得到了SiO2品位99.2%回收率70%的浮选精矿。 借助现代测试技术,首次发现了影响石英浮选精矿品位的原因是石英浮选精矿表面仍吸附有部分细粒级的长石颗粒。并利用石英纯矿物和细粒长石人工配制成石英浮选模拟精矿,进行了深度脱泥试验。以超声波与表面活性剂联合作用,消除了模拟精矿表面吸附的细粒长石,指导了实际石英矿的提纯。 用上述开发的物理法提纯新工艺以及新开发的药剂制度对吉林、内蒙、辽宁三种不同产地的低品位石英矿进行了放大试验和深度脱泥试验,最大限度地提高了三种石英矿的品位。其中,吉林石英矿属于易选矿石,经过棒磨擦洗-磨矿-浮选-深度脱泥工艺,SiO2品位达到了99.9%以上,其他杂质含量也较低;辽宁朝阳石英矿嵌布粒度较细,经过磨矿-分级脱泥-浮选和深度脱泥工艺,SiO2品位达到了99.9%以上,其他杂质含量也较低;内蒙石英矿经过浮选和深度脱泥工艺,SiO2品位可达到了99.76%,仍有一部分杂质无法去除,推断有一部分微细粒长石包裹在石英颗粒内部,磨碎时没有充分解离,如果想进一步通过物理法提纯得到更高品位的SiO2存在较大的难度。 对石英的浸出提纯进行了有益的探索,利用浓硫酸沸点高的特性,首次将浓硫酸常压高温酸浸引入石英提纯。取得了如下结果:常规浸出对-0.5mm+0.1mm粒级石英原矿的效果不理想,浸出精矿Al2O3品位在1%以上;对浮选精矿的常规浸出效果也不理想,最终优化条件试验得到SiO2品位在99.6%左右的石英精矿,Al2O3品位在0.3%左右;98.3%浓硫酸在沸点338℃以下对SiO2品位99.4%的石英浮选精矿中的杂质浸出有一定的效果,经过深度洗涤,可得到SiO2品位99.8%以上的石英砂产品。80%浓硫酸的强氧化性稍弱,对石英浮选精矿的浸出提纯也有一定的效果,也可得到SiO2品位99.8%以上的石英砂产品,可作为电子级石英砂产品。长石纯矿物的浸出试验表明,浓硫酸的常压高温酸浸不能完全将长石中的Al2O3完全浸出,其原因是长石颗粒表面的Al被浸出后,架状结构并没有被破坏,内部的Al并没有裸露出来,因此浸出不完全,但是经过浸出,降低了细粒级长石在石英表面的吸附能力,通过反复洗涤,可以最终提高石英精矿的品位。 最后,借助于晶体化学理论、浮选溶液化学理论以及现代表面测试技术(X射线光电子能谱分析、傅立叶红外光谱分析及ζ电位测定等),对长石和石英矿物解离后的表面特性进行了系统的研究,认为长石的主要解离面是(010),经过计算其零电点为1.2,次解离面为(001)面,断裂面为(100)面。主解离面与其他两面表面特性有较大的差异,主解离面电负性强,与十二胺的作用也最强;长石与石英表面特性的不同是造成浮选过程中长石石英交互式影响的主要原因。长石的(010)面负电性最强,在pH2.5时,细粒级长石可以与石英发生静电作用力为主导的吸附作用,这样使石英表面出现了活化点,活化了石英的浮选,造成石英回收率的降低;草酸主要在长石的(001)和(100)面形成络合物,而与长石的(010)面作用不大,在加入草酸后,十二胺可以继续吸附在长石的(010)面,而使长石上浮;而草酸在石英整体表面的Si·正电区均可以发生吸附,形成络合物,阻止了十二胺的吸附。另外草酸的缓冲作用也使溶液pH值保持在石英的抑制范围,提高了石英的回收率。而超声波对粗细颗粒作用的差异是石英深度脱泥的主要原因,且表面活性剂的加入,使石英表面电负性更强,并且形成空间位阻作用,更有利于矿泥微细粒与石英颗粒的静电排斥作用。 本研究的结果丰富了硅酸盐矿物浮选原理的理论体系,为其它复杂矿物浮选体系中矿物交互式作用的研究创立了新方法,对低品位石英矿的提纯具有一定的指导意义。
【学位授予单位】:东北大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TD97

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【参考文献】
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5 熊康;湖北蕲春脉石英纯化及机理研究[D];武汉理工大学;2017年
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7 吴逍;高纯石英原料选择评价及提纯工艺研究[D];西南科技大学;2016年
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9 刘泰荣;酸浸辅助微波场去除石英砂中气液包裹体的研究[D];湖南工业大学;2015年
10 魏玉燕;脉石英显微结构与包裹体特征及其与高纯石英加工提纯的关系[D];成都理工大学;2015年
【同被引文献】
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2 李泽全;TiO2熔盐电解制备钛及其反应机理的研究[D];重庆大学;2011年
3 丁亚卓;低品位石英矿提纯制备高纯度石英的研究[D];东北大学;2010年
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5 刘泰荣;酸浸辅助微波场去除石英砂中气液包裹体的研究[D];湖南工业大学;2015年
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