Wie wählt man den richtigen Quarzaufbereitungsprozess aus?
Zeit:5. September 2025
Das Hauptziel der Quarzaufbereitung besteht darin, Verunreinigungen wie Eisen, Aluminium, Calcium, Titan und andere mineralische Einschlüsse aus rohem Quarzrohstoff zu entfernen, um die Quarzreinheit zu verbessern und spezifischen industriellen Standards zu entsprechen. Diese Standards variieren erheblich je nach Endverwendung, die von der Produktion gewöhnlichen Glases bis hin zu Photovoltaikglas, elektronischer Siliziumqualität und fortschrittlichen Keramiken reicht. Der Aufbereitungsprozess muss flexibel gestaltet werden, entsprechend den Verunreinigungsarten, ihren Auftretensarten und den Anforderungen an das Endprodukt.
Verstehen der Erzmerkmale und Reinheitsziele
Vor der Aufbereitung sind gründliche chemische Analysen und mineralogische Charakterisierungen unerlässlich, um zwei kritische Faktoren zu bestimmen, die die Grundlage für die Auswahl des Verfahrens bilden:
1. Verunreinigungstypen und Verteilung
- Freie Eisenmineralien(e.g., Hämatit, Magnetit): Die magnetische Trennung ist die bevorzugte Methode zur Entfernung von Verunreinigungen.
- Aluminosilikatminerale(e.g., Feldspat, Glimmer): Flotation wird allgemein verwendet, um diese nicht-magnetischen Verunreinigungen zu trennen.
- Gittereinschlüsse(z. B. Eisen- oder Titanatome, die in das Quarzkristallgitter eingebettet sind): Diese erfordern eine nachfolgende Säureauslaugung oder Hochtemperaturbehandlung für eine effektive Entfernung.
2. Reinheitsanforderungen
- Standard-Glas-QuarzsandSiO₂ ≥ 99,5 %, Fe₂O₃ ≤ 0,05 %
- Photovoltaik-QualitätsquarzsandSiO₂ ≥ 99,99 %, Fe₂O₃ ≤ 0,001 %
- Elektronik-QualitätsquarzSiO₂ ≥ 99,999 %, praktisch ohne Verunreinigungen
Typischer Quarzaufbereitungsprozessfluss
Der Quarzaufbereitungsprozess folgt normalerweise einem sequenziellen Prozess von Zerkleinern, Mahlen, Vorbehandlung zur Entfernung von Verunreinigungen, feiner Reinigung und Konzentration. Jede Phase zielt auf spezifische Verunreinigungsarten ab und verwendet maßgeschneiderte Methoden, um die gewünschte Reinheit und Partikelgröße zu erreichen.
1. Zerkleinerung: Vorbereitung des Erzes für das Mahlen
Die anfängliche Brechphase ist entscheidend, um große Rohorerblöcke auf handhabbare Größen zu reduzieren, die für das Mahlen geeignet sind. Typischerweise wird eine Kombination aus Grob- und Feinzerkleinerung angewendet:
- Grobe ZerkleinerungKieferbrecher werden häufig eingesetzt, um große Erzstücke in kleinere Stücke zu zerkleinern.
- Feinstzerkleinerung: Prallbrecher oder Kegelbrecher reduzieren die Partikelgröße weiter auf den Bereich von 10–30 mm und optimieren die Korn Größe für das anschließende Mahlen.
- ScreeningNach dem Zerkleinern klassifizieren Siebmaschinen das Material, entfernen übergroße Partikel und sorgen für eine einheitliche Zuführgröße zur Mahdstufe. Dies reduziert die Mahdlaste und verbessert die Freisetzungseffizienz.
2. Vorbehandlung: Entfernen grober Verunreinigungen und Vorbereitung auf die Befreiung
- Waschen und EntschlämmenFür Quarzerze mit hohem Ton- oder Schlammgehalt (wie verwittertem Quarzsand) entfernen Waschgeräte wie Spiralklassierer oder Radwascher lose Tone und feine Schlämme. Dies verhindert das Haften von Feinstoffen an Quarzoberflächen, was nachfolgende Trennprozesse behindern könnte.
- Screening und KlassifizierungVibrationssiebe trennen Quarzkörner weiter nach Größe, isolieren Fraktionen, die für die grobe Verarbeitung geeignet sind, und entfernen große Abfallblöcke wie Granit und Calcit, wodurch der Energieverbrauch beim Mahlen reduziert wird.
3. Mahlen und Freisetzung: Enthüllung eingebetteter Verunreinigungen
Quarzminerale enthalten häufig Verunreinigungsmineralien, die eng mit Quarzkrystallen verwachsen sind. Mahlen ist notwendig, um die Mineralfreisetzung zu erreichen:
- Typische Ausrüstung: Kugelmühlen oder Stabmühlen werden verwendet, wobei Stabmühlen bevorzugt werden, wenn Übermahlung minimiert werden muss, um die Morphologie der Quarzpartikel zu erhalten.
- MahlfeinheitDie erforderliche Feinheit hängt von der Größe der Verunreinigungs-Körner ab. Für gröbere Eisenerz-Einschlüsse (50–100 μm) ist es in der Regel ausreichend, eine Mahlung zu erreichen, bei der 30–50% 200 Mesh passieren. Für feinere Einschlüssen (<20 μm) kann es notwendig sein, die Mahlung so zu gestalten, dass 80% 325 Mesh oder feiner passieren.
4. Reinigung
Diese kritische Phase kombiniert mehrere Methoden, die auf die Arten von Verunreinigungen abgestimmt sind:
| Reinigungsmethode |
Zielverunreinigungen |
Prinzip & Gerätdetails |
| Magnettrennung |
Eisen- und titanhaltige Mineralien (Fe₃O₄, TiO₂) |
Nutzen von Unterschieden in der magnetischen Suszeptibilität durch Hochgradienten-Magnetseparatoren (1,5–2,5 Tesla), um den Fe₂O₃-Gehalt auf unter 0,01 % zu reduzieren. |
| Flotierung |
Feldspat, Glimmer, Calcit |
Stellt den pH-Wert der Schlammlösung ein (z. B. Schwefelsäure auf pH 2–3), fügt Sammelstoffe wie Amine für Feldspat hinzu, wodurch Verunreinigungen an Blasen haften und aufsteigen, während Quarz sinkt. |
| Säureauslaugung |
Gittereinschlüsse und lösliche Salze |
Verwendet starke Säuren (HCl, H₂SO₄, HF), um interne Verunreinigungen aus Eisen, Aluminium und Calcium aufzulösen; essenziell für ultra-hochreines Quarz (z. B. Photovoltaik-Qualität); erfordert eine Neutralisation und Behandlung des Abwassers. |
| Schwerkrafttrennung |
Hochdichte Gangmineralien (z.B. Barit) |
Nutzen von Dichteunterschieden zwischen Quarz (2,65 g/cm³) und schwereren Gangmineralien mithilfe von Schütteltischen oder Spiral-Konzentratoren, typischerweise in der Grobreinigung. |
5. Konzentration
- Entwässerung und TrocknungVakuumfilter oder Filterpressen entfernen Wasser aus dem Konzentrat, gefolgt von Trocknung, um den Feuchtigkeitsgehalt unter 0,5 % zu reduzieren und eine Agglomeration von Partikeln zu verhindern.
- Klassifizierung und endgültige Entfernung von EisenLuftklassifizierer ermöglichen eine präzise Kontrolle der Partikelgrößenverteilung, während permanente magnetische Trommeltrennsysteme eine finale Überprüfung von Eisenverunreinigungen durchführen, um sicherzustellen, dass die Produktspezifikationen erfüllt sind.
Wie wählt man den richtigen Quarzaufbereitungsprozess aus?
Die Komplexität der Quarzkonsolidierung korreliert direkt mit der erforderlichen Produktreinheit und Partikelgröße:
- Bau- und GlasquarzEin einfacher Prozess, der Waschen, Sieben und magnetische Trennung umfasst; keine Notwendigkeit für Flotation oder Säureauslaugung, was zu geringeren Kosten führt.
- Photovoltaik- und Elektronik-Quarz: Erfordert mehrere Reinigungsschritte: Waschen → Mahlen → wiederholte magnetische Trennung → Flotation (einschließlich Umkehrflotation zur Entfernung von Feldspat) → Säureauslaugung (HF + HCl) → optionale Hochtemperatur-Reinigungsschritte. Diese Schritte reduzieren Verunreinigungen auf ppm-Niveaus.
- Ultra-hochreines Quarz(e.g., Halbleiteranwendungen): Neben dem oben Genannten werden fortschrittliche Methoden wie Wasserabschrecken (um Quarzkrystalle zu brechen und innere Verunreinigungen freizulegen) und Ionenaustauschprozesse (um lösliche Verunreinigungen zu entfernen) eingesetzt, was die Prozesskomplexität und -kosten erheblich erhöht.
Die Quarzveredelung hängt von der gezielten Entfernung von Verunreinigungen ab: Zuerst identifiziert eine detaillierte mineralogische und chemische Charakterisierung die Verunreinigungstypen; dann wird eine logische Reihenfolge von Freisetzung, Trennung und Reinigung angewendet. Die magnetische Trennung in Kombination mit der Flotation bildet das Rückgrat der Aufwertung von Quarz mit mittlerer bis niedriger Reinheit, während die Säurenlaugung und fortschrittliche Reinigungstechniken unverzichtbar sind, um hochreinen Quarz zu produzieren.
