Comment choisir le bon processus de valorisation du quartz ?
Temps :5 septembre 2025
L'objectif principal du traitement du quartz est d'éliminer les impuretés telles que le fer, l'aluminium, le calcium, le titane et d'autres inclusions minérales du minerai de quartz brut, améliorant ainsi la pureté du quartz pour répondre à des normes industrielles spécifiques. Ces normes varient considérablement en fonction de l'utilisation finale, allant de la fabrication de verre ordinaire au verre photovoltaïque, au silicium de qualité électronique et aux céramiques avancées. Le processus de traitement doit être conçu de manière flexible selon les types d'impuretés, leurs modes d'occurrence et les exigences du produit final.
Comprendre les caractéristiques des minerais et les objectifs de pureté
Avant le traitement, des analyses chimiques approfondies et une caractérisation minéralogique sont essentielles pour déterminer deux facteurs critiques qui forment la base de la sélection du processus :
1. Types et distribution des impuretés
- minéraux de fer libre(e.g., hématite, magnétite) : La séparation magnétique est la méthode préférée pour l'élimination des impuretés.
- Minéraux aluminosilicatés(e.g., feldspath, mica) : La flottation est généralement utilisée pour séparer ces impuretés non magnétiques.
- Inclusions de réseau(e.g., atomes de fer ou de titane intégrés dans le réseau cristallin du quartz) : Ceux-ci nécessitent un lavage acide ultérieur ou un traitement à haute température pour une élimination efficace.
2. Exigences de pureté
- Sable de quartz de qualité standardSiO₂ ≥ 99,5 %, Fe₂O₃ ≤ 0,05 %
- Sable de quartz de qualité photovoltaïqueSiO₂ ≥ 99,99 %, Fe₂O₃ ≤ 0,001 %
- Quartz de qualité électroniqueSiO₂ ≥ 99,999 %, avec pratiquement aucune impureté
Processus typique de valorisation du quartz
Le processus de valorisation du quartz suit généralement un processus séquentiel de broyage, de mouture, de prétraitement pour l'élimination des impuretés, de purification fine et de concentration. Chaque étape cible des types d'impuretés spécifiques en utilisant des méthodes adaptées pour atteindre la pureté et la taille de particule souhaitées.
1. Broyage : Préparation du minerai pour le broyage
La phase de concassage initiale est essentielle pour réduire les gros blocs de minerai brut à des tailles gérables adaptées au broyage. En général, une combinaison de concassage grossier et fin est appliquée :
- Broyage grossierLes broyeurs à mâchoires sont couramment utilisés pour réduire de gros morceaux de minerai en plus petits morceaux.
- Concassage finLes broyeurs à impact ou les broyeurs à cône réduisent encore la taille des particules à la plage de 10 à 30 mm, optimisant ainsi la taille d'alimentation pour un broyage ultérieur.
- DépistageAprès le concassage, des cribles vibrants classifient le matériau, éliminant les particules surdimensionnées et garantissant une taille de granulés uniforme pour l'étape de broyage. Cela réduit la charge de broyage et améliore l'efficacité de la libération.
2. Prétraitement : Élimination des impuretés grossières et préparation à la libération
- Lavage et désalagePour les minerais de quartz avec un contenu élevé en argile ou en boue (comme le sable de quartz altéré), des équipements de lavage tels que des classeurs à vis ou des laveurs à roue retirent les argiles lâches et les fines boues. Cela empêche l'adhérence des fines aux surfaces de quartz, ce qui pourrait entraver les processus de séparation en aval.
- Dépistage et ClassificationLes cribles vibrants séparent davantage les particules de quartz par taille, isolant les fractions adaptées au traitement grossier et éliminant les gros blocs de gangue tels que le granit et la calcite, réduisant ainsi la consommation d'énergie de broyage.
3. Broyage et Libération : Exposer les Impuretés Enfouies
Les minerais de quartz contiennent souvent des minéraux d'impureté étroitement imbriqués avec des cristaux de quartz. Le broyage est nécessaire pour atteindre la libération minérale :
- Équipement typiqueLes broyeurs à boulets ou les broyeurs à tiges sont utilisés, les broyeurs à tiges étant préférés lorsque le surbroyage doit être minimisé pour préserver la morphologie des particules de quartz.
- Finesse de broyageLa finesse requise dépend de la taille des grains d'impuretés. Pour les inclusions minérales de fer plus grossières (50–100 μm), un broyage pour atteindre 30%-50% passant au tamis 200 est généralement suffisant. Pour des inclusions plus fines (<20 μm), un broyage pour obtenir 80% passant au tamis 325 ou plus fin peut être nécessaire.
4. Purification
Cette étape critique combine plusieurs méthodes adaptées aux types d'impuretés :
| Méthode de purification |
Impuretés cibles |
Principe et détails de l'équipement |
| Séparation magnétique |
Minéraux contenant du fer et du titane (Fe₃O₄, TiO₂) |
Utilise les différences de susceptibilité magnétique via des séparateurs magnétiques à gradient élevé (1,5–2,5 Tesla) pour réduire la teneur en Fe₂O₃ en dessous de 0,01 %. |
| Flottation |
Feldspath, mica, calcite |
Ajuste le pH de la boue (par exemple, acide sulfurique à pH 2–3), ajoute des collecteurs tels que des amines pour le feldspath, provoquant l'attachement des impuretés aux bulles et leur flottement, tandis que le quartz coule. |
| Lixiviation acide |
Inclusions de treillis et sels solubles |
Utilise des acides forts (HCl, H₂SO₄, HF) pour dissoudre les impuretés internes en fer, en aluminium et en calcium ; essentiel pour le quartz de très haute pureté (par exemple, de qualité photovoltaïque) ; nécessite la neutralisation et le traitement des eaux usées. |
| Séparation par gravité |
Minéraux de gangue à haute densité (par exemple, la baryte) |
Exploite les différences de densité entre le quartz (2,65 g/cm³) et les minéraux de gangue plus lourds en utilisant des tables vibrantes ou des concentrationneurs à spirale, généralement lors des étapes de tri grossier. |
5. Concentration
- Déshydratation et SéchageLes filtres à vide ou les presses filtrantes éliminent l'eau du concentré, suivis d'un séchage pour réduire la teneur en humidité en dessous de 0,5 % afin de prévenir l'agglomération des particules.
- Classification et élimination finale du ferLes classificateurs à air offrent un contrôle précis de la distribution de la taille des particules, tandis que les séparateurs à tambour magnétique permanent effectuent un contrôle final des impuretés de fer pour garantir que les spécifications du produit sont respectées.
Comment choisir le bon processus de valorisation du quartz ?
La complexité de l'enrichissement du quartz est directement corrélée à la pureté du produit requise et à la taille des particules :
- Construction et Quartz de qualité verreProcessus simple impliquant le lavage, le criblage et la séparation magnétique ; pas besoin de flottation ou de lixiviation acide, ce qui entraîne des coûts plus bas.
- Quartz photovoltaïque et de qualité électronique: Nécessite plusieurs stages de purification : lavage → broyage → séparation magnétique répétée → flottation (y compris flottation inverse pour éliminer le feldspath) → lixiviation acide (HF + HCl) → étapes de purification à haute température facultatives. Ces étapes réduisent les impuretés à des niveaux de ppm.
- Quartz ultra-haute pureté(en (p. ex., applications des semi-conducteurs) : En plus de ce qui précède, des méthodes avancées telles que le refroidissement à l'eau (pour fracturer les cristaux de quartz et exposer les impuretés internes) et les processus d'échange ionique (pour éliminer les impuretés solubles) sont utilisés, augmentant considérablement la complexité et le coût du processus.
La valorisation du quartz repose sur la suppression ciblée des impuretés : d'abord, une caractérisation minéralogique et chimique détaillée identifie les types d'impuretés ; ensuite, une séquence logique de libération, de séparation et de purification est appliquée. La séparation magnétique combinée à la flottation constitue le socle de l'amélioration du quartz de pureté moyenne à faible, tandis que le lavage acide et les techniques de purification avancées sont indispensables pour produire du quartz de haute pureté.
