クォーツ選鉱プロセスの選び方は？

時間:2025年9月5日

石英の選鉱の主な目的は、原石英鉱から鉄、アルミニウム、カルシウム、チタン、その他の鉱物包有物などの不純物を取り除き、特定の産業基準を満たすために石英の純度を向上させることです。これらの基準は、最終用途によって幅広く異なり、普通のガラス製造から光伏ガラス、電子グレードのシリコン、高度なセラミックスまで多岐にわたります。選鉱プロセスは、不純物の種類、発生様式、最終製品の要求に応じて柔軟に設計されなければなりません。

鉱石の特性と純度目標の理解

選鉱の前に、プロセス選択の基礎となる2つの重要な要素を決定するために、徹底した化学分析と鉱物学的特性評価が不可欠です。

1. 異物の種類と分布

フリーアイアン鉱鉱（例：ヘマタイト、マグネタイト）: 磁気分離は不純物除去のための推奨方法です。
アルミノケイ酸塩鉱物（例：長石、雲母）：これらの非磁性不純物を分離するために、浮遊選鉱が一般的に使用されます。
格子包接（例：水晶格子内に埋め込まれた鉄やチタンの原子）：これらは効果的な除去のために、その後の酸浸出や高温処理を必要とします。

2. 純度要件

標準ガラス級石英砂SiO₂ ≥ 99.5%、Fe₂O₃ ≤ 0.05%
光発電用グレードの珪砂SiO₂ ≥ 99.99%、Fe₂O₃ ≤ 0.001%
電子グレードの石英SiO₂ ≥ 99.999%、不純物はほとんどありません

典型的な石英鉱選プロセスフロー

石英の選鉱プロセスは、一般に、破砕、粉砕、前処理による不純物除去、精密精製、濃縮の順序に従います。各段階では、望ましい純度と粒子サイズを達成するために、特定の不純物タイプに応じた手法が使用されます。

1. 破砕: 粉砕のための鉱石の準備

初期の粉砕段階は、大きな鉱石の塊を粉砕に適した扱いやすいサイズに減らすために不可欠です。通常、粗い粉砕と細かい粉砕を組み合わせて行います。

粗砕ジョークラッシャーは、大きな鉱石の塊を小さな部分に砕くために一般的に使用されます。
細かい粉砕インパクトクラッシャーまたはコーンクラッシャーは、粒子サイズを10～30 mmの範囲にさらに縮小し、その後の粉砕のための供給サイズを最適化します。
スクリーニング粉砕後、振動スクリーンが材料を分類し、過剰な粒子を除去して、研削工程に均一な供給サイズを確保します。これにより、研削負荷が軽減され、解放効率が向上します。

前処理：粗い不純物の除去と解放に向けた準備

洗浄および脱塵高い粘土や泥の含有量を持つ水晶鉱石（風化した水晶砂など）に対しては、螺旋分級機やホイール洗浄機などの洗浄設備が、緩い粘土や細かなスライムを除去します。これにより、微細な粒子が水晶表面に付着するのを防ぎ、 downstreamの分離プロセスに悪影響を及ぼすことを防ぎます。
スクリーニングと分類振動スクリーンは、クォーツ粒子をサイズ別にさらに分離し、粗加工に適した部分を分離し、花崗岩や方解石などの大きな賠償ブロックを取り除くことで、粉砕エネルギー消費を削減します。

3. 粉砕と解放：埋め込まれた不純物の露出

石英鉱石にはしばしば、石英結晶と密接に成長した不純物鉱物が含まれています。鉱物解放を達成するためには粉砕が必要です。

典型的な機器ボールミルまたはロッドミルが使用され、石英粒子の形態を保つために過粉砕を最小限に抑える必要がある場合はロッドミルが好まれます。
粉砕細度必要な細かさは不純物の粒子サイズに依存します。粗い鉄鉱鉱の含有物（50–100 μm）については、200メッシュを30%〜50%通過するように粉砕することが通常十分です。より細かい含有物（<20 μm）については、325メッシュを80%通過するか、それよりも細かく粉砕する必要があるかもしれません。

4. 精製

この重要な段階では、不純物の種類に合わせた複数の手法が組み合わされています。

精製方法	ターゲット不純物	原理と機器の詳細
磁気分離	鉄およびチタンを含む鉱物 (Fe₃O₄, TiO₂)	高勾配磁気セパレーター（1.5–2.5テスラ）を利用して、磁性脆弱性の違いを利用し、Fe₂O₃含量を0.01%未満に減少させます。
フロテーション	長石、雲母、方解石	スラリーのpHを調整します（例：硫酸を使用してpH 2〜3に調整）、長石のためのアミンなどのコレクターを追加し、不純物が気泡に付着して浮き上がり、一方で石英は沈みます。
酸浸出	格子包含物と可溶性塩	強酸（HCl、H₂SO₄、HF）を使用して内部の鉄、アルミニウム、カルシウム不純物を溶解します。これは超高純度クォーツ（例：光 photovoltaics グレード）にとって不可欠です。廃水の中和と処理が必要です。
重力選別	高密度の廃鉱鉱物（例：バリウム鉱）	クォーツ（2.65 g/cm³）とより重い鉱石鉱物との間の密度差を利用し、通常は粗選別段階で振動テーブルやスパイラルコンセントレーターを使用します。

集中

排水と乾燥真空フィルターまたはフィルタープレスは濃縮物から水分を取り除き、その後、粒子の凝集を防ぐために水分含量を0.5%未満に減らすために乾燥させます。
分類および最終鉄除去エアクラシファイアは、粒子サイズの分布制御を正確に提供し、永久磁石ドラムセparatorは最終的な鉄不純物のチェックを行い、製品仕様が満たされていることを確認します。

クォーツ選鉱プロセスの選び方は？

石英の選鉱の複雑さは、必要とされる製品の純度と粒子サイズに直接関連しています。

建設用およびガラス用石英シンプルなプロセスで、洗浄、ふるい、磁気分離を含み、浮遊選別や酸浸出の必要がないため、コストが低くなります。
光電池および電子グレードの石英: 複数の精製段階が必要です：洗浄 → 粉砕 → 繰り返しの磁気分離 → 浮選（長石を除去するための逆浮選を含む） → 酸浸出（HF + HCl） → オプションの高温精製ステップ。これらのステップは不純物をppmレベルに減少させます。
超高純度石英（例：半導体の応用）：上記に加えて、水冷却（石英結晶を破壊して内部不純物を露出させるため）やイオン交換プロセス（可溶性不純物を除去するため）などの高度な手法が採用されており、プロセスの複雑さとコストが大幅に増加しています。

石英の製錬は、目的に応じた不純物除去に依存しています。まず、詳細な鉱物学的および化学的特性評価によって不純物の種類が特定されます。その後、解放、分離、精製の論理的な手順が適用されます。磁気分離とフロートーションを組み合わせることは、中程度から低純度の石英のアップグレードの基盤を形成し、高純度石英の製造には酸浸出と先進的な精製技術が不可欠です。