Как выбрать правильный процесс обогащения кварца?
Время:5 сентября 2025 года
Основная цель обогащения кварца заключается в том, чтобы удалить примеси, такие как железо, алюминий, кальций, титан и другие минеральные включения из исходного кварцевого руды, тем самым повышая чистоту кварца для соответствия конкретным промышленным стандартам. Эти стандарты варьируются в широких пределах в зависимости от конечного использования, начиная от производства обычного стекла и заканчивая фотогальваническим стеклом, кремнием высокого качества иadvanced ceramics. Процесс обогащения должен быть гибко спроектирован в зависимости от типов примесей, их режимов появления и требований к конечному продукту.
Понимание характеристик руды и целевых уровней чистоты
Перед обогащением необходимы тщательные химические анализы и минералогическая характеристика, чтобы определить два критических фактора, которые лежат в основе выбора процесса:
1. Типы и распределение примесей
- Свободные железные минералы(например, гематит, магнетит): Магнитная сепарация является предпочтительным методом удаления примесей.
- Алюмосиликатные минералы(например, полевой шпат, слюда): Флотация обычно используется для отделения этих немагнитных примесей.
- Латексные включения(например, атомы железа или титана, внедрённые в кристаллическую решётку кварца): Для их эффективного удаления требуется последующее кислотное выщелачивание или высокотемпературная обработка.
2. Требования к чистоте
- Кварцевый песок стандартного стекольного качестваSiO₂ ≥ 99.5%, Fe₂O₃ ≤ 0.05%
- Кварцевый песок фотогальванического качестваSiO₂ ≥ 99.99%, Fe₂O₃ ≤ 0.001%
- Электронно-качественный кварцSiO₂ ≥ 99.999%, практически без примесей
Типичный процесс обогащения кварца
Процесс обогащения кварца, как правило, включает последовательные стадии дробления, измельчения, предварительной обработки для удаления примесей, тонкой очистки и концентрирования. На каждом этапе целенаправленно устраняются определенные виды примесей с помощью специализированных методов, чтобы достичь желаемой чистоты и размера частиц.
1. Дробление: Подготовка руды к измельчению
Начальная стадия дробления является ключевой для уменьшения крупных блоков сырьевого руды до размеров, подходящих для измельчения. Обычно применяется комбинация крупного и мелкого дробления:
- Крупное дроблениеЩёковые дробилки обычно используются для разрушения крупных кусков руды на более мелкие части.
- Тонкое дроблениеУдарные дробилки или конусные дробилки дополнительно уменьшают размер частиц до диапазона 10–30 мм, оптимизируя размер исходного материала для последующего измельчения.
- СкринингПосле дробления вибрационные сепараторы классифицируют материал, удаляя крупные частицы и обеспечивая равномерный размер подачи на этапе измельчения. Это снижает нагрузку на измельчение и улучшает эффективность освобождения.
2. Предварительная обработка: удаление крупных примесей и подготовка к освобождению
- Стирка и обезжелезиваниеДля кварцевых руд с высоким содержанием глины или грязи (таких как выветренный кварцевый песок) используются промывочные установки, такие как спиральные классификаторы или колесные промывщики, которые удаляют рыхлую глину и мелкие шламы. Это предотвращает прилипание мелких частиц к кварцевым поверхностям, что может затруднить последующие процессы разделения.
- Скрининг и классификацияВибрационные экраны дополнительно разделяют кварцевые частицы по размеру, изолируя фракции, подходящие для крупной переработки, и удаляя крупные пустые породы, такие как гранит и кальцит, что снижает энергозатраты на измельчение.
3. Дробление и освобождение: Обнажение встроенных примесей
Кварцевые руды часто содержат примесные минералы, тесно сросшиеся с кварцевыми кристаллами. Для достижения освобождения минералов необходимо измельчение.
- Типичное оборудованиеМельницы с шариками или стержнями используются, при этом предпочтение отдается стержневым мельницам, когда необходимо минимизировать переработку для сохранения морфологии кварцевых частиц.
- Помол фракцииТребуемая тонкость зависит от размера зерен примесей. Для более крупных включений минерального железа (50–100 мкм) обычно достаточно измельчения до 30%-50% проходящих через сито 200 меш. Для более мелких включений (<20 мкм) может потребоваться измельчение до 80% проходящих через сито 325 меш или мельче.
4. Очищение
Этот критический этап сочетает в себе несколько методов, адаптированных к типам примесей:
| Метод очистки |
Целевые примеси |
Принцип и детали оборудования |
| Магнитная сепарация |
Минералы, содержащие железо и титанг (Fe₃O₄, TiO₂) |
Использует различия в магнитной восприимчивости с помощью высокоградиентных магнитных сепараторов (1,5–2,5 Тесла) для снижения содержания Fe₂O₃ ниже 0,01%. |
| Флотация |
Полевой шпат, слюда, кальцит |
Регулирует pH суспензии (например, серной кислотой до pH 2–3), добавляетCollectors, такие как амины для полевого шпата, вызывая прилипание примесей к пузырькам и их всплытие, в то время как кварц оседает. |
| Кислотное выщелачивание |
Кристаллические включения и растворимые соли |
Использует сильные кислоты (HCl, H₂SO₄, HF) для растворения внутренних примесей железа, алюминия, кальция; обязательно для кварца ультравысокой чистоты (например, фотогальванического класса); требует нейтрализации и обработки сточных вод. |
| Гравитационное разделение |
Минералы с высокой плотностью, содержащиеся в пустых породах (например, барит) |
Использует различия в плотности между кварцем (2,65 г/см³) и более тяжелыми пустыми минералами с помощью колеблющихся столов или спиральных концентраторов, как правило, на стадии первичной обработки. |
5. Концентрация
- Осушение и сушкаВакуумные фильтры или фильтр-прессы удаляют воду из концентрата, после чего идет сушка для снижения содержания влаги ниже 0,5%, чтобы предотвратить агломерацию частиц.
- Классификация и окончательное удаление железаВоздушные классификаторы обеспечивают точный контроль распределения размеров частиц, в то время как постоянные магнитные барабанные сепараторы выполняют финальную проверку на железные примеси, чтобы гарантировать соответствие продуктовых спецификаций.
Как выбрать правильный процесс обогащения кварца?
Сложность обогащения кварца напрямую связана с необходимой чистотой продукта и размером частиц:
- Строительный кварц и кварц для стеклаПростой процесс, включающий в себя мойку, сортировку и магнитное разделение; нет необходимости в флотации или кислотном выщелачивании, что приводит к снижению стоимости.
- Фотогальванический и кварц электронной степениТребуется несколько этапов очистки: стирка → измельчение → повторная магнитная сепарация → флотация (включая обратную флотацию для удаления полевого шпата) → кислотное выщелачивание (HF + HCl) → необязательные высокотемпературные этапы очистки. Эти этапы снижают уровень примесей до ppm.
- Ультравысокой чистоты кварц(например, полупроводниковые приложения): В дополнение к вышесказанному, применяются современные методы, такие как водяное закаливание (для разрушения кварцевых кристаллов и выявления внутренних примесей) и ионообменные процессы (для удаления растворимых примесей), что значительно повышает сложность и стоимость процесса.
Бенефициирование кварца основывается на целенаправленном удалении примесей: сначала подробная минералогическая и химическая характеристика выявляет типы примесей; затем применяется логическая последовательность освобождения, разделения и очистки. Магнитное разделение в сочетании с флотацией составляет основу повышения качества кварца средней и низкой чистоты, в то время как кислотное выщелачивание и современные методы очистки незаменимы для производства кварца высокой чистоты.
