Làm thế nào để chọn quy trình chế biến thạch anh phù hợp?
Thời gian:5 tháng 9 năm 2025
Mục tiêu chính của việc chế biến thạch anh là loại bỏ các tạp chất như sắt, nhôm, canxi, titan và các khoáng chất khác từ quặng thạch anh thô, từ đó nâng cao độ tinh khiết của thạch anh để đáp ứng các tiêu chuẩn công nghiệp cụ thể. Các tiêu chuẩn này rất khác nhau tùy thuộc vào mục đích sử dụng cuối cùng, từ sản xuất kính thông thường đến kính quang điện, silicon cấp điện tử và gốm sứ tiên tiến. Quy trình chế biến phải được thiết kế linh hoạt theo các loại tạp chất, cách thức xuất hiện của chúng và yêu cầu của sản phẩm cuối cùng.
Hiểu Biểu Tượng Quặng và Mục Tiêu Độ Tinh Khiết
Trước khi tuyển nổi, việc phân tích hóa học kỹ lưỡng và đặc trưng khoáng vật là rất quan trọng để xác định hai yếu tố then chốt tạo nền tảng cho việc lựa chọn quy trình:
1. Các loại tạp chất và phân bố
- Khoáng sản sắt tự do(e.g., hematite, magnetite): Phương pháp tách từ là phương pháp ưa thích để loại bỏ tạp chất.
- Khoáng vật aluminosilicat(e.g., feldspar, mica): Quá trình nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất không từ tính này.
- Sự bao gồm lưới(các nguyên tử sắt hoặc titan được nhúng trong lưới tinh thể thạch anh): Những thứ này yêu cầu phải nung chẩy hoặc xử lý bằng acid sau đó để loại bỏ hiệu quả.
2. Yêu cầu về độ tinh khiết
- Cát thạch anh tiêu chuẩn cho kínhSiO₂ ≥ 99,5%, Fe₂O₃ ≤ 0,05%
- Cát thạch anh loại photovoltaicsSiO₂ ≥ 99,99%, Fe₂O₃ ≤ 0,001%
- Thạch anh điện tửSiO₂ ≥ 99.999%, hầu như không có tạp chất.
Quy trình chế biến quặng thạch anh điển hình
Quy trình tinh chế thạch anh thường tuân theo quy trình tuần tự bao gồm nghiền, xay, loại bỏ tạp chất trước điều trị, tinh chế tinh vi và cô đặc. Mỗi giai đoạn nhằm mục tiêu các loại tạp chất cụ thể bằng cách sử dụng các phương pháp được tùy chỉnh để đạt được độ tinh khiết và kích thước hạt mong muốn.
1. Nghiền nát: Chuẩn bị quặng cho việc xay nghiền
Giai đoạn nghiền ban đầu là rất quan trọng để giảm các khối quặng thô lớn thành kích thước dễ quản lý, phù hợp cho quá trình nghiền. Thông thường, một sự kết hợp giữa nghiền thô và nghiền tinh được áp dụng:
- Nghiền ThôMáy nghiền hàm thường được sử dụng để nghiền các mảnh quặng lớn thành những mảnh nhỏ hơn.
- Nghiền mịnMáy nghiền va đập hoặc máy nghiền hình nón giảm kích thước hạt xuống khoảng 10–30 mm, tối ưu hóa kích thước nguyên liệu để phục vụ cho quá trình nghiền tiếp theo.
- Sàng lọcSau khi nghiền, các băng tải rung phân loại vật liệu, loại bỏ các hạt quá kích thước và đảm bảo kích thước cấp liệu đồng nhất cho giai đoạn nghiền. Điều này giảm tải nghiền và cải thiện hiệu suất tách.
2. Tiền xử lý: Loại bỏ tạp chất thô và Chuẩn bị cho việc giải phóng
- Rửa và Khử bùnĐối với quặng thạch anh có hàm lượng đất sét hoặc bùn cao (như cát thạch anh đã phong hóa), thiết bị rửa như máy phân loại xoắn ốc hoặc máy rửa bánh xe sẽ loại bỏ đất sét lỏng và bùn mịn. Điều này ngăn chặn việc bám dính của các hạt mịn vào bề mặt thạch anh, có thể cản trở các quá trình tách biệt ở phía hạ nguồn.
- Sàng lọc và Phân loại: Các màn rung tách biệt các hạt quartz theo kích thước, cách ly các phần thích hợp cho quá trình chế biến thô và loại bỏ các khối tạp chất lớn như granit và canxit, từ đó giảm thiểu mức tiêu thụ năng lượng nghiền.
3. Nghiền và Giải phóng: Phơi bày Tạp chất Bị nhúng
Quặng thạch anh thường chứa các khoáng chất tạp chất gắn bó chặt chẽ với các tinh thể thạch anh. Nghiền là cần thiết để đạt được sự tự do của khoáng sản:
- Thiết bị điển hình: Các máy nghiền bi hoặc máy nghiền que được sử dụng, trong đó máy nghiền que được ưa chuộng hơn khi cần hạn chế quá trình nghiền để bảo tồn hình thái hạt thạch anh.
- Độ mịn của việc xay nghiềnĐộ mịn yêu cầu phụ thuộc vào kích thước hạt tạp chất. Đối với các tạp chất khoáng sắt thô hơn (50–100 μm), việc nghiền đạt được 30%-50% qua lưới 200 thường là đủ. Đối với các tạp chất mịn hơn (<20 μm), có thể cần nghiền đạt 80% qua lưới 325 hoặc mịn hơn.
4. Làm sạch
Giai đoạn quan trọng này kết hợp nhiều phương pháp phù hợp với các loại tạp chất:
| Phương pháp tinh chế |
Tạp chất mục tiêu |
Nguyên tắc & Chi tiết thiết bị |
| Tách từ tính |
Khoáng chất chứa sắt và titan (Fe₃O₄, TiO₂) |
Sử dụng sự khác biệt trong độ nhạy từ tính thông qua các máy tách từ cao gradient (1.5–2.5 Tesla) để giảm hàm lượng Fe₂O₃ xuống dưới 0.01%. |
| Thủy phân |
Feldspar, mica, calcite |
Điều chỉnh pH bùn (ví dụ, axit sulfuric đến pH 2–3), thêm chất tuyển như amin cho feldspar, khiến các tạp chất gắn vào bọt và nổi lên, trong khi quartz chìm xuống. |
| Tinh chế bằng axit |
Các tạp chất lưới và muối hòa tan |
Sử dụng các axit mạnh (HCl, H₂SO₄, HF) để hòa tan các tạp chất sắt, nhôm, canxi bên trong; cần thiết cho thạch anh siêu tinh khiết (ví dụ: loại dùng trong năng lượng mặt trời); yêu cầu trung hòa và xử lý nước thải. |
| Tách trọng lực |
Khoáng chất gangue mật độ cao (ví dụ: barit) |
Khai thác sự khác biệt về mật độ giữa thạch anh (2.65 g/cm³) và các khoáng gang nặng hơn bằng cách sử dụng bàn lắc hoặc thiết bị phân tách xoắn ốc, thường ở các giai đoạn làm sạch thô. |
5. Sự tập trung
- Làm khô và Sấy khôMáy lọc chân không hoặc máy ép lọc loại bỏ nước khỏi tinh chất, sau đó sấy khô để giảm độ ẩm xuống dưới 0,5% nhằm ngăn chặn sự tụ tập của các hạt.
- Phân loại và Loại bỏ Sắt Cuối cùngCác bộ phân loại không khí cung cấp kiểm soát phân phối kích thước hạt chính xác, trong khi các máy tách từ tính vĩnh cửu thực hiện kiểm tra tạp chất sắt cuối cùng để đảm bảo các thông số sản phẩm được đáp ứng.
Làm thế nào để chọn quy trình chế biến thạch anh phù hợp?
Độ phức tạp của việc tuyển quặng thạch anh có mối tương quan trực tiếp với độ tinh khiết và kích thước hạt của sản phẩm yêu cầu.
- Cát xây dựng và thạch anh loại kínhQuá trình đơn giản bao gồm rửa, sàng lọc và tách từ tính; không cần tuyển nổi hay leaching bằng axit, dẫn đến chi phí thấp hơn.
- Silic tinh thể quang điện và thạch anh cấp điện tửCần nhiều giai đoạn tinh chế: rửa → nghiền → tách từ tính lặp lại → tuyển nổi (bao gồm cả tuyển nổi ngược để loại bỏ fenspat) → hòa tách bằng axit (HF + HCl) → các bước tinh chế nhiệt độ cao tùy chọn. Những bước này giảm tạp chất xuống mức ppm.
- Đá thạch anh siêu tinh khiết(Chẳng hạn, ứng dụng trong ngành bán dẫn): Bên cạnh những điều trên, các phương pháp tiên tiến như làm nguội bằng nước (để phá vỡ tinh thể thạch anh và lộ ra các tạp chất bên trong) và quy trình trao đổi ion (để loại bỏ các tạp chất hòa tan) được áp dụng, làm tăng đáng kể độ phức tạp và chi phí của quy trình.
Việc tinh chế thạch anh phụ thuộc vào việc loại bỏ tạp chất một cách có chọn lọc: trước tiên, việc xác định chi tiết khoáng vật và hóa học giúp nhận diện các loại tạp chất; sau đó, một chu trình hợp lý bao gồm giải phóng, tách biệt và tinh chế được áp dụng. Phân tách từ tính kết hợp với tuyển nổi là nền tảng cho việc nâng cấp thạch anh có độ tinh khiết trung bình đến thấp, trong khi đó, chiết tách acid và các kỹ thuật tinh chế tiên tiến là không thể thiếu để sản xuất thạch anh có độ tinh khiết cao.
