鐘森林,陳俊明,張超達(dá), 王豐雨,王麗娟， 謝寶華,吳城材

1.廣東省資源綜合利用研究所，廣東省礦產(chǎn)資源綜合開發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510650；2.廣州粵有研礦物資源科技有限公司，廣東 廣州 510650

石英砂又稱硅砂，指符合工業(yè)要求的天然生成的石英砂及將石英石(硅石)加工粉碎的各種粒級(jí)的礦砂，是一種工業(yè)非金屬礦物原料,廣泛應(yīng)用于玻璃工業(yè)、陶瓷工業(yè)、化學(xué)工業(yè)和石油工業(yè)等行業(yè).在玻璃工業(yè)中的應(yīng)用尤其廣泛，如制造平板玻璃、夾絲玻璃、空心玻璃、泡沫玻璃、光學(xué)玻璃、玻璃纖維等，以及各種包裝瓶罐和玻璃器皿，如酒瓶、化妝品瓶、玻璃杯及裝飾工藝品，還有一些特種玻璃如導(dǎo)電玻璃和防放射線玻璃等，在我們現(xiàn)代生活和工作中到處使用著玻璃制品[1].

光伏玻璃是光伏組件中最外層的部分，近年來隨著光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)光伏玻璃的需求迅速增加，而光伏玻璃的生產(chǎn)必須使用含硅純度高、雜質(zhì)含量低的石英原料，以達(dá)到高透光率.為增加玻璃的透光性，含鐵量是一項(xiàng)重要的指標(biāo)，通常要求石英砂Fe2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.0080%[2].石英砂的除鐵方法主要有重選、磁選、浮選、化學(xué)選礦等，其中磁選法是一種高效且無污染的方法，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際[3-5].ZQS磁選機(jī)是一種先進(jìn)的石英砂除鐵設(shè)備，能有效地分離出石英砂中的弱磁性礦物，降低產(chǎn)品的含鐵量.該設(shè)備現(xiàn)已經(jīng)系列化生產(chǎn)，并研制出新型多段式磁選機(jī)[6].粵北某地區(qū)有豐富的石英巖資源，原礦Fe2O3品位為0.17%，經(jīng)該設(shè)備磁選后，可使石英精砂Fe2O3品位達(dá)0.0074%，達(dá)到了光伏玻璃用石英砂的含鐵要求.

1 原礦性質(zhì)及原生產(chǎn)流程

粵北某石英砂廠原設(shè)計(jì)年生產(chǎn)15萬t光伏玻璃用砂，建廠后生產(chǎn)的石英砂產(chǎn)品鐵品位一直偏高，達(dá)不到光伏玻璃用砂的要求.該礦的原礦多元素分析結(jié)果列于表1, Fe在原礦中的分配列于表2.巖礦鑒定結(jié)果顯示該原礦的主要礦物為石英，其他礦物主要為少量的高嶺土和絹云母，以及微量的白云石、鉀長(zhǎng)石、綠泥石、方解石、鈉長(zhǎng)石等.鐵礦物主要為少量的褐鐵礦及微量的磁黃鐵礦；錳礦物為微量的鋰硬錳礦；鈦礦物為微量的白鈦石、金紅石、假金紅石和鈦鐵礦.由表2可知，該石英礦中以褐鐵礦方式存在的鐵占總鐵的64.74%，其次賦存于綠泥石、絹云母、高嶺土等粘土類礦物中，占總鐵28.37%，石英本身含鐵較低，僅占4.91%.由此可見，該石英礦中大多數(shù)鐵是以雜質(zhì)礦物的形式與石英共生，可通過選礦方法去除雜質(zhì)礦物.

表1 原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果

表2 Fe在原礦中的分配

原生產(chǎn)流程如圖1所示.破碎后的原礦先預(yù)篩，其中篩上礦物進(jìn)入棒磨機(jī)，磨后返回預(yù)先篩，篩下物經(jīng)脫泥斗脫泥后進(jìn)入筒式永磁磁選機(jī).獲得的非磁性礦物經(jīng)分級(jí)后粗粒砂返回棒磨機(jī)，細(xì)粒級(jí)砂進(jìn)一步脫泥后進(jìn)入平環(huán)強(qiáng)磁選機(jī).通過強(qiáng)磁選獲得的非磁性產(chǎn)品經(jīng)脫細(xì)砂和脫水后，最終獲得石英砂產(chǎn)品.

采用該生產(chǎn)流程生產(chǎn)的石英砂產(chǎn)品Fe2O3品位達(dá)0.0188%以上，即使再經(jīng)過一次平環(huán)磁選，石英砂產(chǎn)品Fe2O3品位也達(dá)0.012%以上，未能達(dá)到光伏玻璃用砂的要求.

圖1 原生產(chǎn)流程圖Fig.1 Original production flow sheet

2 小型試驗(yàn)

對(duì)原流程生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行篩分試驗(yàn)，結(jié)果列于表3.由表3可知，原生產(chǎn)產(chǎn)品中含+0.71mm粗砂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.14%，而石英砂使用廠家的要求是不含+0.71mm粒級(jí)；-0.106mm細(xì)粒級(jí)的含量偏高.對(duì)產(chǎn)品-0.71mm粒級(jí)進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)含鐵高的主要原因是含有弱磁性礦如褐鐵礦等，以及石英與含鐵礦物的連生體和石英表面的一些粘土類礦.為進(jìn)一步降低產(chǎn)品鐵品位，對(duì)原生產(chǎn)產(chǎn)品分別用立環(huán)高梯度磁選機(jī)和新型ZQS磁選機(jī)進(jìn)行磁選除鐵試驗(yàn).

表3 原生產(chǎn)產(chǎn)品的粒度組成

2.1 立環(huán)高梯度磁選機(jī)試驗(yàn)

立環(huán)高梯度磁選機(jī)是我國(guó)首創(chuàng)的弱磁性礦物選別設(shè)備，在國(guó)內(nèi)外非金屬礦山被廣泛應(yīng)用，獲得了市場(chǎng)的認(rèn)可.對(duì)原生產(chǎn)的Fe2O3品位0.0188%石英砂產(chǎn)品進(jìn)行立環(huán)高梯度磁選小型試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示.由圖2可知，隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，立環(huán)精砂產(chǎn)品Fe2O3品位降低；當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)1.2 T后繼續(xù)增加，產(chǎn)品Fe2O3品位降低不明顯.因此，用立環(huán)高梯度磁選機(jī)除鐵時(shí)確定磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.2 T.對(duì)原生產(chǎn)的Fe2O3品位不同的產(chǎn)品進(jìn)行立環(huán)磁選試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果列于表4.由表4可知，立環(huán)磁選產(chǎn)品Fe2O3品位最低只能降至0.0096%，達(dá)不到光伏玻璃用砂的要求.

圖2 立環(huán)磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)石英砂鐵品位影響的試驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Vertical ring magnetic separation result for the effect of magnetic intensity on iron content of product

Table 4 Vertical ring magnetic separation test of different samples

立環(huán)給礦Fe2O3品位/%立環(huán)精砂Fe2O3品位/%0.01880.00960.02310.01080.02780.01120.03230.01170.03770.0119

2.2 ZQS磁選機(jī)試驗(yàn)

對(duì)原生產(chǎn)的Fe2O3品位0.0188%石英砂進(jìn)行ZQS磁選小型試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖3.由圖3可知，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，ZQS磁選產(chǎn)品Fe2O3品位降低；當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)1.2 T后繼續(xù)增加，產(chǎn)品Fe2O3品位降低不明顯.因此，確定用ZQS磁選機(jī)除鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.2 T.用ZQS磁選機(jī)對(duì)原生產(chǎn)中Fe2O3品位不同的石英砂產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)室小型試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果列于表5.由表5可知，原生產(chǎn)中Fe2O3品位不同的石英砂產(chǎn)品經(jīng)一次ZQS磁選后，石英精砂產(chǎn)品的Fe2O3品位均降至0.0080%以下，比立環(huán)高梯度磁選機(jī)的除鐵效果好，且產(chǎn)品Fe2O3品位達(dá)到了光伏玻璃用砂的要求.

Table 5 ZQS magnetic separation test of different samples

ZQS給礦Fe2O3品位/%ZQS精砂Fe2O3品位/%0.01880.00720.02310.00760.02780.00760.03230.00780.03770.0079

3 新型ZQS磁選機(jī)簡(jiǎn)介及新流程的應(yīng)用

3.1 新型ZQS磁選機(jī)簡(jiǎn)介

新型ZQS磁選機(jī)是為順應(yīng)市場(chǎng)對(duì)非金屬產(chǎn)品含鐵量的高要求，針對(duì)現(xiàn)有磁選設(shè)備中的缺陷，由廣州粵有研礦物資源科技有限公司研制而成，是一種高效的磁選設(shè)備.

ZQS磁選機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖4，主要由給礦管路、沖洗水管路、激磁部件、磁系部件、聚磁介質(zhì)、產(chǎn)品管路、尾礦管路、自動(dòng)部件及機(jī)架等部件組成.該設(shè)備為周期式運(yùn)轉(zhuǎn)，一個(gè)周期主要分為兩個(gè)階段：第一階段為進(jìn)礦階段，通磁后進(jìn)礦出產(chǎn)品；第二階段為排尾礦階段，斷磁后排尾礦.當(dāng)激磁線圈給入直流電時(shí)，在分選空間內(nèi)形成磁場(chǎng)，聚磁介質(zhì)在磁場(chǎng)中被磁化而形成磁場(chǎng)力.礦漿由上部進(jìn)漿管道進(jìn)入分選空間，由于磁場(chǎng)力的作用，磁性礦物顆粒被吸附在聚磁介質(zhì)表面，磁分選后的精礦從下部精礦管道排出.排鐵階段的目的是清洗吸附在聚磁介質(zhì)上的鐵質(zhì)物，此時(shí)先斷開激磁線圈的直流電輸入，開啟振動(dòng)裝置使介質(zhì)振動(dòng)，同時(shí)沖洗水開始從上部給水管道給入分選空間沖洗聚磁介質(zhì)，清洗聚磁介質(zhì)后的水從下部排鐵管道排出.

設(shè)備主體中激磁線圈的通磁和斷磁、各管道中閥門動(dòng)作均通過控制柜的PLC給入信號(hào)控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，工作可靠，操作維護(hù)方便.與其他磁選設(shè)備相比，ZQS磁選機(jī)主要有如下特點(diǎn)：(1)控制柜采用高頻開關(guān)電源技術(shù)，功率利用因數(shù)達(dá)到90%以上，節(jié)能環(huán)保，受電網(wǎng)干擾低，還具備了缺相、過流、過熱、水壓、閥門等故障報(bào)警及自動(dòng)停機(jī)保護(hù)功能，可根據(jù)客戶要求提供工業(yè)以太網(wǎng)接口和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)接口與工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)配合使用.(2)磁場(chǎng)強(qiáng)度高且分布均勻.立環(huán)磁選機(jī)由于結(jié)構(gòu)受限，隨著分選區(qū)域角度的變化，磁場(chǎng)分布也是變化的，而ZQS磁選機(jī)選別區(qū)域的磁場(chǎng)是均勻的.(3)卸礦效率高.ZQS磁選機(jī)卸礦時(shí)切斷激磁電流，同時(shí)有振動(dòng)電機(jī)的輔助，且卸礦時(shí)間可調(diào)，故每個(gè)周期能充分把尾礦卸干凈，保證選別效率及尾礦不進(jìn)入下一個(gè)周期的精砂中.(4)由于聚磁介質(zhì)部件是不動(dòng)的，可以根據(jù)礦樣的不同選擇不同類型或組合的介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)介質(zhì)的多樣性，保證良好的選礦指標(biāo).

1—進(jìn)漿管道 2—給水管道 3—振動(dòng)裝置 4—上磁極 5—激磁部件 6—聚磁介質(zhì) 7—下磁極 8—機(jī)架9—回流管道 10—回漿管道 11—排鐵管道 12—精礦管道 13-溢流管道圖4 ZQS型磁選機(jī)簡(jiǎn)圖 Fig.4 Schematic diagram of ZQS magnetic separator

3.2 新生產(chǎn)流程及產(chǎn)品指標(biāo)

采用原流程生產(chǎn)，產(chǎn)品中有微量的粗粒砂，因此，在新流程中增加檢查篩，以去除+0.71 mm粒級(jí)砂.同時(shí)，產(chǎn)品的細(xì)粒級(jí)含量偏高，故新流程增加了脫細(xì)砂工序，以使石英砂的粒度組成達(dá)到客戶要求.原流程磁選設(shè)備除鐵效果不理想，新流程中增加ZQS-1000磁選機(jī)進(jìn)一步除鐵，新流程如圖5所示.按圖5所示的流程對(duì)ZQS-1000磁選機(jī)的磁場(chǎng)強(qiáng)度、給礦量、給礦濃度及磁選機(jī)每周期給礦時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行了條件試驗(yàn).

在給礦處理量25 t/h、給礦濃度30%左右、磁場(chǎng)強(qiáng)度1.2 T、磁選機(jī)每周期給礦時(shí)間180 s的條件下，進(jìn)行了3天9個(gè)班( 72 h)的連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果列于表6.工業(yè)連續(xù)穩(wěn)定試驗(yàn)的給礦和石英精砂產(chǎn)品的主要化學(xué)成分分析列于表7，石英精砂的粒度組成列于表8.

由表6可知，每班精砂產(chǎn)品的Fe2O3品位低于0.0080%，指標(biāo)穩(wěn)定，ZQS機(jī)除鐵效果顯著.精砂產(chǎn)品Fe2O3品位為0.0074%，達(dá)到光伏玻璃用砂對(duì)鐵含量的要求.由表7和表8可知，石英精砂的主要成分及粒度組成符合光伏玻璃用砂的要求 .

圖5 新生產(chǎn)流程圖Fig.5 Current production flow sheet

表6 工業(yè)連續(xù)穩(wěn)定試驗(yàn)結(jié)果

表7 工業(yè)試驗(yàn)石英精砂的主要化學(xué)成分分析

Table 7 Main chemical analysis of silica sand product by commercial test

產(chǎn)品名稱品 位/%SiO2Fe2O3TiO2Al2O3石英精砂99.600.00740.00660.24給礦99.530.01840.00730.26

表8 石英精砂產(chǎn)品的粒度組成

4 結(jié) 論

與原流程相比，現(xiàn)流程增加了檢查篩和脫細(xì)砂工藝，使石英砂產(chǎn)品的粒度合格；在原平環(huán)磁選后增加一段ZQS磁選，保證了石英砂產(chǎn)品Fe2O3品位低于0.0080%.采用新的磁選設(shè)備，可使石英砂產(chǎn)品的含鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.0080%以下，此工藝流程可推廣應(yīng)用于相關(guān)石英砂生產(chǎn)廠.