李維波，徐 昊，吳少飛，文 亭

（湖南省有色地質(zhì)勘查局二一四隊(duì)，湖南 株洲 412007）

石英砂不僅可以作為玻璃原料、陶瓷骨料、釉面材料、耐火材料、冶金添加劑、電器絕緣填料、研磨介質(zhì)、塑料填料、涂料添加劑，還可以用作金屬鑄造、高爾夫球場(chǎng)鋪面、建筑抹面和化工醫(yī)療等領(lǐng)域，而高純石英砂更是電子核心器件、光導(dǎo)通訊材料、太陽(yáng)能電池等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)不可缺少的重要材料。湖南省醴陵市石英砂礫巖礦資源豐富，主要集中在王仙-浦口-南橋一帶的石炭系下統(tǒng)樟樹(shù)灣組中［1］。目前該地區(qū)現(xiàn)有的石英砂巖礦主要以砂石骨料為主要用途，經(jīng)濟(jì)價(jià)值較低。近年來(lái)，醴陵市政府通過(guò)招商引資引進(jìn)旗濱玻璃集團(tuán)公司，著力打造高性能電子玻璃產(chǎn)業(yè)基地。浦口地區(qū)石英砂礫巖礦資源儲(chǔ)量大，SiO2平均含量96.17%，Al2O3平均含量1.08%，F(xiàn)e2O3平均含量1.07%，由于礦石中有害雜質(zhì)（Fe2O3、Al2O3）高［2］，該類石英砂巖是否符合可供高性能電子玻璃生產(chǎn)開(kāi)發(fā)的條件尚不明確，本次研究目的是利用浦口地區(qū)的石英砂巖，采用“洗礦脫泥—磨礦—磁選—分級(jí)—磨礦—混合酸浸出”的聯(lián)合流程從石英砂巖中選出經(jīng)濟(jì)效益高的石英精砂，并充分利用尾砂、尾泥。

1 礦石性質(zhì)

石英砂礫巖礦體賦存于石炭系下統(tǒng)樟樹(shù)灣組中段（C1zs2）［3］，礦體多為中淺層單斜礦體，埋深較淺，多出露地表，礦體厚度較穩(wěn)定。礦體巖石組合主要為灰白色石英礫巖、（含礫）石英砂巖，夾雜少量青灰色、紫紅色砂巖、砂質(zhì)泥巖，構(gòu)成石英礫巖-含礫石英砂巖-石英砂巖（砂巖、砂質(zhì)泥巖）基本層序，石英礫巖中發(fā)育大型透鏡狀層理，砂巖中可見(jiàn)楔狀交錯(cuò)層理。

石英砂礫巖礦石呈灰白色，中礫結(jié)構(gòu)，塊狀、厚層狀構(gòu)造；巖石成分主要為：礫石，占80%～85%，礫石主要為石英，大小3～8 mm，最大可達(dá)5 cm，礫石呈渾圓狀-次棱角狀，分選性較好，磨圓中等-較好，填隙物主要為石英細(xì)沙、粉砂，占5%～10%，膠結(jié)物主要為硅質(zhì)、少量泥質(zhì)，占5%；膠結(jié)方式為接觸式、孔隙式膠結(jié)，巖石固結(jié)程度好。巖石后期受應(yīng)力作用見(jiàn)少量次生裂隙，裂隙寬1～3 mm，沿裂隙充填少量的粘土礦物及氧化鐵質(zhì)。礦石中主要礦物組成及各礦物的相對(duì)含量見(jiàn)表1，化學(xué)成分見(jiàn)表2。

表1 試樣礦物組成表 %

表2 試樣化學(xué)分析結(jié)果 %

鐵的賦存狀態(tài)決定了除鐵工藝的選擇［4］，為更好地達(dá)到除鐵效果，對(duì)礦石中的含鐵礦物進(jìn)行了分析，分析結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 鐵物相分布表 %

根據(jù)分析結(jié)果，礦石中的含鐵礦物主要是赤鐵礦、褐鐵礦，其次為角閃石，再次為云母類、綠泥石及其它。

2 綜合利用試驗(yàn)

因石英砂產(chǎn)品綜合利用粒度為0.833～0.104 mm之間，對(duì)試驗(yàn)礦樣（即原礦）預(yù)先篩除-0.104 mm的細(xì)粒產(chǎn)品（原生尾泥）后，對(duì)＋0.104 mm的粗粒產(chǎn)品進(jìn)行磨礦，然后進(jìn)行磁選脫鐵和脫鐵尾礦進(jìn)行酸浸試驗(yàn)。石英砂礫巖礦提純可選性試驗(yàn)原則工藝流程如圖1所示。

2.1 原礦洗礦、脫泥分級(jí)試驗(yàn)

攪拌擦洗［5］是借助機(jī)械力分離粘結(jié)在石英砂表面的高嶺土，水云母及鐵質(zhì)膠結(jié)物，以獲得潔凈的石英砂和長(zhǎng)石，有利用下一步流程的順利進(jìn)行。將原礦用清水?dāng)嚢柘吹V三次，試樣中Fe2O3含量分別由0.80%降到了0.56%；Al2O3含量由0.53%降到了0.32%。石英砂產(chǎn)品中的Al2O3、Fe2O3含量有一定程度的降低；將洗礦后的原礦分別進(jìn)行篩分分級(jí)，對(duì)試樣的-0.104 mm原生尾泥中Fe、Al含量進(jìn)行測(cè)定，脫泥試驗(yàn)對(duì)Fe的去除效果一般，但對(duì)Al的去除效果較好，說(shuō)明含Al的礦物主要賦存在膠結(jié)的泥質(zhì)物中。

2.2 磨礦、磁選脫鐵試驗(yàn)

圖1 石英砂礫巖礦提純可選性試驗(yàn)原則工藝流程

2.2.1 磨礦

對(duì)洗礦脫泥后的分級(jí)＋0.104 mm粗粒產(chǎn)品在XMQ型球磨機(jī)中進(jìn)行磨礦，每次給礦量為1 000 g，磨礦濃度為66.67%，磨礦時(shí)間為變量，磨礦產(chǎn)品用150目（0.104 mm）和200目（0.074 mm）篩水篩，篩上、篩下產(chǎn)品分別烘干稱重，得到下一步磁選產(chǎn)品，根據(jù)磨礦時(shí)間與粒度產(chǎn)率分布圖，磨礦時(shí)間變長(zhǎng)，鐵含量反而增加，如圖2所示，因此磨礦時(shí)間不宜超過(guò)3 min。

圖2 磨礦時(shí)間與粒度產(chǎn)率、Fe2O3含量關(guān)系圖

2.2.2 磁選脫鐵試驗(yàn)

將試樣洗礦脫泥后的分級(jí)磨礦產(chǎn)品中進(jìn)行磁選試驗(yàn)，每次磁選給礦量為100 g，固定磁場(chǎng)強(qiáng)度為變量，磁選機(jī)脈沖為12次／min，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，SiO2品位逐漸升高，含鐵量逐漸降低，如圖3所示。

經(jīng)洗礦—分級(jí)—磨礦—磁選—分級(jí)，最終獲得的產(chǎn)品名稱、產(chǎn)率及化驗(yàn)品位見(jiàn)表4。

圖3 不同磁場(chǎng)強(qiáng)度下SiO2、Fe2O3含量變化曲線圖

表4 普通石英砂產(chǎn)品綜合試驗(yàn)指標(biāo) %

2.3 高純度石英砂提純?cè)囼?yàn)

目前，國(guó)內(nèi)石英砂提純的研究較多［6，7］，大多數(shù)提出了以酸浸為主的提純工藝。為獲得高純度的石英精砂，以滿足電子用玻璃的工藝需要，對(duì)本次樣品進(jìn)行了探索性試驗(yàn)，在已獲得的普通石英精砂的基礎(chǔ)上，對(duì)磁選的尾礦分別采用稀鹽酸、濃鹽酸及混合酸進(jìn)行浸出試驗(yàn)研究，試驗(yàn)給礦細(xì)度為0.417～0.104 mm含量100%，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 試樣1普通石英砂產(chǎn)品酸浸出試驗(yàn)結(jié)果

從試驗(yàn)結(jié)果表中能看出，在相同的條件下，濃硝酸＋濃鹽酸混合酸對(duì)鐵質(zhì)去除效果最佳。

經(jīng)過(guò)對(duì)普通石英砂礦石開(kāi)展提純流程試驗(yàn)，最終推薦綜合利用工藝流程為“洗礦脫泥—磨礦—磁選—分級(jí)—磨礦—混合酸浸出”，得到電子玻璃用高純度石英砂產(chǎn)品。

2.4 尾砂的綜合利用

經(jīng)過(guò)提純?cè)囼?yàn)除產(chǎn)出的普通石英砂產(chǎn)品和超純石英砂產(chǎn)品外，提純過(guò)程中產(chǎn)生的原生尾泥、次生尾泥、磁性產(chǎn)品利用是礦產(chǎn)資源綜合利用的重要組成部分，也是消除環(huán)境污染、變廢為寶的有利途徑。

原生尾泥、次生尾泥、磁性產(chǎn)品、粗粒產(chǎn)品主要成分是SiO2，雜質(zhì)主要是長(zhǎng)石、粘土、云母、鐵質(zhì)礦物等，其化學(xué)成分見(jiàn)表6。

從表6各產(chǎn)品的化學(xué)成分看，原生尾泥可以廣泛應(yīng)用于建材生產(chǎn)、制磚廠的原材料，也能滿足耐火材料、鑄造用砂對(duì)各成分含量的要求，達(dá)到綜合利用的目的；次生尾泥、磁性產(chǎn)品及＋0.833 mm粗粒產(chǎn)品可以考慮作為水泥廠的添加劑；0.833～0.417 mm粗粒產(chǎn)品中有害雜質(zhì)較低可以作為平板玻璃原料。

3 結(jié) 論

1.根據(jù)水洗、脫泥、磨礦、磁選試驗(yàn)結(jié)果，水洗脫泥對(duì)石英砂巖膠結(jié)物中的Al2O3去除效果較好，磨礦時(shí)間最佳為3min，在一定程度范圍內(nèi)SiO2品位隨磁場(chǎng)輕度增強(qiáng)逐漸升高，含鐵量隨磁場(chǎng)強(qiáng)度增強(qiáng)逐漸降低。

表6 選礦流程中各產(chǎn)品化學(xué)組分表 %

2.酸浸試驗(yàn)結(jié)果表明在相同條件下，采用濃硝酸與濃鹽酸1∶3混合酸除鐵效果最好。

3.為得到高純度電子玻璃用石英砂產(chǎn)品，推薦使用綜合利用工藝流程為“洗礦脫泥—磨礦—磁選—分級(jí)—磨礦—混合酸浸出”。