崔少文 蔡曉慶 徐銀全 董家奇 董 振

（建龍重工集團(tuán)本溪龍新礦業(yè)有限公司）

石英是一種物理和化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定，性能優(yōu)異，且用途廣泛的礦產(chǎn)資源［1］。通常，根據(jù)石英內(nèi)部雜質(zhì)和氣液包裹體的含量來(lái)決定石英的純度及用途；根據(jù)應(yīng)用范圍可將石英產(chǎn)品區(qū)分為普通石英砂、精制石英砂、高純石英砂、熔融石英砂和硅微粉5類。普通石英砂可應(yīng)用于玻璃、陶瓷、鑄造、化工、冶金、造紙等領(lǐng)域，是工業(yè)生產(chǎn)、制造的重要原材料。隨著光纖及半導(dǎo)體工業(yè)地飛速發(fā)展，優(yōu)質(zhì)石英資源日趨枯竭［2-3］。合理開(kāi)發(fā)并充分利用現(xiàn)有石英砂資源已成為當(dāng)下石英產(chǎn)業(yè)的研究重點(diǎn)［4］。遼寧本溪思山嶺礦區(qū)經(jīng)勘探發(fā)現(xiàn)大量SiO2品位為96.502%的石英礦，預(yù)估資源儲(chǔ)量5～7 億t。現(xiàn)對(duì)該礦石進(jìn)行初步石英提純?cè)囼?yàn)和工藝探索研究，探尋適宜的工藝流程及分選條件，對(duì)遼寧本溪思山嶺地區(qū)石英資源的高效開(kāi)發(fā)、利用具有重要的指導(dǎo)意義。

1 試驗(yàn)原料及設(shè)備

1.1 礦石性質(zhì)

試驗(yàn)用礦樣為遼寧本溪思山嶺石英礦，礦石為具有光澤的灰白色塊狀，表面覆有一層紅褐色表皮。原礦多元素化學(xué)分析結(jié)果見(jiàn)表1，巖礦鏡下鑒定分析結(jié)果見(jiàn)圖1。

由表1 及圖1 可知，該礦石屬變質(zhì)石英巖，結(jié)構(gòu)構(gòu)造較為簡(jiǎn)單，主要由石英、少量粒度較細(xì)的白云母及泥質(zhì)礦物等雜質(zhì)組成，其中石英表現(xiàn)為粒狀變晶結(jié)構(gòu)，集合體為致密塊狀構(gòu)造，少量泥質(zhì)礦物分布在石英裂隙之中，部分白云母礦物被石英包裹。金屬礦物主要為少量黃鐵礦、褐鐵礦和磁鐵礦，呈他形粒狀結(jié)構(gòu)和星散狀構(gòu)造分布在石英裂隙中。礦石中主要組成礦物SiO2品位為95.60%，主要雜質(zhì)Al2O3、ZnO、Fe2O3、TiO2含量分別為0.345%,0.229%,0.113%,0.033 8%，其中TiO2、Fe2O3含量偏高。

1.2 原礦粒度篩析及粒級(jí)多元素分析

將原礦破碎至-0.71 mm，采用網(wǎng)格縮分法取樣1 kg，使用試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格篩進(jìn)行篩析，產(chǎn)品篩析及多元素分析結(jié)果見(jiàn)圖2、圖3。

由圖2、圖3 可見(jiàn)，該石英礦物硬度較高，雜質(zhì)嵌布粒度較細(xì)。-0.71+0.105 mm 粒級(jí)產(chǎn)率為77.86%，-0.105 mm 粒級(jí)累積產(chǎn)率為22.14%，細(xì)粒級(jí)含量較少。-0.71+0.105 mm 粒級(jí)SiO2品位在96.2%以上，高于-0.105 mm 粒級(jí)SiO2品位。隨著粒級(jí)的降低，各粒級(jí)中Fe2O3、TiO2、Al2O3品位升高，-0.44mm粒級(jí)礦物中Fe2O3、TiO2、Al2O3品位分別為0.545%，0.052%，0.802%，遠(yuǎn)高于-0.71+0.105 mm 粒級(jí)礦物中的各組分含量。此現(xiàn)象說(shuō)明，該石英礦物中，雜質(zhì)主要富集在細(xì)粒端，富集在粗粒端的雜質(zhì)含量相對(duì)較少，造成這種現(xiàn)象的主要原因是礦石表面存在氧化膜且礦物中含有部分鐵氧化物、長(zhǎng)石礦物，破碎過(guò)程中，在機(jī)械力的作用下，礦物顆粒受應(yīng)力作用被擠壓粉碎，此時(shí)礦物顆粒表面相互摩擦，由于氧化膜及長(zhǎng)石等雜質(zhì)的硬度小于石英，相較于石英更易被粉碎，在同等粉碎條件下，礦物中的雜質(zhì)更易形成細(xì)粒級(jí)產(chǎn)物。因此，細(xì)粒級(jí)礦物中雜質(zhì)富集較多。

1.3 試驗(yàn)設(shè)備及試劑

試驗(yàn)主要儀器及設(shè)備為PE-150X250 試驗(yàn)室顎式破碎機(jī)、QH2PG-90X100 對(duì)輥破碎機(jī)、SGB-0307濕式強(qiáng)磁板式磁選機(jī)、LHGC500AFT 立環(huán)高梯度磁選機(jī)、HTDZ-150 電磁漿料高梯度磁選機(jī)、XFD-0.5L試驗(yàn)室單槽浮選機(jī)，主要試驗(yàn)藥劑有黃藥、HT-3、HT-8 等。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

考慮到提純后石英后續(xù)產(chǎn)品的銷售及應(yīng)用問(wèn)題，將石英原礦破碎至-0.71+0.105 mm、-0.105 mm 兩個(gè)粒級(jí)進(jìn)行試驗(yàn)［5］。根據(jù)礦石性質(zhì)可知，影響該石英礦提純的主要雜質(zhì)為含鐵氧化物，且其主要富集在細(xì)粒端。鐵在石英中的賦存狀態(tài)不同，其被除去的難易程度也不同，磁選是降低開(kāi)采加工過(guò)程中混入的機(jī)械鐵以及石英砂中Fe2O3最有效的選礦方法，是石英砂選礦工藝流程中必不可少的環(huán)節(jié)［6-7］。由于石英、長(zhǎng)石的礦物性質(zhì)相近，簡(jiǎn)單的物理方法很難將其分離開(kāi)來(lái)，因此石英中長(zhǎng)石、云母等雜質(zhì)的分離則需要依靠浮選法［8-10］。故該石英礦的提純采用磁選—浮選聯(lián)合工藝流程。

2.1 磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度條件試驗(yàn)

采用SGB-0307 濕式強(qiáng)磁板式磁選機(jī)，對(duì)-0.71 mm 粒級(jí)的石英原礦在磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.1 T 的條件下進(jìn)行粗選除鐵試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。采用LHGC-100F周期式立環(huán)高梯度磁選機(jī)，在選別條件不變的情況下，對(duì)濕式強(qiáng)磁板式磁選粗精礦進(jìn)行磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖4。

由圖4 可見(jiàn)，在試驗(yàn)條件范圍內(nèi)，隨著背景磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，分選產(chǎn)品中SiO2含量先增加后降低，F(xiàn)e2O3含量先降低后增加；在背景磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.2，1.4 T 時(shí)，石英品位能達(dá)到99%以上；在背景磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.2 T 時(shí)選別效果最好，SiO2含量最高為99.173%，F(xiàn)e2O3含量最低為0.041%，造成這種現(xiàn)象的主要原因是，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的不斷增加，設(shè)備介質(zhì)盒中所產(chǎn)生的磁性越強(qiáng)，吸附的弱磁性礦物越多，當(dāng)吸附的礦量達(dá)到介質(zhì)盒所能承受的極限后，再給入的礦物很難被吸附，未被吸附的礦物會(huì)隨漿料進(jìn)入石英精礦中，影響石英精礦品質(zhì)。

2.2 分選流程初步探索試驗(yàn)

將原礦破碎至-0.71 mm，使用篩孔尺寸0.105 mm 篩進(jìn)行粗細(xì)分級(jí)，得到-0.71+0.105 mm 粒級(jí)的粗粒端礦樣及-0.105 mm 的細(xì)粒端礦樣，對(duì)各礦樣分別進(jìn)行石英提純分選試驗(yàn)。

（1）粗粒端石英礦物流程試驗(yàn)。采用SGB-0307濕式強(qiáng)磁板式磁選機(jī)在磁場(chǎng)強(qiáng)度1.1 T 的條件下，對(duì)-0.71+0.105 mm 粒級(jí)石英礦物進(jìn)行分選試驗(yàn)。分選獲得的石英粗精礦給入LHGC-500AFT 高梯度立環(huán)磁選機(jī)，在背景磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.4 T 的條件下進(jìn)行兩段分選，所得石英精礦為粗粒端流程試驗(yàn)的最終石英精礦。試驗(yàn)流程見(jiàn)圖5，各作業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3，多元素分析結(jié)果見(jiàn)表4。

由表4可知，強(qiáng)磁板式磁選機(jī)能夠初步去除石英砂中少量的強(qiáng)磁性礦物，兩段立環(huán)高梯度磁選機(jī)能夠除去共計(jì)7.59%的磁性礦物。磁選能降低礦物中0.049%的鐵含量以及0.02%的Al2O3。通過(guò)該流程分選，最終能得到-0.71+0.105 mm 粒級(jí)SiO2含量99.08%、Fe2O3含量0.032%、TiO2含量0.012%、Al2O3含量0.156%的石英精礦。

（2）細(xì)粒端石英礦物流程試驗(yàn)。采用SGB-0307濕式強(qiáng)磁板式磁選機(jī)在磁場(chǎng)強(qiáng)度1.1 T 的條件下，對(duì)-0.105 mm 粒級(jí)石英礦物進(jìn)行分選，分選獲得的石英粗精礦給入LHGC-500AFT 高梯度立環(huán)磁選機(jī)分選，背景磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.4 T，立環(huán)磁選所得石英精礦給入HTDZ-150電磁漿料高梯度磁選機(jī)進(jìn)行分選，背景磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.7 T，電磁漿料磁選所得石英精礦進(jìn)行石英—長(zhǎng)石浮選分離試驗(yàn)，浮選所得為-0.105 mm 粒級(jí)的最終石英精礦。試驗(yàn)的主要目的為除去-0.105 mm 粒級(jí)石英礦物中的磁性礦物，分離出長(zhǎng)石，達(dá)到提升石英品質(zhì)的目的。試驗(yàn)流程見(jiàn)圖6，各作業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及多元素檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表5、表6。

由表6 可知，通過(guò)磁選能初步去除石英砂中的磁性礦物，浮選能進(jìn)一步提純石英，降低礦物中的雜質(zhì)含量。磁選能分離出23.87%的磁性礦物雜質(zhì)，浮選能分離出22.92%的非磁性礦物雜質(zhì)，其中電磁漿料磁選分選出的磁性礦物中夾雜石英較多。按照該流程，磁選后能得到SiO2含量98.916%、Fe2O3含量0.101%、TiO2含量0.013%、Al2O3含量0.331%的-0.105 mm 粒級(jí)石英精礦，此時(shí)礦物中雜質(zhì)含量偏高，不能達(dá)到合格工業(yè)品位。對(duì)-0.105 mm 粒級(jí)磁選石英精礦進(jìn)行石英—長(zhǎng)石浮選分離后，能得到 產(chǎn) 率53.21%，SiO2含 量99.48%、Fe2O3含 量0.021%、TiO2含量0.006 2%、Al2O3含量0.071%的石英精礦，該石英精礦為-0.105 mm 粒級(jí)石英砂最終產(chǎn)品。

2.3 全流程試驗(yàn)

依據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，該石英礦石可采用粗細(xì)分級(jí)—磁浮聯(lián)合工藝進(jìn)行選別，試驗(yàn)流程見(jiàn)圖7，結(jié)果見(jiàn)表7。

由表7 可知，在原礦SiO2品位95.60%時(shí)，應(yīng)用該流程可獲得SiO2品位分別為99.08%、99.48%的兩種石英精礦，滿足工業(yè)石英礦選別指標(biāo)要求［10］。

3 結(jié)論

（1）本溪思山嶺石英巖礦石屬變質(zhì)石英巖，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要組成礦物SiO2品位為95.60%，主要雜質(zhì)為Al2O3、ZnO、Fe2O3、TiO2，其中TiO2、Fe2O3含量偏高。采用粗細(xì)分級(jí)—磁浮聯(lián)合工藝對(duì)該礦物進(jìn)行分選提純，最終能獲得-0.71+0.105 mm 粒級(jí)SiO2品位為99.08%以及-0.105 mm 粒級(jí)SiO2品位為99.48%的石英精礦。

（2）石英提純效果隨著礦物細(xì)度的降低而提高。粗細(xì)分級(jí)—磁浮聯(lián)合工藝能夠提前對(duì)礦物進(jìn)行分級(jí)，根據(jù)需求拋雜，依據(jù)產(chǎn)品定位分選出最適宜的石英產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的多元化，經(jīng)濟(jì)效益顯著。同時(shí)，減輕單一流程處理量，提高處理能力及分選效率，對(duì)降能增效具有一定的作用，并可有效解決脈石礦物嵌布粒度細(xì)、分布不均勻?qū)е碌倪x別困難的問(wèn)題。

（3）針對(duì)該石英礦中脈石礦物嵌布粒度細(xì)、分布不均勻的問(wèn)題，應(yīng)結(jié)合礦石的實(shí)際性質(zhì)及試驗(yàn)結(jié)果，加強(qiáng)最終產(chǎn)品類別的精準(zhǔn)定位，開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)合理的工藝流程，最大限度地實(shí)現(xiàn)有用礦物地回收利用，實(shí)現(xiàn)資源的高效利用。