魏 軍，程 鈧，王言偉，時 晨

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心山東總隊，山東 濟(jì)南 250100)

高純石英砂是新能源、光導(dǎo)纖維、信息技術(shù)、航空航天、國防軍工、集成電路等高新技術(shù)領(lǐng)域不可替代的關(guān)鍵原材料[1]。我國石英資源豐富，但能作為優(yōu)質(zhì)原料被直接利用的資源十分有限[2]。天然石英礦一般需要經(jīng)過選礦提純才能應(yīng)用[3]。因此，石英砂提純加工技術(shù)對促進(jìn)石英產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有重要意義[4]。

山東某地脈石英資源儲量大、礦石質(zhì)量優(yōu)，具有較好的開發(fā)前景。在對該地區(qū)進(jìn)行了一系列的地質(zhì)工作后，經(jīng)取樣分析：脈石英中SiO2含量介于99.21%～99.66%。為更好的了解礦石的可選性，本文在分析山東某地脈石英性質(zhì)的基礎(chǔ)上，開展了選礦試驗，最終得到了SiO2含量≥99.954 2%的石英砂，本文對選礦試驗進(jìn)行了總結(jié)。

1 原料分析

(1)礦石特征。

該地區(qū)脈石英脈體主要賦存在新太古代侵入巖體內(nèi)，礦石自然類型為含晶脈石英；主要圍巖為傲徠山序列及嶧山序列侵入巖。

礦樣為巖漿期后熱液形成的含晶脈石英[5]，外觀呈乳白色，新鮮斷口呈油脂及玻璃光澤，含少量水晶，透明度很高。礦石主要由石英構(gòu)成，含量≥99%，破碎后的石英晶體呈次棱角狀，粒徑在0.05～15mm，其中以0.2～8mm居多，顆粒致密鑲嵌，局部有重結(jié)晶現(xiàn)象[6]。

本次試驗石英原礦SiO2含量為99.476%，主要雜質(zhì)成分為Al2O3和Fe2O3(表1)。石英原礦及破碎后得到的不同粒級產(chǎn)物主要礦物成分為石英[7]，其他雜質(zhì)礦物含量極少。由表中數(shù)據(jù)分析可知越粗的顆粒中SiO2含量越高，雜質(zhì)成分越少。

表1 不同粒級產(chǎn)物的化學(xué)成分 (單位：%)

(2)顯微特征。

將石英塊磨制成0.03mm的薄片，通過偏光顯微鏡法對石英中雜質(zhì)礦物的賦存狀態(tài)及礦物包裹體物相進(jìn)行分析、觀測[8](圖1)。

圖1 試驗樣品在偏光顯微鏡下的圖像

圖1a中可見大顆粒裂紋分布，裂紋中賦存有黑色雜質(zhì)成分。圖1b中為云母與金屬礦物雜質(zhì)，其中干涉色呈淡黃色的包裹體為云母，發(fā)亮部分與石英的反光光學(xué)性質(zhì)不同，具有金屬光澤，反射率高呈不規(guī)則輪廓的粒狀為黃鐵礦。圖1c分別為氣液包裹體，黑色凹坑即為氣液包裹體破裂形成。圖1d為細(xì)粒狀結(jié)合體，顆粒為半自形晶，呈他行棱角狀，石英晶體呈鑲嵌狀集合體，裂理發(fā)育呈交叉狀結(jié)構(gòu)，界線分明。

(3)電子探針微區(qū)分析。

采用電子探針對石英薄片進(jìn)行微區(qū)分析(圖2、表2)。根據(jù)以往經(jīng)驗得知圖2中的Cr、Ag等為制片磨料混入雜質(zhì)，不作為原生元素成分；圖2b、c中存在C、N等元素，說明原礦中可能存在氣體包裹體；圖2b中主要金屬雜質(zhì)元素為Na、Al、Ca等，雜質(zhì)礦物成分可能主要為長石等；圖2c中主要金屬雜質(zhì)元素為Fe、Mg、Al、K等，雜質(zhì)礦物成分可能主要為云母、鐵礦物、粘土等。

表2 電子探針分析

圖2 試驗樣品在電子探針下的圖像

2 試驗研究

針對本試驗中原礦的雜質(zhì)組分，采用破碎、色選、擦洗脫泥、分級、磁選等物理、化學(xué)方法對石英原礦進(jìn)行了提純試驗研究，試驗工藝流程見圖3所示。

圖3 試驗工藝流程圖

2.1 原料破碎

根據(jù)提純試驗的技術(shù)要求，石英顆粒色選粒度根據(jù)雜質(zhì)解離狀態(tài)而定，一般最佳粒度為2～15mm，根據(jù)以往經(jīng)驗，首先將原料破碎成-10mm和-5mm兩個粒度范圍(＞10mm則大部分解離不充分，＜5mm容易造成細(xì)粉過多)，然后過2mm篩分級，分級結(jié)果如表3所示，以此來對比確定色選粒度。

表3 不同粒度范圍分級結(jié)果

取分級后5～10mm(A粒度)和1～5mm(B粒度)兩種粒度范圍的原料進(jìn)行色選，通過BTKS1200-A雙層機(jī)進(jìn)行試驗[9-10]，試驗結(jié)果如表4所示，結(jié)果顯示，兩個粒度的原料經(jīng)過色選后SiO2含量有明顯的提高，其他雜質(zhì)組分也顯著降低。A、B兩種粒度原料經(jīng)過色選后所得精料的指標(biāo)基本沒有差異，A粒度所得總產(chǎn)率為78.17%，B粒度所得總產(chǎn)率為73.12%，A粒度總產(chǎn)率大于B粒度總產(chǎn)率，由此確定原料色選的破碎粒度為10mm。

表4 粒度對色選結(jié)果的影響

2.2 擦洗脫泥

將色選原料粒徑粉碎到-1mm，然后進(jìn)行擦洗脫泥，試驗采用機(jī)械強(qiáng)力擦洗，擦洗濃度55%、擦洗時間30min，擦洗后的漿料采用200目標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行分級脫泥[11]。因為石英中成泥礦物粒度的尺寸一般小于0.01mm，當(dāng)石英被磨碎到50μm以后，存在于石英內(nèi)部雜質(zhì)相中的含泥礦物大部分脫落下來，進(jìn)入到50μm以下的部分就是需要脫除的，擦洗脫泥試驗結(jié)果及產(chǎn)品質(zhì)量如表5所示。

表5 擦洗產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)

2.3 磁選

經(jīng)過擦洗脫泥后得到精礦的Fe2O3含量為0.019%，進(jìn)一步開展除鐵試驗。試驗條件：礦漿含量20%、礦漿流速1.0L/min，磁場強(qiáng)度試驗結(jié)果見表6，磁場強(qiáng)度影響曲線見圖4。由試驗結(jié)果和影響曲線圖分析可知，隨著磁場強(qiáng)度的逐漸增大，SiO2含量基本呈先增大后穩(wěn)定的趨勢，而Fe2O3含量則呈先減少后穩(wěn)定的趨勢，當(dāng)磁場強(qiáng)度為1.2T時，磁選效果出現(xiàn)拐點(diǎn)，由此確定磁選的磁場強(qiáng)度為1.2T[12-13]。

圖4 磁場強(qiáng)度對SJ除鐵的影響

表6 磁場強(qiáng)度試驗結(jié)果

綜合上述試驗方法，經(jīng)過磁選后石英砂的SiO2含量99.954%、Fe2O3含量0.004%，Al2O3含量0.007%，提純后的產(chǎn)品見圖5。

表7 磁選產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)

圖5 石英砂產(chǎn)品

3 結(jié)論

(1)本次試驗確定了最優(yōu)工藝參數(shù)：色選破碎粒度為5～10mm、擦洗濃度為55%、擦洗時間為30min、磁場強(qiáng)度為1.2T、進(jìn)漿流量為1L/min、礦漿濃度為20%[14]。

(2)采用“破碎→色選→粉碎→擦洗脫泥→磁選”的工藝，可以有效去除該地區(qū)石英砂中的雜質(zhì)，提純后的SiO2含量≥99.954%，有害組分分別為：Fe2O30.004%、Al2O30.007%；滿足高純石英砂的要求。

(3)確定了此脈石英礦具有較好的提純潛力，進(jìn)一步提純后可作為高純石英砂原料[15]，具有較好的工業(yè)應(yīng)用前景。