一种风化型花岗岩制备加工高纯石英砂的工艺

技术领域

本发明属于非金属矿深加工领域，具体涉及一种利用风化型花岗岩制备加工高纯石英砂的工艺。

背景技术

石英矿在自然界中分布十分广泛，但能够生产高纯石英的矿床却极为稀缺，因此如何有效的从天然硅质原料中提纯加工制备高纯石英一直是非金属矿加工领域的研究热点。花岗岩石英因含量偏低(20～30％)，矿石中石英、高岭石、云母和长石等杂质矿物总占比高达80％。花岗岩的矿床规模虽然多为大型和超大型，但迄今暂无以石英为主矿种来开发花岗岩石英的矿山，该类石英主要作为共伴生矿产资源或尾矿加以利用，总体利用程度相对较低。

目前，已有在实验室条件下利用花岗岩加工制备高纯石英砂报道。魏冬冬等人(申请号202010923980.8)公开了一种利用清洗-破碎制砂-煅烧-研磨-磁选-浮选的工艺可获得SiO

浮选是石英提纯的必备工序，也是去除杂质矿物的关键环节。花岗岩的浮选难点在于矿物含量低、单体解离度不高、泥化现象严重、石英矿物与杂质矿物可浮性差异小等，传统的阳离子捕收剂胺类(如十二胺)和阴离子捕收剂脂肪酸类(如油酸钠)很难对石英矿物与硅酸盐杂质矿物进行有效的分离。在改善捕收剂性能方面，组合用药的方法具有良好的发展前景，其显著优势在于原料来源广泛、工艺简单、灵活性高等。不同药剂之间按一定比例组合使用时，两者共同作用于矿物表面产生协同作用，进而达到“1+1>2”的增效效果。因此开发经济、高效的强化浮选分离新技术势在必行。

发明内容

针对花岗岩普遍存在的优质资源劣质使问题，本发明提供了一种破碎-磨矿-重选-磁选-浮选-浸出联合工艺提纯加工高纯石英砂的工艺，工艺流程如图1所示。

实现本发明目的的技术方案包括以下步骤：

(1)采用三段一闭路破碎流程，将花岗岩样品经大颚破碎机破碎后，进入小颚破碎机细碎，通过筛分得到-2mm粒级破碎产品。破碎产品经闭路磨矿方式干磨至-0.2mm粒度磨矿产品。

(2)在矿浆浓度为10～30％条件下，采用一段摇床(XZY-1600×700mm)进行重选，脱除绿泥石、微斜长石、白云母和钠长石。

(3)在矿浆浓度10～30％、磁场场强1～1.5T的条件下，采用湿式强磁选机或电磁高梯度磁选机，对摇床精矿进行两段磁选，抛除磁性杂质矿物。

(4)在单槽浮选机中，用HF也就是氢氟酸调整矿浆pH 2.0～3.0，在矿浆浓度10～30％、主机转速1700～2100r/min条件下，采用十二胺、十二烷基磺酸钠两种阴阳离子捕收剂外加0.01mM～0.1mM的摩尔浓度两性表面活性剂月桂基甜菜碱作为增效剂，对磁选精矿进行两段反浮选，去除长石类杂质矿物。

(5)在单槽浮选机中，用NaOH调整矿浆pH 11～12，采用十二胺、十二烷基磺酸钠、油酸钠三种阴阳离子组合捕收剂，CaCl

(6)称取一定质量浮选精矿装入石英坩埚中，置于800～1100℃马弗炉中煅烧1～2h后，迅速将煅烧物料取出置于超纯水中，使石英表面包裹体暴露出来，用超纯水对煅烧后产品进行洗涤5～10次；

(7)采用H

所述的风化型花岗岩为石英含量20～30％的低品位、风化程度高、晶粒较大的花岗岩。

所述的月桂基甜菜碱(Lauryl betaine)是一种两性表面活性剂，分子式为C16H33NO2，分子结构如图2所示。

本发明的特点和有益效果是：一种利用低品位风化型花岗岩制备加工高纯石英砂的工艺，即花岗岩原矿经破碎、闭路磨矿、摇床、反浮选-正浮选、煅烧水淬、酸浸的提纯加工流程处理后，可以获得SiO

本发明所涉及的增效剂月桂基甜菜碱是一种两性表面活性剂，具有价格低廉、性质稳定、无污染等优点，且在用量小于0.1mM的条件下，对石英提纯体系无金属离子和有机物的污染问题。该方法具有添加用量小、清洁环保、成本低、强化指标良好等优点，显著提高了石英浮选的富集比和杂质的去除率，为后续深度提纯制备石英高值化产品提供了一种新的途径，对其他类型花岗岩的精细加工同样具有一定的借鉴意义。

附图说明

图1为风化型花岗岩的提纯加工工艺流程图；

图2为月桂基甜菜碱的分子结构图；

图3为原矿的XRD分析图；

图4为浮选分离工艺流程图。

具体实施方案

实施例1

(1)从江西省抚州采集代表性的风化型花岗岩(以下简称花岗岩)矿样。原矿多元素分析结果见表1所示；X射线衍射分析结果见图3所示。原矿中SiO

表1原矿的多元素元素分析结果(％)

(2)采用三段一闭路破碎流程，将花岗岩样品经大颚破碎机破碎后，进入小颚破碎机细碎，通过筛分得到-2mm粒级破碎产品。破碎产品经闭路磨矿方式干磨至-0.1mm粒度磨矿产品。

(3)在给矿浓度为30％，磁场强度分别为1T和1.5T的场强条件下对-0.1mm磨矿产品进行磁选除杂，获得SiO

(4)取50g矿样于500mL浮选槽中，加入去离子水，搅拌3min，加HF或NaOH调整矿浆pH值，每一次浮选依次加入捕收剂(十二胺、十二烷基磺酸钠SDS、油酸钠)、活化剂(CaCl

表2三种不同浮选方案的浮选药剂制度对比

表3三种不同浮选方案的浮选结果对比

对比了两段反浮选、两段反浮选-正浮选不同浮选流程对浮选除杂的影响。结果表明，在HF用量为40mM(pH为2.0～3.0)，采用十二胺和SDS阴阳离子捕收剂通过两段单一反浮选，可获得产率为36.27％、精矿品位仅为92.77％的浮选精矿。在捕收剂为十二胺和SDS的两段反浮选的基础上，对反浮选精矿进一步浮选，采用十二胺、油酸钠、SDS三种组合捕收剂的正浮选后，可获得产率为35.94％、精矿品位96.18％的浮选精矿。对比方案I和方案II结果可知，对于石英含量低的磁选精矿进行单一反浮选脱除杂质效果不佳，通过两段反浮选-正浮选提纯效果可以有效改善。

对比方案II和方案III结果可知，两性表面活性剂月桂基甜菜碱的添加显著提高了石英矿物的提纯效率，浮选可直接获得3N级以上的高纯石英产品。主要杂质Al元素可由15.38％降低至0.035％，Al的去除率高达99.93％。

两性表面活性剂月桂基甜菜碱对石英浮选的强化机理在于：一方面，月桂基甜菜碱的乳化作用可以提高捕收剂的分散程度，与捕收剂分子之间发生了协同作用，进而强化捕收剂在石英矿物表面的吸附，提高了正浮选阶段石英的捕收能力；另一方面，月桂基甜菜碱选择性吸附在石英矿物表面，使石英矿物表面亲水性接触角降低至接近零，大大增加了反浮选阶段石英的抑制效果。

(5)称取一定质量的浮选精矿，装入石英坩埚中，置于马弗炉中煅烧，温度设定为1000℃，煅烧时间为2h。煅烧结束后，将样品快速倒入超纯水中进行水淬。通过“煅烧-水淬”可使石英中的矿物包裹体和流体包裹体由于热应力作用暴露出来，还可使晶格中的Al、Li、Na、K等元素在高温相变下向石英表面富集，有利于后续浸出的深度除杂。

(6)水淬后的样品经多次超纯水洗涤、烘干、冷却后用作浸出样品。取一定量浸出样品，置于洁净的聚四氟乙烯烧杯中，加入H

表4浸出精矿的多元素元素分析结果(μg/g)

实施例2

(1)从江西省抚州采集代表性的风化型花岗岩矿样。原矿多元素分析结果和X射线衍射分析结果分别见实施例1中的表1和图3所示。

(2)采用三段一闭路破碎流程，经大颚破碎机破碎后，进入小颚破碎机细碎，通过筛分得到-2mm粒级破碎产品。破碎产品经闭路磨矿方式干磨至0.1～0.2mm粒度磨矿产品。

(3)采用一段摇床(XZY-1600×700mm)进行重选分离，分选结果如表5所示。可以看出，0.1-0.2mm粒级样品经摇床分选后SiO

表5 0.1-0.2mm花岗岩摇床分选结果

(4)在给矿浓度为30％，磁场强度分别为1T和1.5T的场强条件下对摇床精矿进行磁选除杂，获得SiO

(5)取50g矿样于500mL浮选槽中，加入去离子水，搅拌3min，加HF或NaOH调整矿浆pH值，每一次浮选依次加入捕收剂(十二胺、十二烷基磺酸钠SDS、油酸钠)、活化剂(CaCl

表6三种不同浮选方案的浮选结果对比

对比了两段反浮选、两段反浮选-正浮选不同浮选流程对浮选除杂的影响。结果表明，在HF用量为40mM(pH为2.0～3.0)，采用十二胺和SDS阴阳离子捕收剂通过两段单一反浮选，可获得产率为61.34％、精矿品位仅为89.56％的浮选精矿。在捕收剂为十二胺和SDS的两段反浮选的基础上，对反浮选精矿进一步浮选，采用十二胺、油酸钠、SDS三种组合捕收剂的正浮选后，可获得产率为36.95％、精矿品位97.12％的浮选精矿。对比方案I和方案II结果可知，对于石英含量仅有47.27％的磁选精矿进行单一反浮选脱除杂质效果不佳，通过两段反浮选-正浮选提纯效果可以有效改善。

对比方案II和方案III结果可知，两性表面活性剂月桂基甜菜碱的添加显著提高了石英矿物的提纯效率，浮选可直接获得3N7级以上的高纯石英产品。主要杂质Al元素可由11.85％降低至0.1％，Al的去除率高达99.69％。

(6)称取一定质量的浮选精矿，装入石英坩埚中，置于马弗炉中煅烧，温度设定为1000℃，煅烧时间为2h。煅烧结束后，将样品快速倒入超纯水中进行水淬。

(7)水淬后的样品经多次超纯水洗涤、烘干、冷却后用作浸出样品。取一定量浸出样品，置于洁净的聚四氟乙烯烧杯中，加入H

表7浸出精矿的多元素元素分析结果(μg/g)