伴生黄铁矿石英砂矿石绿色提纯工艺研究

姚 乐，段树桐，谢永民,2，孙 翔,2

(1.中建材蚌埠玻璃工业设计研究院有限公司,蚌埠 233018;2.凯盛石英材料(黄山)有限公司,黄山 245000)

目前，我国浮法玻璃企业通常使用的原料主要包括石英砂(硅砂)、长石、白云石、石灰石、纯碱、芒硝、碳粉等，将原料按一定比例配制，经熔窑高温熔融，玻璃液从池窑中连续流至并漂浮在相对密度较大的锡液表面上(即锡槽)，由于地心引力及本身表面张力作用，玻璃液在熔融锡表面上，摊成厚度均匀平整的玻璃带，冷却后引上过渡辊台，辊台辊子的转动把玻璃带拉出锡槽进入退火窑，再经退火切割而成透明无色平板玻璃产品。玻璃产品具有玻璃表面特别平整光滑、厚度非常均匀，光学畸变很小等特点[1]。

浮法玻璃配方中SiO2是形成浮法玻璃最主要的氧化物，SiO2：69%～73%，主要由石英砂提供。其中Fe2O3在无色透明浮法玻璃生产中属于有害杂质，它能使玻璃着成黄绿色而影响玻璃的光学性能。目前高档无色浮法玻璃制品中Fe2O3≤0.08%[1]。

该文旨在探索以采用伴生黄铁矿的石英砂岩矿为原料进行绿色提纯工艺研究，使其能够满足浮法玻璃对硅质原料的化学成分要求。

1 试 验

1.1 原矿相关分析

原矿取自四川省某地石英砂岩矿区，样品湿度较大，将样品先进行晾干。采用颚式破碎机和筛分设备对原矿进行了加工，使物料在5 mm以下，筛下物混合均匀后制备成满足试验要求的原料。

1.1.1 矿石多元素化学分析

为了查明矿石中所含化学元素及矿物的种类和数量，对矿石进行了多元素化学分析，分析结果见表1。

表1矿石多元素化学分析结果/%

样品SiO2Al2O3Fe2O3TiO2CaOMgOCr2O3K2ONa2O烧失量备注YP-197.131.420.280.0250.005 40.0250.520.1320.0020.460 6-5 mmYP-297.311.380.30.0210.006 20.0210.510.0920.0010.358 8-5～+0.71 mmYP-396.821.580.220.0290.005 10.030.580.2130.0030.519 9-0.71 mm

由表1中结果分析可知，该矿石中Fe2O3含量达到了0.28%，有害组分大大超出了浮法玻璃用砂对原料的质量要求。因此，需要采用经济可行的技术工艺手段，以提高有益组分并降低有害组分，使试样质量满足配方要求。

1.1.2 矿物组成及主要矿物嵌布特征

为了进一步查明矿石的具体组成矿物，对矿石进行了工艺矿物学分析。该矿是一种硅泥质中粒石英砂岩；原矿以石英为主，占95%以上，粒径范围0.154～0.6 mm(28目～100目)；同时含少量或微量其它杂质矿物，主要是黄铁矿等。显微镜显示见图1：石英(Q，图中无色部分)内部及周围嵌布有褐色黄铁矿(P)和浅绿色云母(I)，包裹体矿物一般0.053～0.060 mm。对矿石质量影响较大的是黄铁矿和粘土矿物，它们以粒间填隙物无序散布于石英颗粒之间；Fe2O3含量为0.28%，主要来源于黄铁矿，也有部分来源于粘土矿物。

1.2 试剂与仪器设备

该工艺不使用任何化学试剂。

破碎作业：颚式破碎机，型号：PE-150×250和PEX-100×125；辊式破碎机，型号：XPS-Φ250×150。

磨矿作业：棒磨机，型号：XMB-Φ240×200。

分级作业：水力分级机，型号：Φ50 mm。

擦洗作业：擦洗机，型号：XFD12、1.5 L。

磁选作业：高梯度磁选机，型号：SSS-I型周期式。

重选作业：螺旋溜槽，型号：Φ600 mm。

1.3 试验过程

1.3.1 磨矿作业

对磨矿作业影响的因素很多，这里主要考虑了磨矿时间、装棒量等因素对磨矿产品的影响。

1)装棒量试验 装棒量试验条件及结果见表2。

表2 装棒量试验条件及结果

注：1)磨矿时间：2 min；2)磨矿浓度：50%。

表2试验数据结果表明：装棒量的多少对磨矿产品合格粒级含量有很重要的影响，适当增加装棒量，有利于磨矿作业产量的提高。综合考虑，确定装棒量为4.12 kg。

2)磨矿时间试验 磨矿时间试验条件及结果见表3。

表3 磨矿时间试验条件及结果

注：1)装棒量：4.12 kg； 2)磨矿浓度：50%。

表3试验数据结果表明：磨矿时间为2 min时，磨矿效果最好，综合考虑，确定磨矿时间为2 min。

1.3.2 分级作业

为了降低磨矿产品中-0.125 mm粒级含量，采用Φ50 mm水力分级机对磨矿产品进行分级试验。分级作业流程试验条件及结果见表4。

表4分级试验条件及结果

序号上升水量/(L·h-1)产率/%分级沉砂粒度指标/%+0.71 mm0.71～0.125 mm-0.125 mm12089.27096.083.9224088.66096.973.0336087.81097.252.75

表4试验数据结果表明：水力分级机是控制沉砂中-0.125 mm粒级含量的有效手段，通过适当调节上升水量，就可以较方便地控制细粒级的含量。当上升水量为20 L/h时，分级沉砂中-0.125 mm粒级含量为3.92%，满足浮法玻璃对石英砂原料的粒度要求。综合考虑，上升水量控制在20 L/h为宜。

1.3.3 擦洗作业

为去除石英颗粒表面的胶结物，以进一步降低试样中Fe2O3、Al2O3的含量，进行了擦洗试验。

擦洗作业是在较高矿浆浓度下，利用叶轮的旋转，带动矿浆旋转，从而使砂粒与砂粒之间发生撞击、磨擦，从而达到去除石英颗粒表面胶结物的目的[2]。由于该次试验采用绿色环保的工艺方法，不采用任何化学试剂，因此主要考虑擦洗时间对试样的影响。擦洗条件及试验结果见表5。

表5 擦洗条件及试验结果

注：脱泥采用虹吸脱泥方式，脱泥4次，擦洗浓度50%。

表5试验数据结果表明：擦洗作业能够降低该试样中Fe2O3含量，随着擦洗时间的增加，Fe2O3含量降低幅度逐渐减小。擦洗时间的增加会带来电能的消耗增加，造成能源的浪费。综合考虑，该试验擦洗时间确定为10 min。

1.3.4 磁选作业

磁选是在磁选设备的磁场中进行的。被选矿石给入磁选设备的选分空间后，受到磁力和机械力(包括重力、离心力、水流动力等)的作用。磁性不同的矿粒受到不同的磁力作用，沿着不同的路径运动。由于矿粒运动的路径不同，所以分别接取时就可得到磁性产品和非磁性产品[3]。磁选作业条件及试验结果见图2。

图2试验数据表明：通过磁选作业可以降低产品中的Fe2O3含量，随着磁通量密度的增加，Fe2O3含量逐渐降低，在磁通量密度为300 mT时到达平台数据，趋于稳定。考虑经济成本和实现的难易程度，该次试验确定采用磁通量密度为300 mT作为磁选作业的条件。

1.3.5 重选作业

为降低试样中Fe2O3及重矿物的含量，对试样进行重选试验。重选作业是利用矿物比重不同，在重力离心力的作用下，使矿粒群在运动中按比重的不同分离，以达到对重矿物进行分选的目的[4]。影响重选作业效果的因素很多，该次试验主要考虑重选次数对试验结果的影响。重选作业设备采用Φ600 mm螺旋溜槽，重选作业条件及结果见图3，重选补加水量为1 296 L/h。

图3试验数据表明：重选作业可以降低精砂中Fe2O3含量，重选次数越多降铁效果越明显，产品中的Fe2O3含量逐渐降低，二次重选和三次重选后的产品Fe2O3含量差别不大，二次重选后Fe2O3含量为0.058%，该指标证明试验结果良好。重选次数过多会造成产品产率的降低，并且在工业生产中会造成能耗的增加和资源的浪费。因此，为了保证后续试验精砂质量确定采用二次重选。

1.4 组合工艺稳定流程试验

经过上述试验过程的探索，最终确定以下试验流程：破碎—磨矿—筛分—分级—擦洗—磁选—重选—重选。稳定流程试验结果见表6。

表6 稳定流程试验结果

稳定流程试验结果表明：采用该组合工艺，得到的石英精砂产品中SiO2含量达到了99.02%～99.10%，Fe2O3含量达到了0.057%～0.062%。该精砂指标完全能够满足浮法玻璃对硅质原料要求。

2 结果与讨论

该试验根据伴生黄铁矿的石英砂岩工艺矿物学的特点，采用无介质擦洗作业、磁选和以塔式螺旋溜槽进行重选的清洁提纯技术，适用于以伴生黄铁矿的石英砂岩矿为原料生产浮法玻璃用砂的企业。该试验具有一定的优势，具体体现在以下几个方面：

1)无化学污染。该试验采用无介质擦洗、磁选和重选等清洁提纯技术，无任何化学试剂的加入，可以做到无化学污染，不会对环境造成伤害。

2)效果明显。采用无介质擦洗作业、磁选和以塔式螺旋溜槽进行重选的清洁提纯技术，可以有效地去除黄铁矿，降低Fe2O3的同时，对降低Al2O3等有害成分也具有良好的效果。

3)工艺简单。该试验工艺十分简单，工作方便，容易掌握，实用能力强。

4)安全性好。该试验没有任何化学试剂的加入，采用该发明不会对环境及人员产生不利的影响。

5)推广容易。该试验工艺简单，操作简易，设备和材料成本低廉，没有化学试剂的加入，非常容易掌握和学习，利于推广应用。

6)用途广泛。该试验可以适用伴生黄铁矿的石英砂岩矿，可以根据黄铁矿含量的多少进行适当的调整，以适应当地生产环境。

7)社会经济效益显著。目前，关于伴生黄铁矿的石英砂岩除铁工艺采用的均为化学方法，其生产成本很高且对环境具有较大的影响，后续的处理工艺投入较大。

[1] 彭 寿.新玻璃概论(修订版)[M].北京：高等教育出版社，2015.

[2] 王淀佐.资源加工学[M].北京：科学出版社，2008.

[3] 郑水林.非金属矿加工技术与应用手册[M].北京：冶金工业出版社，2005.

[4] 谢广元.选矿学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2001.