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超白玻璃用石英原料深加工的三種方法

發表時間:2019-02-21 15:12 瀏覽:

  基于超白玻璃的優異性能以及在綠色能源 、高檔轎車 、高級建筑 、高檔同藝和高檔家具中不可替代的地位 ,未來生產量及需求量將大幅度升高,這就使超白玻璃用原料的大規模供應出現瓶頸。因為生產超白玻璃用量最大的石英原料礦源及儲藏量極其有限 ,而低品位石英礦源卻十分充裕 ,要解決這個發展瓶頸 ,滿足超白玻璃對生產原料的高規格要求,研發各種石英原料深加工技術,提高石英原料品位勢在必行。

  一、超白玻璃與普通玻璃生產要求

超白玻璃與普通玻璃化學組成(質量分數)/%

  由表1可看出,兩種玻璃成分的最大差別就是 Fe2O3的含量,超白玻璃允許 Fe2O3,質量分數不超過150x10-6,遠遠低于普通玻璃的要求,兩種玻璃對石英砂粒度的要求相同,如表 2 所示。

玻璃生產粒度要求

  玻璃生產用石英原料有天然石英砂 、石英砂巖 、石英巖和脈石英等,自然界中,很少能找到未經處理就可以滿足玻璃生產用的原料礦源 ,尤其是超白玻璃 ,對原料的要求更為嚴格 。

  二、石英原料深加工方法

  對各種形式鐵雜質的去除,需經過一系列物理和化學深加工過程,按去除方式分類主要分為物理法(水洗和分級脫泥 、擦洗法 、磁選法 、重選法)、化學法 (浮選法 、酸浸法 )和微生物法等 3 種方法 ,在石英原料深加工過程中可根據鐵雜質的存在形式和狀態 ,組合這些方法 ,以便尋找到適合于該礦源的深加工工藝。

  2.1物理法

  2.1.1水洗和分級脫泥

  在石英原料的破碎過程中,不可避免的帶來了泥土等雜質 。水洗和分級脫泥是一種礦石入選前的預處理方法,這種方法可以使泥土溶解,此時,石英砂中 SiO2的純度與石英砂粒度的大小有關 ,即隨著石英砂的粒度變小而降低 ,而鐵雜質礦物的含量則隨著石英砂粒徑變小而變大 ,這是因為原砂粒徑變小 ,則其表面積就會變大,顆粒表面與水的接觸面積越大 ,加速 了顆粒表面泥土的溶解,從而使泥土與石英分離。常見設備有螺旋洗礦機 、滾筒篩、水力旋流器 、脫泥斗和水力分級機等。

  2.1.2擦洗法

  在擦洗過程中,礦漿濃度在50%一60%之間時 ,除鐵效果最好 ,濃度過小 ,砂粒之間的摩擦機會少,效果差;濃度過大,礦漿的流動性變小,礦漿容易沉槽 ,除鐵效果也差 。

  另外 ,超聲波擦洗除鐵也有一定的應用 ,超聲波是依靠介質來傳播的一種聲波 ,這種聲波具有機械能 ,所以在傳播 的過程中會引起與介質的相互作用 ,產生熱效應 、空穴效應和機械效應 ,這3 種效應在液體中有協同作用 ,形成了壓縮和膨脹區域 ,又導致了一系列空化泡的形成和破裂 ,當形成的空化泡又破裂時,就會在極短的時間和極小 的空間內產生高壓、高溫的沖擊波和射流,并撞擊液體中的石英砂顆粒 ,將石英砂表面黏附的雜質脫落下來,達到除雜質的目的。

  2.1.3磁選法

  磁選法是利用磁力將磁性礦物和非磁性礦物分離的方法 ,利用這種方法,可以把原砂中與砂粒表面緊緊黏結著 的赤鐵礦 、褐鐵礦和黑云母 、鈦鐵礦 、黃鐵礦和石榴石等弱磁性雜質礦物去除,也可去除帶有磁性礦物包裹體的雜質。為了達到此目的,磁選機必須滿足作用在磁性礦物上的磁力大于作用于磁性礦粒上的所有機械力的合力,才能使磁性礦物與非磁性礦物分離。

  2.1.4重選法

  重選法是利用礦物顆粒之間存在密度差異 ,在運動介質中顆粒所受流體動力 、重力和其他機械力不同,從而使不同密度的礦粒相互分離的一種方法。硅砂中主要成分和雜質的比重分別為:石英 2.65 ,金紅石4.1~5.2,磁鐵礦 4.9~5.2,赤鐵礦4.8~5.3,鈦鐵礦4.5~5.5,所以當鐵雜質以重礦物形式存在于石英原料中時,采用這種方法比較有效,重選設備主要有溜槽、受阻沉降機及搖床等。

  2.2化學法

  2.2.1浮選法

  如果石英礦中含有較多雜質,采用上述方法都無法達到理想提純效果時,就要考慮用浮選法進一步提純。浮選法主要用以清除石英砂中的長石 、云母和次生鐵以及各種非磁性伴生雜質為主。其過程是通過改變云母和長石表面的疏水性和親水性,使之達到分離的效果。

  2.2.2酸浸法

  酸浸除鐵是利用石英不溶于酸(HF酸除外 ),而含鐵雜質的礦物能被酸液溶解 的特點,實現從石英原料中除去含鐵礦物和其它雜質的目的 。石英顆粒內部的包裹體 ,進入晶格的鐵雜質,采用酸浸的方法能夠有效去除。酸浸法中常用的酸包括硫酸、鹽酸 、硝酸、氫氟酸和草酸等。這些酸 ,尤其是氫氟酸對于 Fe、Al、Mg 的去除均有非常好的效果,但是氫氟酸對環境的危害最大。酸浸法的影響因素有 :酸液濃度 、酸浸溫度和時間的影響。酸液濃度過低,產量低且除雜效果不好還耗時長 ;酸液濃度過高 ,增加投資成本 ,對設備的腐蝕加劇 ,同樣會使 SiO2產量降低 ;酸液溫度越低 ,反應速度越慢 ,需時越長;溫度越高 ,酸的揮發隨之加快,從而使酸的用量增加。

  2.3微生物法

  微生物除鐵法是利用其分解的有機酸 (檸檬酸、草酸、葡萄糖酸)和代謝產物與鐵雜質發生絡合作用 ,從而使其除去。研究最多的微生物有黑曲霉菌 、青霉菌 、假單胞菌 、多粘芽孢桿菌、環狀芽孢桿菌、梨形毛菌 、乳酸小球菌等 。Iveta Styriakova等用 SEM 觀察一種芽孢桿菌微生物處理后石英砂樣品時,確實觀察到砂粒表面覆蓋著微生物 ,而這些微生物也由有氧呼吸變為無氧呼吸,阻止了Fe 離子的氧化 ,Fe2O3 的含量由0.330%降到0.08%,雖未達到超白玻璃生產用料要求,也為后續的除鐵節省了成本。

  三、結語

  超白玻璃用石英砂的質量要求高,對生產用石英砂的一個嚴格要求是鐵含量 (P Fe2O3 ≤150x 10-6,PFe ≤80X 10-6 )。由于不 同的礦源雜質形式不同,給除鐵工作帶來了一定的困難 。一般石英砂提純工藝流程為:確定礦物中雜質的存在形式一制定深加工方案一優化方案 ,找到合理 、經濟和環保 的深加工工藝是超白玻璃產業更好向前發展的前提。

  在介紹的除鐵方法中,水洗和分級脫泥、擦洗除鐵法簡單 ,成本低 ,生產量大 ,作為前處理工作,適用于大規模生產 ;酸浸法除鐵成本高 、工藝復雜 ,但通過酸浸法可將低 品位的礦源提純到高 品位;微生物法除鐵時間長,但是對環境基本無污染 ,現階段只停 留實驗室中,且對菌種 和培養基 的要求高 ,需要一定的時間來發展 ,未來可能成為除鐵的主要方法。

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