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超白玻璃用石英原料深加工的三种方法

发表时间:2019-02-21 15:12 浏览:次

  基于超白玻璃的优异性能以及在绿色能源 、高档轿车 、高级建筑 、高档同艺和高档家具中不可替代的地位 ,未来生产量及需求量将大幅度升高,这就使超白玻璃用原料的大规模供应出现瓶颈。因为生产超白玻璃用量最大的石英原料矿源及储藏量极其有限 ,而低品位石英矿源却十分充裕 ,要解决这个发展瓶颈 ,满足超白玻璃对生产原料的高规格要求,研发各种石英原料深加工技术,提高石英原料品位势在必行。

  一、超白玻璃与普通玻璃生产要求

超白玻璃与普通玻璃化学组成(质量分数)/%

  由表1可看出,两种玻璃成分的最大差别就是 Fe2O3的含量,超白玻璃允许 Fe2O3,质量分数不超过150x10-6,远远低于普通玻璃的要求,两种玻璃对石英砂粒度的要求相同,如表 2 所示。

玻璃生产粒度要求

  玻璃生产用石英原料有天然石英砂 、石英砂岩 、石英岩和脉石英等,自然界中,很少能找到未经处理就可以满足玻璃生产用的原料矿源 ,尤其是超白玻璃 ,对原料的要求更为严格 。

  二、石英原料深加工方法

  对各种形式铁杂质的去除,需经过一系列物理和化学深加工过程,按去除方式分类主要分为物理法(水洗和分级脱泥 、擦洗法 、磁选法 、重选法)、化学法 (浮选法 、酸浸法 )和微生物法等 3 种方法 ,在石英原料深加工过程中可根据铁杂质的存在形式和状态 ,组合这些方法 ,以便寻找到适合于该矿源的深加工工艺。

  2.1物理法

  2.1.1水洗和分级脱泥

  在石英原料的破碎过程中,不可避免的带来了泥土等杂质 。水洗和分级脱泥是一种矿石入选前的预处理方法,这种方法可以使泥土溶解,此时,石英砂中 SiO2的纯度与石英砂粒度的大小有关 ,即随着石英砂的粒度变小而降低 ,而铁杂质矿物的含量则随着石英砂粒径变小而变大 ,这是因为原砂粒径变小 ,则其表面积就会变大,颗粒表面与水的接触面积越大 ,加速 了颗粒表面泥土的溶解,从而使泥土与石英分离。常见设备有螺旋洗矿机 、滚筒筛、水力旋流器 、脱泥斗和水力分级机等。

  2.1.2擦洗法

  在擦洗过程中,矿浆浓度在50%一60%之间时 ,除铁效果最好 ,浓度过小 ,砂粒之间的摩擦机会少,效果差;浓度过大,矿浆的流动性变小,矿浆容易沉槽 ,除铁效果也差 。

  另外 ,超声波擦洗除铁也有一定的应用 ,超声波是依靠介质来传播的一种声波 ,这种声波具有机械能 ,所以在传播 的过程中会引起与介质的相互作用 ,产生热效应 、空穴效应和机械效应 ,这3 种效应在液体中有协同作用 ,形成了压缩和膨胀区域 ,又导致了一系列空化泡的形成和破裂 ,当形成的空化泡又破裂时,就会在极短的时间和极小 的空间内产生高压、高温的冲击波和射流,并撞击液体中的石英砂颗粒 ,将石英砂表面黏附的杂质脱落下来,达到除杂质的目的。

  2.1.3磁选法

  磁选法是利用磁力将磁性矿物和非磁性矿物分离的方法 ,利用这种方法,可以把原砂中与砂粒表面紧紧黏结着 的赤铁矿 、褐铁矿和黑云母 、钛铁矿 、黄铁矿和石榴石等弱磁性杂质矿物去除,也可去除带有磁性矿物包裹体的杂质。为了达到此目的,磁选机必须满足作用在磁性矿物上的磁力大于作用于磁性矿粒上的所有机械力的合力,才能使磁性矿物与非磁性矿物分离。

  2.1.4重选法

  重选法是利用矿物颗粒之间存在密度差异 ,在运动介质中颗粒所受流体动力 、重力和其他机械力不同,从而使不同密度的矿粒相互分离的一种方法。硅砂中主要成分和杂质的比重分别为:石英 2.65 ,金红石4.1~5.2,磁铁矿 4.9~5.2,赤铁矿4.8~5.3,钛铁矿4.5~5.5,所以当铁杂质以重矿物形式存在于石英原料中时,采用这种方法比较有效,重选设备主要有溜槽、受阻沉降机及摇床等。

  2.2化学法

  2.2.1浮选法

  如果石英矿中含有较多杂质,采用上述方法都无法达到理想提纯效果时,就要考虑用浮选法进一步提纯。浮选法主要用以清除石英砂中的长石 、云母和次生铁以及各种非磁性伴生杂质为主。其过程是通过改变云母和长石表面的疏水性和亲水性,使之达到分离的效果。

  2.2.2酸浸法

  酸浸除铁是利用石英不溶于酸(HF酸除外 ),而含铁杂质的矿物能被酸液溶解 的特点,实现从石英原料中除去含铁矿物和其它杂质的目的 。石英颗粒内部的包裹体 ,进入晶格的铁杂质,采用酸浸的方法能够有效去除。酸浸法中常用的酸包括硫酸、盐酸 、硝酸、氢氟酸和草酸等。这些酸 ,尤其是氢氟酸对于 Fe、Al、Mg 的去除均有非常好的效果,但是氢氟酸对环境的危害最大。酸浸法的影响因素有 :酸液浓度 、酸浸温度和时间的影响。酸液浓度过低,产量低且除杂效果不好还耗时长 ;酸液浓度过高 ,增加投资成本 ,对设备的腐蚀加剧 ,同样会使 SiO2产量降低 ;酸液温度越低 ,反应速度越慢 ,需时越长;温度越高 ,酸的挥发随之加快,从而使酸的用量增加。

  2.3微生物法

  微生物除铁法是利用其分解的有机酸 (柠檬酸、草酸、葡萄糖酸)和代谢产物与铁杂质发生络合作用 ,从而使其除去。研究最多的微生物有黑曲霉菌 、青霉菌 、假单胞菌 、多粘芽孢杆菌、环状芽孢杆菌、梨形毛菌 、乳酸小球菌等 。Iveta Styriakova等用 SEM 观察一种芽孢杆菌微生物处理后石英砂样品时,确实观察到砂粒表面覆盖着微生物 ,而这些微生物也由有氧呼吸变为无氧呼吸,阻止了Fe 离子的氧化 ,Fe2O3 的含量由0.330%降到0.08%,虽未达到超白玻璃生产用料要求,也为后续的除铁节省了成本。

  三、结语

  超白玻璃用石英砂的质量要求高,对生产用石英砂的一个严格要求是铁含量 (P Fe2O3 ≤150x 10-6,PFe ≤80X 10-6 )。由于不 同的矿源杂质形式不同,给除铁工作带来了一定的困难 。一般石英砂提纯工艺流程为:确定矿物中杂质的存在形式一制定深加工方案一优化方案 ,找到合理 、经济和环保 的深加工工艺是超白玻璃产业更好向前发展的前提。

  在介绍的除铁方法中,水洗和分级脱泥、擦洗除铁法简单 ,成本低 ,生产量大 ,作为前处理工作,适用于大规模生产 ;酸浸法除铁成本高 、工艺复杂 ,但通过酸浸法可将低 品位的矿源提纯到高 品位;微生物法除铁时间长,但是对环境基本无污染 ,现阶段只停 留实验室中,且对菌种 和培养基 的要求高 ,需要一定的时间来发展 ,未来可能成为除铁的主要方法。

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