陸 玉 胡林彬 劉中偉 王 康 石麗芬 曹 欣

（1.中國建材國際工程集團(tuán)有限公司海南分公司；2.蚌埠玻璃工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司）

石英的主要化學(xué)成分為SiO2，在地殼中分布廣泛［1］，是生產(chǎn)玻璃的主要礦物原料。隨著環(huán)境與能源問題的日益嚴(yán)重，國家開始大力發(fā)展太陽能發(fā)電［2］。因此，光伏玻璃作為光伏發(fā)電的重要組件顯得至關(guān)重要［3］。光伏玻璃的制備對石英砂有著較高的要求［4］，雖然我國石英儲量豐富，但大多品質(zhì)較差，是否能作為超白光伏玻璃用砂，必須經(jīng)過詳細(xì)的選礦工藝試驗(yàn)研究［5］。本文以湖北某地石英巖礦為研究對象，進(jìn)行了原礦分析與系統(tǒng)的選礦工藝試驗(yàn)研究，最終獲得了滿足超白砂指標(biāo)要求的精砂。

1 試驗(yàn)材料與設(shè)備

1.1 試驗(yàn)原料分析

試驗(yàn)原料取自湖北某地石英礦區(qū)不同采礦點(diǎn)混合樣，將原礦破碎至-3.2 mm，對破碎后產(chǎn)品進(jìn)行混勻、縮分、包樣，分別采用X射線衍射儀與X射線熒光光譜儀對試樣進(jìn)行物相分析與化學(xué)成分分析，結(jié)果見圖1、表1。

由圖1可見，試樣中主要礦物為石英，并未發(fā)現(xiàn)其他脈石礦物，可能是脈石礦物含量較低導(dǎo)致。

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由表1可知，試樣SiO2含量99.68%，Al2O3含量0.019%，兩者均滿足超白砂指標(biāo)要求，F(xiàn)e2O3含量較高，為0.171%，超出光伏砂指標(biāo)要求；因此，在超白砂制備工藝中主要考慮降低Fe2O3含量。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備及藥劑

試驗(yàn)采用稀硫酸作為浮選pH值調(diào)整劑，HK-1、HK-2作為浮選捕收劑，稀硫酸為分析純硫酸藥劑配制，HK-1、HK-2為試驗(yàn)室自制藥劑。試驗(yàn)所用主要儀器及設(shè)備見表2。

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2 試驗(yàn)研究

為提高石英精砂中的SiO2含量，最大限度地降低Fe2O3含量，對試樣進(jìn)行了一系列的可選性試驗(yàn)研究，最終確定采用預(yù)先篩分（0.6 mm）—磨礦（粗粒級）—合并磁選（3道）—分級—擦洗（酸）選礦工藝進(jìn)行提純，試驗(yàn)流程見圖2，并對各工藝進(jìn)行了最佳試驗(yàn)條件探索，尋求最佳試驗(yàn)條件及參數(shù)。

2.1 磨礦時(shí)間條件試驗(yàn)

由于光伏砂要求+0.71 mm粒級含量0%，-0.1 mm粒級含量≤5%。由于試樣破碎至-3.2 mm后，-0.6 mm粒級含量為36.32%，占比較大，為減少過粉碎現(xiàn)象，磨礦作業(yè)前采用預(yù)先篩分作業(yè)，及時(shí)拋出合格粒級。磨礦濃度固定為50%，調(diào)整磨礦時(shí)間分別為5，5.5，6，6.5 min，探索不同磨礦時(shí)間對磨礦產(chǎn)品粒度的影響，尋求最佳磨礦時(shí)間，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

由圖3可見，隨著磨礦時(shí)間的增加，0.1～0.6 mm粒級含量持續(xù)增加，-0.1 mm粒級含量呈現(xiàn)先增加后平穩(wěn)再急劇增加的趨勢；為保證較好的磨礦效率，盡可能減少-0.1 mm粒級含量，因此，選擇磨礦時(shí)間6 min為宜。

2.2 磁選條件試驗(yàn)

試驗(yàn)對磨礦后產(chǎn)品進(jìn)行了3道磁選，分別是一段中磁作業(yè)和兩段強(qiáng)磁作業(yè)，由于試樣在肉眼及顯微鏡下均可明顯觀察到黃色、棕色、紅色的雜質(zhì)礦物、鐵浸染的石英砂、氧化鐵-石英連生體等含鐵礦物，同時(shí)破碎及磨礦作業(yè)會在試樣中引入部分機(jī)械鐵。為除去試樣中的強(qiáng)磁性礦物及引入的機(jī)械鐵，對磨礦后產(chǎn)品首先進(jìn)行一段中磁作業(yè)（0.4 T），以便提高后續(xù)強(qiáng)磁作業(yè)的磁選效果，并對兩段強(qiáng)磁作業(yè)進(jìn)行了最佳磁場強(qiáng)度探索試驗(yàn)。

2.2.1一段強(qiáng)磁選磁場強(qiáng)度條件試驗(yàn)

為探究不同磁場強(qiáng)度對磁選精礦中Fe2O3含量的影響，調(diào)整一段強(qiáng)磁磁場強(qiáng)度分別為1.0，1.2，1.4 T進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

由圖4可見，隨著磁選磁場強(qiáng)度的增加，磁選精砂產(chǎn)率降低，但降低幅度不大，F(xiàn)e2O3含量呈現(xiàn)先降低后基本穩(wěn)定的趨勢；當(dāng)磁場強(qiáng)度≥1.2 T時(shí)，磁選精砂Fe2O3含量基本保持不變，且磁場強(qiáng)度越高，磁選精砂產(chǎn)率越低；綜合考慮，一段強(qiáng)磁選磁場強(qiáng)度確定為1.2 T。

2.2.2二段強(qiáng)磁選磁場強(qiáng)度條件試驗(yàn)

調(diào)整二段強(qiáng)磁選磁場強(qiáng)度分別為1.2，1.4，1.6 T，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

由圖5可見，隨著磁場強(qiáng)度的增加，磁選精砂產(chǎn)率略有下降，但磁選精砂Fe2O3含量基本不變，說明當(dāng)磁場強(qiáng)度≥1.2T時(shí)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)對試樣中弱磁性礦物的有效分離；因此，二段強(qiáng)磁選作業(yè)磁場強(qiáng)度確定為1.2 T。

2.3 分級條件試驗(yàn)

為降低試樣中-0.1 mm粒級含量，使其達(dá)到超白砂指標(biāo)要求，采用φ100 mm水力分級機(jī)進(jìn)行分級試驗(yàn)。試驗(yàn)探究上升水量對各粒級含量的影響，調(diào)整上升水量分別為100，120，150，180 L/h，試驗(yàn)結(jié)果見圖6。

由圖6可見，隨著分級上升水量的遞增，分級沉砂產(chǎn)率降低，分級沉砂中-0.1 mm含量逐漸減少，分級細(xì)砂中+0.1 mm粒級含量增加；綜合考慮，分級沉砂產(chǎn)率及超白砂指標(biāo)要求-0.1 mm粒級含量≤5%，確定分級作業(yè)上升水量為120 L/h。

2.4 擦洗條件試驗(yàn)

由于試樣中部分石英砂表面存在鐵浸染現(xiàn)象，試驗(yàn)采用擦洗作業(yè)進(jìn)行脫除，為提高擦洗作業(yè)對試樣中Fe2O3的去除效果，在擦洗作業(yè)中加入少量酸介質(zhì)。綜合考慮酸成本、操作環(huán)境、揮發(fā)性及廢水處理便捷性，試驗(yàn)選用硫酸作業(yè)擦洗介質(zhì)，擦洗作業(yè)條件試驗(yàn)分別探究不同酸用量、擦洗時(shí)間對擦洗精砂Fe2O3含量的影響。

2.4.1硫酸用量條件試驗(yàn)

固定礦漿濃度50%，主軸轉(zhuǎn)速800 r/min，擦洗時(shí)間15 min，調(diào)整酸用量分別為10，20，30 kg/t進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見圖7。

由圖7可見，在礦漿濃度及擦洗時(shí)間不變的條件下，隨著硫酸用量的增加，擦洗精礦Fe2O3含量基本穩(wěn)定，因此，確定硫酸用量10 kg/t為宜。

2.4.2擦洗時(shí)間條件試驗(yàn)

固定礦漿濃度50%，主軸轉(zhuǎn)速800 r/min，硫酸用量10 kg/t，調(diào)整擦洗時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖8。

由圖8可見，在硫酸用量不變的條件下，隨著擦洗時(shí)間的延長，擦洗精礦Fe2O3含量呈基本穩(wěn)定的趨勢；擦洗時(shí)間5 min已滿足要求，確定擦洗時(shí)間為5 min。

2.5 精礦分析

經(jīng)過系統(tǒng)的流程試驗(yàn)，確定了超白砂制備工藝的最佳參數(shù)，并對最終精砂進(jìn)行化學(xué)分析，分析結(jié)果見表3。

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由表3可知，最終精砂SiO2含量為99.77%，Al2O3含量為0.040%，F(xiàn)e2O3含量為0.006 4%，滿足光伏砂Fe2O3≤0.008 0%指標(biāo)要求。對最終精砂進(jìn)行粒度篩析，精砂中+0.71 mm粒級含量為0%，-0.1 mm粒級含量為3.26%，滿足光伏砂對粒度的指標(biāo)要求。

3 結(jié) 語

（1）湖北某石英礦中脈石礦物含量較少，石英含量較高，SiO2含量為99.68%，Al2O3含量為0.019%，F(xiàn)e2O3含量為0.171%，不符合光伏砂對Fe2O3含量的指標(biāo)要求。

（2）試驗(yàn)采用預(yù)先篩分（0.6 mm）—磨礦（粗粒級）—篩上篩下合并磁選（三道）—分級—擦洗（酸）工藝流程處理，經(jīng)過條件試驗(yàn)確定最佳工藝參數(shù)為預(yù)先篩分粒度0.6 mm，磨礦時(shí)間6 min，磨礦濃度50%；磁選作業(yè)中磁選磁場強(qiáng)度0.4 T，兩段強(qiáng)磁磁場強(qiáng)度均為1.2 T；分級作業(yè)水量120 L/h，擦洗作業(yè)硫酸用量10 kg/t、礦漿濃度50%，擦洗時(shí)間5min；最終獲得了SiO2含量99.77%、Al2O3含量0.040%、Fe2O3含量0.006 4%、+0.71 mm粒級含量為0%、-0.1 mm粒級含量3.26%的精砂，滿足光伏砂Fe2O3≤0.008 0%指標(biāo)要求。