专利名称：一种黄铁矿型石英砂岩加工玻璃工业用石英砂的技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种黄铁矿型石英砂岩加工玻璃工业用石英砂的技术，采用机械擦洗 机、擦洗助剂和高效擦洗工艺，对黄铁矿型石英砂岩进行提纯加工，不仅能够去除矿石中粘 土矿物，降低Al2O3等杂质含量，而且能够去除部分杂质矿物黄铁矿，降低Fe2O3等杂质含量， 适用于以黄铁矿型石英砂岩为原料加工玻璃工业用石英砂。
背景技术：
石英砂岩是固结的碎屑岩石，其石英碎屑含量达95%以上，来源于各种岩浆岩、沉 积岩和变质岩，伴生矿物为长石、云母和粘土矿物，胶结物主要为硅质胶结[1]。石英砂岩是 玻璃、陶瓷、铸造和其它工业用石英砂硅质矿物原料的主要来源。由于石英砂岩含伴生矿物 和胶结物等杂质，一般须经过选矿提纯方能工业利用。近年来，四川玻璃工业和新能源产业 发展很快，石英砂用量不断增加，当地生产的玻璃工业用石英砂存在很大缺口，远不能满足 四川省经济社会发展及战略性新兴产业的需要。1、四川沐川黄铁矿型黄丹石英砂岩矿特点四川省沐川县黄丹镇石英砂岩矿床的矿石储量超过千万吨[2]，由于缺乏有效提纯 技术，从上世纪60年代发现以来，一直未能得到开发利用。为此，我们首先开展了该矿的工 艺矿物学研究，结果表明[3]该矿是一种硅泥质中粒含长石石英砂岩；原矿以石英为主，粒 径范围0.2 0.5mm(32目 80目)；同时含少量或微量其它杂质矿物，它们是黄铁矿，以及 蒙脱石、伊利石、高岭石、微斜长石和方解石等；对矿石质量影响较大是黄铁矿和粘土矿物， 其中黄铁矿含量< (粒径0. 02-0. IOmm)，粘土矿物含量在8%左右，它们以粒间填隙物 无序散布于石英颗粒之间；原矿SiO2含量为94. 02wt%, Al203(3. 88wt% ) ,K20(1. 28wt% ) 等有害成分赋存于蒙脱石、伊利石、高岭石等矿物中；Fe203(0.09wt%)主要来源于黄铁矿， 也有部分来源于粘土矿物。2、黄铁矿对石英砂岩矿石质量的影响为了进一步查清黄铁矿对矿石质量的影响，我们采用多种方法进行了测试分析。
图1是沐川黄丹黄铁矿型石英砂岩原矿岩石薄片同一视域的单(a)偏(b)光显微镜照片。 由图1可知，该矿石中黄铁矿为黑色不透明的不规则粒状矿物，粒径分布为0. 02 0. IOmm, 无序分布并穿插于石英粒间或包于杂基中，边界不清晰，已发生较明显的风化现象，部分 粘土矿物充填于黄铁矿风化产生的空隙之中。图2是在体视镜下挑选的黄铁矿细小颗粒 X射线粉晶衍射分析(XRD)结果，证明黄铁矿颗粒中同时含高岭土等粘土矿物。化学成分 分析(XRF)结果表明，黄铁矿细小颗粒Fe2038. 50wt%, SO3S. 05wt %，同时Al2O3含量高达 23.58 丨％，另外030(5.10 丨％)和Mg0(l. 19wt% )含量也较高。因此，该矿石中的黄铁矿 颗粒实际上是风化黄铁矿和粘土矿物组成的混合物，黄铁矿颗粒不仅是有害杂质Fe2O3主 要载体，同时也是部分A1203、CaO等有害成分的载体。总之，黄铁矿以细小颗粒存在于石英 砂岩矿石中，并成为Fe2O3和A1203、CaO等有害成分的载体。目前，具有这种特征的黄铁矿 型石英砂岩矿在国内还是首次报道，其除铁提纯技术也没有先例。
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目前浮法玻璃用石英砂技术指标通常是SiO2 > 98.6% (允许波动范围 士0. 3% )，Al2O3 ^ 0. 5% (允许波动范围 士0. 2% )，Fe2O3 ^0.09% (允许波动范围 士0.02%) ,TiO2彡0.08% (允许波动范围士0.02% )，30-150目彡94.5%。因此，采用具 有上述特征的石英砂岩矿加工玻璃工业用石英砂，必须通过适当提纯工艺，去除矿石中的 主要有害矿物黄铁矿和粘土等。因此，本发明不仅对于沐川黄丹黄铁矿型石英砂岩矿床的 开发利用有重要意义，对类似非金属矿床的开发利用也有重要指导作用。3、黄铁矿及其选矿提纯技术黄铁矿，化学成分FeS2,其晶体属等轴晶系的硫化物矿物。黄铁矿理论组成 (wt% ) :Fe46. 55，S53. 45。常有 Co、Ni 类质同像代替 Fe，形成 FeS2-CoS2 和 FeS2-NiS2 系列。 常见晶形是立方体、五角十二面体、八面体及它们的聚形。立方体晶面上有与晶棱平行的条 纹，各晶面上的条纹相互垂直。黄铁矿颜色多为浅黄色或黄铜色，条痕绿黑或褐黑，强金属光泽，不透明，无解理， 参差状断口。硬度6-6.5，比重4. 95-5.20，熔点11711，性脆。在地表条件下易风化为褐铁 矿[4]。黄铁矿是半导体矿物，具有弱导电性，及热电性。不溶于水和稀盐酸，溶于硝酸并有 硫黄析出。黄铁矿是自然界中产出最广泛的硫化物矿物之一，应用广泛。但是，黄铁矿有时会 作为非金属矿物的伴生杂质而存在，会对矿物性能产生影响。当Fe、s以微量元素形式存在 时是有害的，会对产品质量产生影响。所以，对作为有害成分而存在的黄铁矿的提取就具有 很重要的意义。非金属矿物加工中去除黄铁矿是一项非常重要的工作。从前人研究结果看，从非 金属矿物原料中去除黄铁矿是比较困难的。根据黄铁矿化学性能，采用酸碱法并不合适[5]。 根据其物理性能，黄铁矿磁性很弱，或几乎无磁性[6]，不能通过磁选有效去除。除此之外，还 有重选和浮选等方法(1)重选，黄铁矿比重为4. 95-5. 20，比一般非金属矿物的比重大，理 论上可以通过重选的方法将其去除。但是，沐川黄丹黄铁矿型石英砂岩中黄铁矿颗粒细小， 并与粘土等矿物胶结在一起，不利于重选去除；(2)浮选，根据文献资料[7]，有乙黄药、丁基 黄药等多种试剂作为黄铁矿的捕收剂，与2#油等发泡剂配合使用，可将黄铁矿从非金属矿 物原料中浮选出来；(3)其它方法，如手选、擦洗等。4、黄铁矿型石英砂岩提纯主要技术问题本发明需要解决的主要技术问题有三个第一，根据该矿工艺矿物学特点，其提纯 加工方案有手选、机械擦洗、棒磨擦洗、浮选等多种不同方案。因此，必须通过不同提纯加工 方案对比试验，遴选和研究适用于一种黄铁矿型石英砂岩提纯加工方案。第二，优选方案必 须依靠优化工艺参数，才取得较好采用效果。因此，应当在优选的提纯加工方案中，进一步 开展相关工艺参数试验，以优化工艺参数。第三，在以上试验研究基础上，再根据实验样品 加工特点、优化工艺参数，确定最终加工工艺。本发明的目的是，以沐川黄丹黄铁矿型石英砂岩为研究对象，研究适用于一种黄 铁矿型石英砂岩加工玻璃工业用石英砂的技术，为玻璃工业用石英砂的加工提供技术支 撑。经检索，未发现一种黄铁矿型石英砂岩加工玻璃工业用石英砂的文献报道或专利申请。主要参考文献[1]郑水林.非金属矿加工与应用[M].北京化学工业出版社，2003，282pp.
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[2]乐山市佰瑞德地质矿产应用研究有限公司.四川省沐川县黄丹镇冷家沟采石 场化肥用砂岩矿山储量年度报告.2006，16pp.[3]殷德强，汪灵，孔芹，邓苗，李萍，范博文.四川沐川黄丹石英砂岩工艺矿物学 研究[J]·矿物岩石，2010，(1) 1-5.[4]俞志明.中国化工商品大全[M].北京中国物资出版社.1996.[5]黄铁矿 http://www. chemgogo. com/info/casproduct/457348_0. html.[6]王建，刘泽纯，姜文英，等.磁化率与粒度、矿物的关系及其古环境意义[J].地 理学原因报，1996，51 (2) 155-163.[7]彭文斌，胡永平.组合用药提高黄铁矿浮选回收率[J].化工矿山技术，1997， 26(1) 19-22.[8]牛福生，倪文.高纯石英砂选矿提纯试验研究[J].中国矿业，2004，13 (6) 57-59.[9]汪洋，杨英，陈华德等.湛江科华公司石英砂选矿方法研究[J].非金属矿， 2008，31 (2) 46-48.[10]傅文章，刘亚川，杜高平.隆昌石英砂岩综合利用试验研究[J].矿产综合利 用，1990，(4) 1-5.[11]傅文章，张渊.四川沪县天兴长石石英砂岩矿选矿试验研究[J].矿产综合利 用，1998，(1) 5-8.[12]高惠民，袁继祖.福建某海滨硅砂选矿试验研究[J].矿产保护与利用，2001， (1) -.25-29.[13]贾剑青，王宏图，胡国忠等.南川市石英砂岩资源的开发及利用[J].矿业研 究与开发，2005，25 (4) 37-39.[14]刘国库，张文军，马正先等.硅石选矿提纯工艺研究现状[J].有色矿冶， 2007，23 (6) 26-30.[15]郑翠红，孙颜刚，杨文雁等.石英砂提纯方法研究[J].中国非金属矿工业导 fIj, 2008, (5) 16-18.三、技术方案1、试验样品沐川黄丹石英砂岩原矿为一种浅灰白色的较为致密的块状岩石。试验原砂取自当 地小厂的水洗粗加工样品(J02)，粒度-20目100%，-150目少量。根据取样批次不同，编 号J02-01、J02-02、J02-03，分别表示J02的第一、第二、第三批次样品。水洗粗加工试验原砂样品(J02)的加工方法是(1)破碎筛分采用破碎和筛分设 备将原矿加工成-20目的物料；(2)水洗脱泥采用自来水对物料水洗脱泥；(3)磁选除铁 采用磁选机湿式去除因破碎筛分带入的机械铁，即得到水洗粗加工原砂。由表1可知，与原 矿相比，水洗粗加工试验原砂样品SiO2有一定提高，A1203、K20有一定降低，但Fe2O3反而增 加。说明目前的简单水洗粗加工达不到玻璃工业用石英砂要求。根据玻璃工业用石英砂粒度要求(30-150目彡94. 5% )，采用标准筛将J02-02原 砂样品加工成-40 +150目。由表1可知，与J02-02原砂相比，40-150目样品的化学成分 (wt% )有所变化:Si02 提高 1. 415，A1203、K20、Fe203 分别下降 0. 705,0. 282,0. 035，说明磨矿和筛分抛尾有一定的提纯效果。表1沐川黄丹石英砂岩原矿及其水洗粗加工不同批次样品(J02)化学成分XRF测 试结果(wt% )
样品SiO2Al2O3Fe2O3TiO2Cr2O3CaOMgOK2OP2O5SO3ZrO2I原矿平均94.0223.8810.0880.0390.0620.1800.1311.2760.1470.1600.012100.000J02-0196.6781.8610.0790.0450.1260.2620.0850.4930.2220.1330.014100.000J02-0295.9232.1420.1010.0580.0870.3510.1250.7340.3000.1690.011100.000J02-0395.3822.7210.0900.0550.0470.2670.1430.9330.2260.1240.013100.001原砂平均95.9952.2420.0900.0530.0870.2930.Π80.7200.2490.1420.013100.000J02-02(40-150 目)97.3381.4370.0660.0340.0340.2280.0950.4520.2060.1040.007100.000
注原矿平均为沐川黄丹冷家沟矿区及水洗粗加工厂等4个原矿样品平均值[3]；原砂平均为J02-01、J02-02、J03-03样品平均值2、提纯加工试验方法根据该矿工艺矿物学特点，其提纯加工方案有多种选择。本工作的基本技术思路 是第一步，根据前人对石英砂岩选矿经验[4_9]，以J02-01原砂(-20目100%，-150目少 量)为试验样品，进行手选、机械擦洗、棒磨擦洗、浮选等不同提纯加工方案对比试验；第二 步，采用第一步获得的优选方案，分别以J02-01和J02-02原砂(-20目100%，-150目少 量)为试验样品，进一步优化提纯方案的工艺参数；第三步，采用优化方案及其优化工艺参 数，以40-150目石英砂物料为试验样品，进行综合效果验证试验。采用体视显微镜进行手选除杂提纯试验；采用长春探矿机械厂产XFD12型擦洗机 进行机械擦洗试验，其搅拌器为双螺旋结构；采用武汉探矿机械厂产ΧΜΒ-67Φ200Χ240棒 磨机进行棒磨擦洗试验；采用长春探矿机械厂产1. 5LXFD-63型单槽浮选机进行浮选试验， 浮选使用试剂有丁基黄药(分析纯)，2#油，20%硫酸等；所有试验样品的化学成分均采用 日本岛津XRF-1800型X射线荧光光谱仪(XRF)进行分析，测试方法为粉末压片法。3、不同提纯加工方案对比试验表2是以J02-01原砂(-20目100%，-150目少量)为试验样品，采用手选、机械
擦洗、棒磨擦洗、浮选等不同提纯加工方案对比试验结果。手选是根据黄铁矿呈细小颗粒比 较均勻地分布于矿石中这一特点，采用体视镜将黄铁矿去除的提纯方法。从表2可知，在几 种方法中，以手选效果最好，样品完全达到浮法玻璃工业用石英砂技术指标要求。这说明， 只要能够有效去除矿石中的黄铁矿细小颗粒，就能够达到质量要求。但是，如此细小的黄铁 矿颗粒，采用手选工艺是不可能用于生产实践的，试验结果对分析其它方案有一定的参考 作用。擦洗是根据石英矿物的硬度明显大于风化黄铁矿和粘土这一特点所采取的提纯 加工方法。从表2可知，除手选之外，以机械擦洗提纯加工效果最好，试验样品经机械擦洗 后，主要化学成分(wt% ) % Si0298. 052, Al2O3O. 822，Fe2O3O. 057。与机械擦洗相比，棒磨擦 洗效果并不明显，且由于采用钢棒介质等原因，容易在加工中产生污染。棒磨+机械联合擦 洗有一定作用，但其提纯效果还不如单一的机械擦洗，显然并不是理想方案。浮选是根据黄铁矿以细小颗粒赋存于矿石中这一特点，根据“抑多浮少”的原则， 采用浮选含硫矿物黄铁矿的反浮选法，进行提纯加工的方法。从表3可知，浮选效果仅次于
6机械擦洗，效果较好。但是，与机械擦洗相比，由于浮选成本相对较高，并且浮选使用药剂可 能产生环保问题，不应当作为首选方案。综上所述，在所采用的诸种方案中，机械擦洗提纯加工方案的效果较好，并且具有 工艺比较简单、成本较低、环保等优点，尽管目前样品还达不到技术指标要求，仍然是一种 最具潜力的优选方案。因此，将机械擦洗作为下一步的研究对象，进行相关工艺参数的优化试验。表2沐川黄丹水洗粗加工原砂提纯加工方案对比试验的XRF测试结果(wt % )
权利要求
一种黄铁矿型石英砂岩加工玻璃工业用石英砂的技术，以黄铁矿型石英砂岩为原料，采用机械擦洗机和高效擦洗工艺，加工玻璃工业用石英砂，其特征是A、破碎筛分采用破碎和筛分设备将原料加工成 40目的物料；B、水洗脱泥采用150目标准筛和自来水对物料水洗脱泥，得到40 150目的石英砂物料；C、磁选除铁采用磁选机湿式磁选去除机械铁；D、调节浓度称取所需重量的石英砂物料并加入擦洗桶中，然后采用自来水将矿浆浓度调节到55％，E、加入助剂按500g/t用量，将擦洗助剂水玻璃加入矿浆中；F、调节转速将机械擦洗机转速调节至1500r/min；G、物料擦洗启动机械擦洗机，擦洗15～30min；H、筛分分级擦洗停止后，采用自来水和筛分设备对石英砂物料进行湿式筛分，即得到粒度为40 150目的石英砂精矿。
全文摘要
本发明涉及一种黄铁矿型石英砂岩加工玻璃工业用石英砂的技术，以黄铁矿型石英砂岩为原料，采用机械擦洗机和高效擦洗工艺，第1是将原料加工成-40目物料；第2是用150目标准筛和自来水对物料水洗脱泥，得到40-150目石英砂物料；第3是湿式磁选去除机械铁；第4是用自来水将矿浆浓度调节到55％；第5是按500g/t用量将擦洗助剂水玻璃加入矿浆中；第6是将转速调节至1500r/min；第7是擦洗15～30min；第8是采用自来水和筛分设备对石英砂物料进行湿式筛分，即得到石英砂精矿。效果明显，安全性好，工艺简单，成本低廉，推广应用容易，社会经济效益显著，适用于以黄铁矿型石英砂岩为原料加工玻璃工业用石英砂。
文档编号C03B20/00GK101967037SQ20101027149
公开日2011年2月9日 申请日期2010年9月3日 优先权日2010年9月3日
发明者李萍, 殷德强, 汪灵, 范博文 申请人:成都理工大学