本溪思山岭石英岩提纯试验研究

崔少文 蔡晓庆 徐银全 董家奇 董 振

（建龙重工集团本溪龙新矿业有限公司）

石英是一种物理和化学性质十分稳定，性能优异，且用途广泛的矿产资源［1］。通常，根据石英内部杂质和气液包裹体的含量来决定石英的纯度及用途；根据应用范围可将石英产品区分为普通石英砂、精制石英砂、高纯石英砂、熔融石英砂和硅微粉5类。普通石英砂可应用于玻璃、陶瓷、铸造、化工、冶金、造纸等领域，是工业生产、制造的重要原材料。随着光纤及半导体工业地飞速发展，优质石英资源日趋枯竭［2-3］。合理开发并充分利用现有石英砂资源已成为当下石英产业的研究重点［4］。辽宁本溪思山岭矿区经勘探发现大量SiO2品位为96.502%的石英矿，预估资源储量5～7 亿t。现对该矿石进行初步石英提纯试验和工艺探索研究，探寻适宜的工艺流程及分选条件，对辽宁本溪思山岭地区石英资源的高效开发、利用具有重要的指导意义。

1 试验原料及设备

1.1 矿石性质

试验用矿样为辽宁本溪思山岭石英矿，矿石为具有光泽的灰白色块状，表面覆有一层红褐色表皮。原矿多元素化学分析结果见表1，岩矿镜下鉴定分析结果见图1。

由表1 及图1 可知，该矿石属变质石英岩，结构构造较为简单，主要由石英、少量粒度较细的白云母及泥质矿物等杂质组成，其中石英表现为粒状变晶结构，集合体为致密块状构造，少量泥质矿物分布在石英裂隙之中，部分白云母矿物被石英包裹。金属矿物主要为少量黄铁矿、褐铁矿和磁铁矿，呈他形粒状结构和星散状构造分布在石英裂隙中。矿石中主要组成矿物SiO2品位为95.60%，主要杂质Al2O3、ZnO、Fe2O3、TiO2含量分别为0.345%,0.229%,0.113%,0.033 8%，其中TiO2、Fe2O3含量偏高。

1.2 原矿粒度筛析及粒级多元素分析

将原矿破碎至-0.71 mm，采用网格缩分法取样1 kg，使用试验室标准网格筛进行筛析，产品筛析及多元素分析结果见图2、图3。

由图2、图3 可见，该石英矿物硬度较高，杂质嵌布粒度较细。-0.71+0.105 mm 粒级产率为77.86%，-0.105 mm 粒级累积产率为22.14%，细粒级含量较少。-0.71+0.105 mm 粒级SiO2品位在96.2%以上，高于-0.105 mm 粒级SiO2品位。随着粒级的降低，各粒级中Fe2O3、TiO2、Al2O3品位升高，-0.44mm粒级矿物中Fe2O3、TiO2、Al2O3品位分别为0.545%，0.052%，0.802%，远高于-0.71+0.105 mm 粒级矿物中的各组分含量。此现象说明，该石英矿物中，杂质主要富集在细粒端，富集在粗粒端的杂质含量相对较少，造成这种现象的主要原因是矿石表面存在氧化膜且矿物中含有部分铁氧化物、长石矿物，破碎过程中，在机械力的作用下，矿物颗粒受应力作用被挤压粉碎，此时矿物颗粒表面相互摩擦，由于氧化膜及长石等杂质的硬度小于石英，相较于石英更易被粉碎，在同等粉碎条件下，矿物中的杂质更易形成细粒级产物。因此，细粒级矿物中杂质富集较多。

1.3 试验设备及试剂

试验主要仪器及设备为PE-150X250 试验室颚式破碎机、QH2PG-90X100 对辊破碎机、SGB-0307湿式强磁板式磁选机、LHGC500AFT 立环高梯度磁选机、HTDZ-150 电磁浆料高梯度磁选机、XFD-0.5L试验室单槽浮选机，主要试验药剂有黄药、HT-3、HT-8 等。

2 试验结果与讨论

考虑到提纯后石英后续产品的销售及应用问题，将石英原矿破碎至-0.71+0.105 mm、-0.105 mm 两个粒级进行试验［5］。根据矿石性质可知，影响该石英矿提纯的主要杂质为含铁氧化物，且其主要富集在细粒端。铁在石英中的赋存状态不同，其被除去的难易程度也不同，磁选是降低开采加工过程中混入的机械铁以及石英砂中Fe2O3最有效的选矿方法，是石英砂选矿工艺流程中必不可少的环节［6-7］。由于石英、长石的矿物性质相近，简单的物理方法很难将其分离开来，因此石英中长石、云母等杂质的分离则需要依靠浮选法［8-10］。故该石英矿的提纯采用磁选—浮选联合工艺流程。

2.1 磁选磁场强度条件试验

采用SGB-0307 湿式强磁板式磁选机，对-0.71 mm 粒级的石英原矿在磁场强度为1.1 T 的条件下进行粗选除铁试验，试验结果见表2。采用LHGC-100F周期式立环高梯度磁选机，在选别条件不变的情况下，对湿式强磁板式磁选粗精矿进行磁场强度试验，结果见图4。

由图4 可见，在试验条件范围内，随着背景磁场强度的增加，分选产品中SiO2含量先增加后降低，Fe2O3含量先降低后增加；在背景磁场强度为1.2，1.4 T 时，石英品位能达到99%以上；在背景磁场强度为1.2 T 时选别效果最好，SiO2含量最高为99.173%，Fe2O3含量最低为0.041%，造成这种现象的主要原因是，随着磁场强度的不断增加，设备介质盒中所产生的磁性越强，吸附的弱磁性矿物越多，当吸附的矿量达到介质盒所能承受的极限后，再给入的矿物很难被吸附，未被吸附的矿物会随浆料进入石英精矿中，影响石英精矿品质。

2.2 分选流程初步探索试验

将原矿破碎至-0.71 mm，使用筛孔尺寸0.105 mm 筛进行粗细分级，得到-0.71+0.105 mm 粒级的粗粒端矿样及-0.105 mm 的细粒端矿样，对各矿样分别进行石英提纯分选试验。

（1）粗粒端石英矿物流程试验。采用SGB-0307湿式强磁板式磁选机在磁场强度1.1 T 的条件下，对-0.71+0.105 mm 粒级石英矿物进行分选试验。分选获得的石英粗精矿给入LHGC-500AFT 高梯度立环磁选机，在背景磁场强度为1.4 T 的条件下进行两段分选，所得石英精矿为粗粒端流程试验的最终石英精矿。试验流程见图5，各作业试验数据见表3，多元素分析结果见表4。

由表4可知，强磁板式磁选机能够初步去除石英砂中少量的强磁性矿物，两段立环高梯度磁选机能够除去共计7.59%的磁性矿物。磁选能降低矿物中0.049%的铁含量以及0.02%的Al2O3。通过该流程分选，最终能得到-0.71+0.105 mm 粒级SiO2含量99.08%、Fe2O3含量0.032%、TiO2含量0.012%、Al2O3含量0.156%的石英精矿。

（2）细粒端石英矿物流程试验。采用SGB-0307湿式强磁板式磁选机在磁场强度1.1 T 的条件下，对-0.105 mm 粒级石英矿物进行分选，分选获得的石英粗精矿给入LHGC-500AFT 高梯度立环磁选机分选，背景磁场强度为1.4 T，立环磁选所得石英精矿给入HTDZ-150电磁浆料高梯度磁选机进行分选，背景磁场强度为1.7 T，电磁浆料磁选所得石英精矿进行石英—长石浮选分离试验，浮选所得为-0.105 mm 粒级的最终石英精矿。试验的主要目的为除去-0.105 mm 粒级石英矿物中的磁性矿物，分离出长石，达到提升石英品质的目的。试验流程见图6，各作业试验数据及多元素检测结果见表5、表6。

由表6 可知，通过磁选能初步去除石英砂中的磁性矿物，浮选能进一步提纯石英，降低矿物中的杂质含量。磁选能分离出23.87%的磁性矿物杂质，浮选能分离出22.92%的非磁性矿物杂质，其中电磁浆料磁选分选出的磁性矿物中夹杂石英较多。按照该流程，磁选后能得到SiO2含量98.916%、Fe2O3含量0.101%、TiO2含量0.013%、Al2O3含量0.331%的-0.105 mm 粒级石英精矿，此时矿物中杂质含量偏高，不能达到合格工业品位。对-0.105 mm 粒级磁选石英精矿进行石英—长石浮选分离后，能得到 产 率53.21%，SiO2含 量99.48%、Fe2O3含 量0.021%、TiO2含量0.006 2%、Al2O3含量0.071%的石英精矿，该石英精矿为-0.105 mm 粒级石英砂最终产品。

2.3 全流程试验

依据上述试验结果，该石英矿石可采用粗细分级—磁浮联合工艺进行选别，试验流程见图7，结果见表7。

由表7 可知，在原矿SiO2品位95.60%时，应用该流程可获得SiO2品位分别为99.08%、99.48%的两种石英精矿，满足工业石英矿选别指标要求［10］。

3 结论

（1）本溪思山岭石英岩矿石属变质石英岩，结构简单，主要组成矿物SiO2品位为95.60%，主要杂质为Al2O3、ZnO、Fe2O3、TiO2，其中TiO2、Fe2O3含量偏高。采用粗细分级—磁浮联合工艺对该矿物进行分选提纯，最终能获得-0.71+0.105 mm 粒级SiO2品位为99.08%以及-0.105 mm 粒级SiO2品位为99.48%的石英精矿。

（2）石英提纯效果随着矿物细度的降低而提高。粗细分级—磁浮联合工艺能够提前对矿物进行分级，根据需求抛杂，依据产品定位分选出最适宜的石英产品，实现产品的多元化，经济效益显著。同时，减轻单一流程处理量，提高处理能力及分选效率，对降能增效具有一定的作用，并可有效解决脉石矿物嵌布粒度细、分布不均匀导致的选别困难的问题。

（3）针对该石英矿中脉石矿物嵌布粒度细、分布不均匀的问题，应结合矿石的实际性质及试验结果，加强最终产品类别的精准定位，开发结构合理的工艺流程，最大限度地实现有用矿物地回收利用，实现资源的高效利用。