一种石英高效磁选除铁的方法及低铁石英颗粒

1.本发明涉及高纯石英砂材料制备领域，特别地，涉及一种石英高效磁选除铁的方法及低铁石英颗粒。


背景技术：

2.石英作为一种矿物资源，由于其稳定的物理化学性质，有着广泛的用途，如硅玻璃、硅陶瓷、半导体领域的硅金属、光伏领域的太阳能电池、光纤通信领域的二氧化硅纤维等，这些都是以高纯度石英为原料。高纯石英广泛应用于战略性新兴产业，石英的经济潜力主要取决于石英的纯度，纯度越高，价值越大。因此，高纯度石英的制备是石英加工过程中的关键技术。
3.fe是对石英品质影响极其严重的杂质元素，石英中的fe很难完全去除，它们的杂质矿物类型有赤铁矿、针铁矿、褐铁矿及菱铁矿等等。当fe元素作为独立的矿物存在时，可以根据它们与石英之间的密度、表面性质和磁化系数的差异，通过磁选等物理过程进行分离。但是在自然界中，铁基本存在于弱磁性矿物中，赋存状态各异，且在石英颗粒中的分布极其分散。因此，在磁选过程中会存在由于磁导率低或弱磁性矿物过于分散使得局部铁含量过低而导致磁选效率低下的问题。
4.石英除铁一般使用磁选和酸浸工艺，传统的磁选除铁的效果不理想。
5.本发明，使用磁化焙烧-磁选联合工艺去除石英颗粒中的含铁杂质矿物，可以克服传统的磁选除铁的效果不理想的缺陷。因此，该技术在石英材料制备领域具有一定的应用前景。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足的至少一项，本发明的目的之一是提供一种可以高效磁选除铁制备低铁石英的方法，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中石英砂磁选效率较差和酸浸技术产生的废水处理难度大或产生二次污染的缺陷。
7.为实现上述目的，本发明一方面提供了一种石英高效磁选除铁的方法和低铁石英颗粒。
8.所述石英高效磁选除铁的方法可包括以下步骤：对石英原矿进行预处理，并将预处理后的石英颗粒与还原剂进行配比、混料，获混合物料；对混合物料进行焙烧处理，将焙烧处理后的石英颗粒在高温下直接进行水淬处理，获得含强磁性杂质矿物的石英颗粒；对含强磁性杂质矿物的石英颗粒进行擦洗和磁选，获得低铁石英颗粒。
9.根据本发明的一个示例性实施例，所述预处理后的石英颗粒粒径可为60目以下。
10.根据本发明的一个示例性实施例，所述预处理可包括一次破碎、二次破碎、筛分、擦洗、过滤、冲洗和烘干；其中，石英原矿颗粒中的tfe2o3的含量可为0.002～3％，一次破碎可包括将石英原矿破碎至粒径可为10～50mm的石英颗粒；经过二次破碎和筛分处理后可获
得60目以下的石英颗粒；擦洗可包括机械擦洗和超声擦洗中的一种或二种，擦洗所用的介质为工业超纯水和草酸溶液中的一种或二种；过滤包括但不限于采用自然滤水、真空过滤、离心脱水、加压过滤等的一种或多种；烘干包括但不限于自然晾干、电加热干燥和清洁的热风干燥等的一种或多种。
11.根据本发明的一个示例性实施例，所述预处理后的石英颗粒与还原剂的配比是按预处理后的石英颗粒的总含铁量与还原剂用量的摩尔比值为0.8～1.5称量石英颗粒和还原剂并混合均匀。
12.根据本发明的一个示例性实施例，所述还原剂可包括还原性碳粉，粒径可在1mm以下，纯度大于99.9％。
13.根据本发明的一个示例性实施例，所述混合物料的焙烧处理使用的焙烧炉可包括带氧化铝、氧化镁、氧化锆或高纯方石英内腔的加热炉，所述焙烧处理温度可为600～1000℃，焙烧时间可为5～60min，所述水淬处理是将处于所述焙烧处理温度下的高温石英颗粒立即倾倒入工业用水中，使石英颗粒在降温过程中由于相变而使石英颗粒产生裂隙及还原时形成的磁性杂质物相保持不变。
14.根据本发明的一个示例性实施例，所述的擦洗可包括机械擦洗和超声擦洗中的一种或二种，擦洗所用的介质可为工业超纯水和草酸溶液中的一种或二种。其中，机械擦洗的擦洗速度可为50～1000r/min，擦洗时间可为5～60min，擦洗的矿浆浓度可为20～80％；超声波擦洗的功率10～40khz，擦洗温度可为20～80℃，擦洗时间可为5～90min，矿浆浓度可为20～70％。
15.根据本发明的一个示例性实施例，所述磁选可为湿法磁选或干法磁选中的一种或二种，磁选的磁场强度可为0.1～5.5t；其中，湿法磁选是利用工业超纯水将所述擦洗后的含水石英颗粒制成浓度为10～60％的矿浆。
16.本发明另一方面提供了一种低铁石英颗粒。
17.所述低铁石英颗粒可包括如上所述的石英磁选除铁的方法所制备的低铁石英颗粒。
18.根据本发明的一个示例性实施例，所述石英颗粒的含铁量可为0.002～0.01％；所述石英颗粒的粒径可为60～200目。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
20.(1)本发明使用的石英原料范围广，适用于多种含铁杂质矿物的石英提纯，对于铁杂质含量为0.002～3％的石英颗粒的除铁处理具有显著效果，对促进国内高纯石英提纯技术的发展具有重要意义。
21.(2)本发明可以有效解决石英原矿在预处理过程中工具铁杂质对矿物的污染问题，同时实现石英颗粒中铁质矿除去的目的，减少石英颗粒中的铁杂质对后续石英处理工艺的影响。
22.(3)本发明提高了磁选的效率，通过转变含铁杂质矿物的磁性，使原本不易被选出的弱磁性矿物被转变为强磁性矿物，提高杂质矿物的去除率，整个过程高效、环保、无二次污染以及酸性废水的产生。
23.(4)本发明的石英高效磁选除铁技术，综合了煅烧水淬、擦洗、磁选三个工艺的优点，在此基础上通过磁化焙烧技术将这几个工艺有机地结合起来，既达到了磁化焙烧还原
弱磁性含铁矿物的目的，又达到了煅烧水淬的目的。即在高温下使得石英颗粒内部的铁杂质在石英表面矿化，并使得石英颗粒内部产生微裂纹，达到与煅烧水淬相同的目的；同时还使得石英中的弱磁性含铁杂质矿物转变为强磁性含铁杂质矿物，通过擦洗和磁选工艺的结合，既提高了精矿的回收率，又提高了铁杂质的去除率。
24.(5)本发明在一定程度上避免了传统酸浸工艺在石英提纯过程中的使用，减少了在石英提纯过程中的用酸量，而且磁化焙烧技术使用的设备均为一次性投资且成本相对较低，在工业应用上可以起到节能减排，降低成本的作用，为石英的工业生产应用提供了绿色生产的技术路线。
具体实施方式
25.通过具体实施例对本发明作进一步的详细说明，使本技术领域的人员更好地理解本发明。
26.本发明中使用的术语“s1”、“s2”、“s3”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
27.本实施例使用的石英矿为tfe2o3含量为0.002～3％的石英矿石，在此类矿石中，虽然含铁杂质含量相对较少但去除难度极大，而且铁杂质在石英矿石中的赋存状态多样。在自然界中，含铁杂质矿物一般以弱磁性的赤铁矿等形式存在，依靠传统意义上的磁选工艺去除效率较低，依靠酸浸处理不仅生产成本较大、对环境的污染程度也较大，而且还要对产生的酸性废水进行后续处理，因此急需探寻出新的生产工艺来缓解传统除铁工艺应用上的缺陷。发明人通过查阅资料发现，目前没有通过将石英颗粒进行磁化焙烧处理，将石英中的弱磁性含铁杂质矿物还原成强磁性杂质矿物，再通过磁选的方式将其去除的方法。本发明为工业生产石英提纯过程中含铁杂质的去除提供了技术路线，深化了煅烧水淬的作用，促进了石英提纯过程中磁选技术的发展。
28.示例性实施例1
29.本示例性实施例提供了一种石英磁选除铁的方法。所述方法包括以下步骤：
30.s1、对石英原矿进行预处理，并将预处理后的石英颗粒与还原剂进行配比、混料，获混合物料。
31.在本实施例中，预处理后的石英颗粒粒径可为60目以下。磁化焙烧和工业生产过程中对石英颗粒的粒径有一定的要求，在工业生产磨矿过程中既需要将石英颗粒控制在产品要求的粒径范围内，又要使得石英颗粒的粒径不影响后续处理工艺进行。同时，在石英颗粒的磁化焙烧过程中，需要将石英颗粒与还原剂完全混合后再进行焙烧处理，在此过程中为了增大石英颗粒与还原剂的接触面积，需要石英颗粒的粒径尽可能小，但是石英颗粒过细又会使得石英颗粒堆积紧密，会导致还原反应不彻底，从而影响磁化焙烧结果。因此，结合上述情况综合考虑和试验结果验证，磁化焙烧过程中所使用的石英颗粒粒径为60目以下。
32.在本实施例中，预处理可包括一次破碎、二次破碎、筛分、擦洗、过滤、冲洗和烘干。
33.其中，石英颗粒原矿中的tfe2o3的含量为0.002～3％，例如，0.002％、1％、2％、3％。
34.一次破碎可包括将石英原矿破碎至粒径为10～50mm，例如，得到粒径为15mm、
25mm、35mm、45mm的石英颗粒。将石英原矿破碎到10～50mm的粒径是为了保障二次破碎流程的入料粒度，并尽可能的提升一次破碎环节的破碎比，以达到多碎少磨的目的。
35.二次破碎可以采用氧化锆对辊机和带氧化锆内衬的棒磨机进行破碎。
36.筛分可包括对二次破碎后的石英颗粒进行筛分，获得60目以下的石英颗粒。其筛分方式包括但不限于采用振动筛、固定筛、滚轴筛、圆筒筛、弧形筛等的一种或多种，筛分后获得60目以下的石英颗粒。
37.擦洗包括机械擦洗和超声擦洗中的一种或二种，擦洗所用的介质为工业超纯水和草酸溶液中的一种或二种。在预处理过程中采用工业超纯水或一定浓度的草酸溶液对石英颗粒进行擦洗，可以有效去除石英原矿表面附着的黏土类杂质、金属杂质以及在前期处理过程中铁质工具引入的杂质。
38.过滤可以采用自然滤水、真空过滤、离心脱水、加压过滤等的一种或多过滤方式。冲洗可采用工业超纯水洗涤2～3次。烘干包括但不限于自然晾干、电加热干燥和清洁的热风干燥等的一种或多种干燥方式。
39.在本实施例中，预处理后的石英颗粒与还原剂的配比是根据预处理后的石英颗粒的总含铁量与还原剂用量的摩尔比值为0.8～1.5进行称量，并混合均匀。在该区间可以使得反应结束时，物料中无剩余还原剂，同时保障石英颗粒中的弱磁性矿物已基本全部完成还原反应。例如，石英颗粒的总含铁量与还原剂用量的摩尔比值为0.8、1.0、1.2、1.5。
40.在本实施例中，还原剂可包括还原性碳粉，粒径在1mm以下，纯度大于99.9％。还原剂还可包括但不限于还原性碳粉等，为了使得石英颗粒与还原性碳粉充分接触，还原剂的粒径在1mm以下，同时为了保证石英颗粒的纯度，还原性碳粉的纯度应大于99.9％。例如，还原剂的粒径为0.1mm、0.4mm、0.6mm、1mm；还原性碳粉的纯度为99.9％、99.99％、99.999％。
41.混料可采用立式螺旋混合机、卧式螺带混合机、双螺旋锥形混合机、倾斜式强力混合机等的一种或多种；所述混料机内衬的材质包括但不限于塑料、聚四氟乙烯、石英质陶瓷等材料。其中，混料速度为50～800r/min，混料时间为5～40min。例如，混料速度为50r/min、200r/min、600r/min、800r/min；混料时间为5min、20min、30min、40min。
42.s2、对混合物料进行焙烧处理，将焙烧处理后的石英颗粒在高温下直接进行水淬处理，获得含强磁性杂质矿物的石英颗粒。
43.焙烧、水淬处理还原后获得含强磁性杂质矿物的石英颗粒，经过焙烧处理后所获得含强磁性矿物杂质的石英颗粒中的强磁性矿物为磁铁矿与磁赤铁矿任意比例的混合物。再将焙烧后的英颗粒保持在高温状态下直接投入工业超纯水中进行急冷处理，获得含强磁性杂质矿物的石英颗粒。该处理方式不仅可以达到磁化焙烧的目的，还可以通过水对外界空气的隔绝作用保持样品中铁质矿物物相的还原状态，避免在空气气氛中被再次氧化，同时起到对石英颗粒煅烧水淬的作用。
44.磁化焙烧和水淬处理可以将石英颗粒中弱磁性铁矿石在焙烧炉中加热并在适宜的气氛中使弱磁性铁矿物(赤铁矿、针铁矿、褐铁矿及菱铁矿等)在还原介质作用下转变为强磁性矿物(磁铁矿、磁赤铁矿等)，当存在强磁性杂质矿物时，分散的杂质颗粒可以在磁选条件下很好地聚集，这样在后续磁选过程中可以高效地去除含铁杂质矿物。
45.同时，在高温焙烧状态下，石英颗粒会发生晶型转变，α-石英会在573℃转变为β-石英，在870℃时会转变为α-鳞石英，从而使得石英矿物在该温度区间内的体积会先膨胀再
收缩再膨胀，所以当石英温度高于该温度点时，石英颗粒在保持高温状态下急速水淬冷却会使得石英颗粒内部急速收缩膨胀再收缩，从而使其内部产生破裂，使得石英的硬度降低、内部产生微裂纹、金属杂质在表面矿化，并保持还原时形成的磁性杂质物相不变。
46.在本实施例中，焙烧处理使用的焙烧炉可包括带氧化铝、氧化镁、氧化锆、或高纯方石英内腔的加热炉，焙烧处理温度可为600～1000℃，焙烧时间可为5～60min。设置该煅烧温度的原因有二，其一是因为在这个温度区间内会产生晶型转变，石英颗粒在保持高温状态下急速水淬冷却会使得石英颗粒内部急速收缩膨胀再收缩，从而使其内部产生微裂纹；其二是因为在磁化焙烧过程中，当弱磁性含铁矿物加热到300～400℃时，还原反应开始进行并显示出磁性增强，在温度为570℃以上时，就有弱磁性氧化铁矿物转变为强磁性磁铁矿物，在1050℃以上时，出现强磁性含铁矿物过还原导致生成部分弱磁性矿物，因此焙烧温度选择600～1000℃。设置该焙烧时间则是为了保障石英颗粒可以在高温下完全完成晶型转变。例如，混合物料的焙烧温度可为600℃、800℃、900℃、1000℃；混合物料的焙烧时间可为5min、20min、40min、60min。
47.焙烧炉可采用在焙烧过程中不与石英颗粒发生化学反应的材质作为焙烧炉内衬。例如，高纯石英玻璃、氧化锆、高纯方石英。
48.s3、对含强磁性杂质矿物的石英颗粒进行擦洗和磁选，获得低铁石英颗粒。
49.在本实施例中，擦洗可包括机械擦洗和超声擦洗中的一种或二种，擦洗所用的介质可为工业超纯水和草酸溶液中的一种或二种。
50.其中，机械擦洗机包括但不限于螺旋槽式擦洗机、高效搅拌式擦洗机、高堰式螺旋擦洗机、沉没式螺旋擦洗机、双轴槽式擦洗机的一种或多种。
51.擦洗机的内衬材料包括但不限于塑料、聚四氟乙烯、石英质陶瓷的一种或多种。擦洗机采用塑料、聚四氟乙烯、石英质陶瓷等内衬材料是为了防止在擦洗过程中引入新的杂质以及避免擦洗液对擦洗机内衬的侵蚀。
52.其中，机械擦洗的擦洗速度可为50～1000r/min，擦洗时间可为5～60min，擦洗的矿浆浓度可为20～80％，例如，机械擦洗的擦洗速度为50r/min、200r/min、500r/min、800r/min；机械擦洗时间为5min、20min、40min、60min；机械擦洗矿浆浓度为20％、40％、60％、80％。
53.超声波擦洗的功率10～40khz，擦洗温度可为20～80℃，擦洗时间可为5～90min，矿浆浓度可为20～70％，例如，超声波擦洗的功率为10khz、20khz、30khz、40khz；超声波擦洗温度为20℃、40℃、60℃、80℃；超声波擦洗时间为5min、20min、50min、80min；超声波擦洗矿浆浓度为20％、40％、60％、70％。
54.石英颗粒经过高温还原焙烧处理后，一部分强磁性含铁杂质矿物由于石英颗粒中的杂质元素的迁移转化，最终富集会在石英颗粒表面；另一部分强磁性含铁矿物可能会富集在石英颗粒缝隙中以及石英颗粒内部。本次擦洗的目的是将石英颗粒表面的含铁杂质矿物去除，并将部分石英颗粒缝隙中和内部的含铁杂质矿物去除，这样在后续的磁选过程中，可以降低磁选的负荷、提高磁选的效率、提高精矿产率。
55.在本实施例中，磁选可为湿法磁选或干法磁选中的一种或多种，磁选的磁场强度可为0.1～5.5t；其中，湿法磁选可利用工业超纯水将擦洗后的含水石英颗粒制成浓度为10～60％的矿浆。例如，干法/湿法磁选的磁场浓度为0.1t、2t、4t、5.5t；湿法磁选的矿将浓度
为10％、20％、50％、60％。选取浓度为10～60％的磁选矿浆是因为磁选机本身的限制，给入湿式磁选机的矿浆浓度过大的话，精矿的质量就会受到严重的影响，精矿颗粒容易被细脉石矿物覆盖或包裹，无法分选，严重影响精矿质量。矿浆的浓度过小既使得分选浓度过低，又会导致流速的增加和选别时间的缩短，让一些原本有机会被选上来的细小磁性颗粒，落进尾矿导致尾矿的品位增高，造成损失，使得磁选效率降低。
56.在本示例中，低铁石英颗粒的含铁量为0.0002～0.01％。
57.示例性实施例2
58.本示例性实施例提供了一种低铁石英颗粒。低铁石英颗粒可包括示例性实施例1的石英高效磁选除铁的方法所制备的低铁石英颗粒。
59.在本实施例中，低铁石英原矿颗粒的含铁量为0.002～3％；低铁石英颗粒的粒径为60目以下，经预处理、磁化焙烧、水淬和磁选后的石英颗粒含铁量为0.0002～0.01％的低铁石英颗粒。石英颗粒在擦洗、磁选阶段经过水力作用后，石英颗粒粒度组成相对均匀、石英颗粒中的铁含量显著降低且白度有所提升。
60.为了更好地理解本发明的示例性实施例，下面结合具体示例对其做进一步说明，但所举实例不作为对本发明的限定。
61.示例1
62.石英原矿为脉石英型矿石，矿石质地坚硬，呈现乳白色，几乎不见粒状杂质矿物。
63.对石英原矿进行破碎磨矿，使用四氟化硅挥发法将水洗烘干后的石英原矿样品消解并进行icp测试，测试结果如表1。
64.表1示例1石英原矿的icp测试结果
[0065][0066]
对脉石英原矿进行磁化焙烧-磁选的步骤如下：
[0067]
(1)一次破碎：对脉石英石英原矿进行破碎处理，选用氧化锆内衬的颚式破碎机，最终得到10～50mm粒径的石英矿颗粒。
[0068]
(2)二次破碎：采用破碎机器为带氧化锆内衬的棒磨机对一次破碎后的石英颗粒进行破碎处理。
[0069]
(3)筛分：使用60目的振动筛进行筛分处理，将60目筛下物作为精矿收集，将60目筛上产物收集并再次进行磨矿处理，最终获得60目以下的石英颗粒。
[0070]
(4)擦洗：首先用超纯水作为擦洗介质，将石英原矿表面的部分粘土杂质擦洗去除，擦洗转速为100r/min，擦洗时间为10min，擦洗的矿浆浓度为60％；然后使用10％的草酸溶液作为擦洗介质进行超声波深度擦洗，超声波擦洗功率为20khz，超声波擦洗时间为20min，超声波擦洗温度为25℃，超声波擦洗的矿浆浓度为50％，擦洗机的内衬均为塑料材质。
[0071]
(5)过滤、冲洗、烘干：将擦洗完成的石英颗粒置于尼龙筛网中进行自然过滤，并使用超纯水冲洗3次，将冲洗过滤完成后石英颗粒放入烘箱中进行电加热干燥。
[0072]
(6)物料配比：将二次破碎并筛分后获得的石英颗粒与还原性碳粉进行配比，其中
还原性碳粉的粒径在1mm以下，还原性碳粉的纯度为99.9％，配比按石英颗粒的总含铁量与还原剂用量的摩尔比值为1.2。
[0073]
(7)物料混合：将配比好的混合物料置于内衬为塑料的混料机中，在混料速度为100r/min的条件下搅拌10min进行物料混合，获得石英颗粒与还原性碳粉的混合物料。
[0074]
(8)焙烧处理：将石英颗粒与还原性碳粉的混合物料置于内衬为高纯方石英的特制焙烧炉中，在950℃下焙烧15min，获得含强磁性矿物的石英颗粒。
[0075]
(9)水淬：将焙烧后的石英颗粒在高温状态下直接取出，在保持高温状态下快速投入水中进行急冷处理，冷却后获得水淬后石英颗粒。
[0076]
(10)擦洗：将水淬后获得的石英颗粒用10％的草酸溶液作为擦洗介质进行超声波擦洗，超声波擦洗功率为20khz，超声波擦洗时间为25min，超声波擦洗温度为20℃，超声波擦洗的矿浆浓度为50％，擦洗机的内衬为塑料材质。
[0077]
(11)磁选：将擦洗完成后获得的石英颗粒进行湿法磁选，其中湿法磁选的矿浆浓度为40％，湿法磁选的磁场强度为1.5t，磁选完成后获得的磁选精矿为所述低铁石英颗粒。
[0078]
(12)检测：使用四氟化硅挥发法将磁选精矿进行消解并使用原子吸收光谱法(aas)测定低铁石英颗粒的含铁量，检测结果为35.25μg/g。
[0079]
对石英原矿颗粒进icp测试，根据测试结果石英原矿颗粒中的fe含量为234.8μg/g，而aas结果表明精矿含铁量为35.25μg/g，因此本实验中fe的去除率为85％。
[0080]
示例2
[0081]
所采用的石英原矿为石英岩型矿石，矿石质地坚硬，整体呈灰白色，表面有部分黄褐色铁质浸染层，部分区域有大颗粒黄铁矿镶嵌分布。
[0082]
对石英原矿进行破碎磨矿，并进行xrf测试，测试结果表明石英岩原矿样品中的tfe2o3含量为2.83％。
[0083]
对石英岩原矿进行磁化焙烧-磁选除铁的步骤如下：
[0084]
(1)一次破碎：对脉石英石英原矿进行破碎处理，选用氧化锆内衬的颚式破碎机，最终得到10～50mm粒径的石英矿颗粒。
[0085]
(2)二次破碎：采用破碎机器为带氧化锆内衬的对辊机对一次破碎后的石英颗粒进行破碎处理。
[0086]
(3)筛分：使用60目的圆筒进行筛分处理，将60目筛下物作为精矿收集，将60目筛上产物收集并再次进行磨矿处理，最终获得60目以下的石英颗粒。
[0087]
(4)擦洗：用超纯水作为擦洗介质，将石英原矿表面的部分粘土杂质擦洗去除，擦洗转速为1000r/min，擦洗时间为60min，擦洗的矿浆浓度为20％，擦洗矿浆浓度为80％，擦洗机的内衬为聚四氟乙烯材质。
[0088]
(5)过滤、冲洗、烘干：将擦洗完成的石英颗粒置于尼龙筛网中进行自然过滤，并使用超纯水冲洗2次，将冲洗过滤完成后石英颗粒放入烘箱中进行电加热干燥。
[0089]
(6)物料配比：将二次破碎并筛分后获得的石英颗粒与还原性碳粉进行配比，其中还原性碳粉的粒径在1mm以下，还原性碳粉的纯度为99.99％，配比按石英颗粒的总含铁量与还原剂用量的摩尔比值为1.5。
[0090]
(7)物料混合：将配比好的混合物料置于内衬为塑料的混料机中，在混料速度为800r/min的条件下搅拌40min进行物料混合，获得石英颗粒与还原性碳粉的混合物料。
[0091]
(8)焙烧处理：将石英颗粒与还原性碳粉的混合物料置于内衬为氧化铝的特制焙烧炉中，在1000℃下焙烧60min，获得含强磁性矿物的石英颗粒。
[0092]
(9)水淬：将焙烧后的石英颗粒在高温状态下直接取出，在保持高温状态下快速投入水中进行急冷处理，冷却后获得水淬后石英颗粒，水淬后的石英如所示。
[0093]
(10)擦洗：将水淬后获得的石英颗粒用10％的草酸溶液作为擦洗介质进行超声波擦洗，超声波擦洗功率为1000khz，超声波擦洗时间为60min，超声波擦洗温度为80℃，超声波擦洗的矿浆浓度为70％，擦洗机的内衬为聚四氟乙烯材质。
[0094]
(11)磁选：将擦洗完成后获得的石英颗粒进行湿法磁选，其中湿法磁选的矿浆浓度为10％，湿法磁选的磁场强度为5.5t，磁选完成后获得的磁选精矿为所述低铁石英颗粒。
[0095]
(12)检测：使用四氟化硅挥发法将磁选精矿进行消解并使用原子吸收光谱法(aas)测定低铁石英颗粒的含铁量，检测结果为97.5μg/g。
[0096]
对石英原矿颗粒进xrf测试，根据测试结果石英岩原矿颗粒中的tfe2o3为2.83％，而aas结果表明精矿含铁量为97.5μg/g，因此本实验中fe的去除率为99.6％。
[0097]
示例3
[0098]
所采用的石英原矿为脉石英型矿石，矿石质地坚硬，整体呈无色透明玻璃状，无明显杂质矿物，质地较纯。
[0099]
对石英原矿进行破碎磨矿，使用四氟化硅挥发法将水洗烘干后的石英原矿样品消解并进行icp测试，测试结果如表2。
[0100]
表2示例3石英原矿的icp测试结果
[0101][0102]
对脉石英原矿进
[0103]
行磁化焙烧-磁选的步骤如下：
[0104]
(1)一次破碎：对脉石英石英原矿进行破碎处理，选用氧化锆内衬的颚式破碎机，最终得到10～50mm粒径的石英矿颗粒。
[0105]
(2)二次破碎：采用破碎机器为带氧化锆内衬的棒磨机对一次破碎后的石英颗粒进行破碎处理。
[0106]
(3)筛分：使用60目的固定筛进行筛分处理，将60目筛下物作为精矿收集，将60目筛上产物收集并再次进行磨矿处理，最终获得60目以下的石英颗粒。
[0107]
(4)擦洗：用5％草酸溶液作为擦洗介质，将石英原矿表面的部分粘土杂质擦洗去除，擦洗转速为50r/min，擦洗时间为5min，擦洗的矿浆浓度为20％，擦洗机的内衬为石英质陶瓷材质。
[0108]
(5)过滤、冲洗、烘干：将擦洗完成的石英颗粒置于尼龙筛网中进行自然过滤，并使用超纯水冲洗3次，将冲洗过滤完成后石英颗粒放入烘箱中进行电加热干燥。
[0109]
(6)物料配比：将二次破碎并筛分后获得的石英颗粒与还原性碳粉进行配比，其中还原性碳粉的粒径在1mm以下，还原性碳粉的纯度为99.99％，配比按石英颗粒的总含铁量与还原剂用量的摩尔比值为0.8。
[0110]
(7)物料混合：将配比好的混合物料置于内衬为聚四氟乙烯的混料机中，在混料速度为50r/min的条件下搅拌5min进行物料混合，获得石英颗粒与还原性碳粉的混合物料。
[0111]
(8)焙烧处理：将石英颗粒与还原性碳粉的混合物料置于内衬为高纯方石英的特制焙烧炉中，在600℃下焙烧5min，获得含强磁性矿物的石英颗粒。
[0112]
(9)水淬：将焙烧后的石英颗粒在高温状态下直接取出，在保持高温状态下快速投入水中进行急冷处理，冷却后获得水淬后的石英颗粒。
[0113]
(10)擦洗：将水淬后获得的石英颗粒用10％的草酸溶液作为擦洗介质进行超声波擦洗，超声波擦洗功率为10khz，超声波擦洗时间为5min，超声波擦洗温度为20℃，超声波擦洗的矿浆浓度为20％，擦洗机的内衬为塑料材质。
[0114]
(11)磁选：将擦洗完成后获得的石英颗粒进行湿法磁选，其中湿法磁选的矿浆浓度为60％，湿法磁选的磁场强度为0.1t，磁选完成后获得的磁选精矿为所述低铁石英颗粒。
[0115]
(12)检测：使用四氟化硅挥发法将磁选精矿进行消解并使用原子吸收光谱法(aas)测定低铁石英颗粒的含铁量，检测结果为1.2μg/g。
[0116]
对石英原矿颗粒进icp测试，根据测试结果脉石英原矿颗粒中的fe含量为13.4μg/g，而aas结果表明精矿含铁量为1.2μg/g，因此本实验中fe的去除率为91％。
[0117]
综上所述，本发明有益效果体现在：
[0118]
本发明使用的石英原料范围广，适用于石英原料多种含铁杂质矿物的提纯，对于铁杂质含量为0.002～3％的石英颗粒的除铁处理具有显著效果，对促进国内高纯石英提纯技术的发展具有重要意义。
[0119]
本发明可以有效解决石英原矿在预处理过程中工具铁杂质对矿物的污染问题同时实现石英颗粒中铁质矿除去的目的，减少石英颗粒中的铁杂质对后续石英处理工艺的影响。
[0120]
相较于传统的酸浸工艺只能去除酸溶液能接触的石英表面的含铁杂质，导致去除的铁杂质很有限，本发明的石英高效磁选除铁技术，综合了煅烧水淬、擦洗、磁选三个工艺的优点，在此基础上通过磁化焙烧技术将这几个工艺有机地结合起来，既达到了磁化焙烧还原弱磁性含铁矿物的目的，又达到了煅烧水淬的目的。即在高温下使得石英颗粒内部的铁杂质在石英表面矿化，并使得石英颗粒内部产生微裂纹，达到与煅烧水淬相同的目的；同时还使得石英中的弱磁性含铁杂质矿物转变为强磁性含铁杂质矿物，通过擦洗和磁选工艺的结合，既提高了精矿的回收率，又提高了铁杂质的去除率。
[0121]
传统意义上的酸浸方法去除铁杂质需要花费大量的成本在购买酸溶液和后续废液处理上，且对生产的环境要求比较高，管控更加严格。而磁化焙烧技术使用的设备均为一次性投资且成本相对较低，在工业应用上可以起到节能减排，降低成本的作用，为石英的工业生产应用提供了绿色生产的技术路线，更适合应用于工业生产中。
[0122]
此外，磁化焙烧技术去除石英颗粒中的铁杂质更加绿色、安全、高效且无二次污染，避免了石英提纯传统意义上使用强酸酸浸除铁过程中产生酸性废水而对环境造成的危害。
[0123]
尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

技术特征：
1.一种石英高效磁选除铁的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：对石英原矿进行预处理，并将预处理后的石英颗粒与还原剂进行配比、混料，获得石英颗粒与还原剂的混合物料；对混合物料进行焙烧处理，将焙烧处理后的石英颗粒在高温状态下直接进行水淬处理，获得含强磁性杂质矿物的石英颗粒；对含强磁性杂质矿物的石英颗粒进行擦洗和磁选，获得低铁石英颗粒。2.根据权利要求1所述的石英高效磁选除铁的方法，其特征在于，所述预处理后的石英颗粒粒径为60目以下。3.根据权利要求1所述的石英高效磁选除铁的方法，其特征在于，所述对石英原矿的预处理包括一次破碎、二次破碎、筛分、擦洗、过滤、冲洗和烘干；其中，石英原矿颗粒中的tfe2o3的含量为0.002～3％，一次破碎包括将石英原矿破碎至粒径为10～50mm；二次破碎与筛分后获得60目以下的石英颗粒；擦洗包括机械擦洗和超声擦洗中的一种或二种，擦洗所用的介质为工业超纯水和草酸溶液中的一种或二种。4.根据权利要求1所述的石英高效磁选除铁的方法，其特征在于，所述预处理后的石英颗粒与还原剂的配比为预处理后的石英颗粒的总含铁量与还原剂用量的摩尔比值为0.8～1.5。5.根据权利要求1所述的石英高效磁选除铁的方法，其特征在于，所述还原剂包括还原性碳粉，粒径在1mm以下，纯度大于99.9％。6.根据权利要求1所述的石英高效磁选除铁的方法，其特征在于，所述混合物料的焙烧处理使用的焙烧炉包括带氧化铝、氧化镁、氧化锆或高纯方石英内腔的加热炉，所述焙烧处理温度为600～1000℃，焙烧时间为5～60min；所述水淬是将焙烧完成后的石英颗粒在高温状态下投入工业用水中。7.根据权利要求1所述的石英高效磁选除铁的方法，其特征在于，所述的擦洗包括机械擦洗和超声擦洗中的一种或二种，擦洗所用的介质为工业超纯水和草酸溶液中的一种或二种；其中，机械擦洗的擦洗速度为50～1000r/min，擦洗时间为5～60min，擦洗的矿浆浓度为20～80％；超声波擦洗的功率10～40khz，擦洗温度为20～80℃，擦洗时间为5～90min，矿浆浓度为20～70％。8.根据权利要求1所述的石英高效磁选除铁的方法，其特征在于，所述磁选为湿法磁选或干法磁选中的一种或二种，磁选的磁场强度为0.1～5.5t；其中，湿法磁选需利用工业超纯水将所述擦洗后的含水石英颗粒制成浓度为10～60％的矿浆。9.一种低铁石英颗粒，其特征在于，所述低铁石英颗粒包括权利要求1～8中任一项所述的石英高效磁选除铁的方法所制备。10.根据权利要求9所述的低铁石英颗粒，所述低铁石英颗粒的含铁量为0.0002～0.01％，粒径为60～200目。

技术总结
本发明提供了一种石英高效磁选除铁的方法及低铁石英颗粒。所述方法包括以下步骤：对石英原矿进行预处理，并将预处理后的石英颗粒与还原剂进行配比、混料，获得混合物料；对混合物料进行焙烧处理，将焙烧处理后的石英颗粒在高温下直接进行水淬处理，获得含强磁性杂质矿物的石英颗粒；对含强磁性杂质矿物的石英颗粒进行擦洗和磁选，获得低铁石英颗粒。低铁石英颗粒为所述石英高效磁选除铁的方法制备的低铁石英颗粒。本发明的有益效果包括通过转变杂质矿物磁性，使原本不易被磁选出的弱磁性矿物转变为易被磁选出的强磁性矿物，提高石英颗粒中含铁杂质矿物去除率，减少石英提纯过程中酸用量，整个处理过程高效、环保、无二次污染及无酸性污水产生。酸性污水产生。


技术研发人员：孙红娟 唐宇 彭同江 刘波 王振轩
受保护的技术使用者：西南科技大学
技术研发日：2023.07.10
技术公布日：2023/10/15