摘 要

本文对内蒙某地的风积沙进行了综合利用实验研究。实验目的是探索该风积沙综合利用的可能性、所能达到的产品指标及合理的综合利用工艺流程,为后续沙漠的大规模综合利用和治理提供依据。根据风积沙性质和探索实验结果,确定了风积沙--分级抛尾--磨矿--强磁除铁--脱泥--浮选去除粘土类杂质长石浮选石英提纯的工艺流程经过分级粒度、磨矿细度、强磁除铁、脱泥、除杂捕收剂用量、除杂扫选次数、长石捕收剂用量和石英提纯实验,最终获得产率67.7%,K₂0品位8.26%的钾长石精矿,提取的长石精矿达到了玻璃用长石一级品标准,日用陶瓷用长石合格品标准。获得产率21.03%,0₂品位99.53%的石英精矿,提取的石英精矿只能作为常规玻璃原料,如需用作高档玻璃原料还需对其进行深加工处理。生产过程中产生的废水全部回用,回用采取总废水集中处理后再且用的方案,处理后的废水回用至生产系统时,对产品指标影响较小生产所产生的二次尾矿,经化验分析和初步实验研究,符合土壤复垦的条件。对中高档石英精矿原料进行了深加工和表面改性处理,处理后的石英产品Si0₂品位达到了99.88%将腾格里沙漠风积沙中提取的高档石英产品与国外进口的原料进行了对比试验,经武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室初步实验得出:该风积沙提取的石英砂达到了进口石英砂的各项技术指标,符合触摸类电子产品用盖板玻璃和TFT-LCD液晶基板玻璃等超白、超薄高档玻璃所需进口石英砂原料的行业标准。

关键词：风积沙 长石 石英 提纯实验

Abstract

this paper makes a comprehensive use of experimental study on wind sediment in desert. The purpose of experiment is to explore the possibility of the comprehensive utilization of aeolian sand, can achieve product indicators and the comprehensive utilization of reasonable process flow, for subsequent large-scale comprehensive utilization and management of the desert. According to the nature of aeolian sand and explore the result of the experiment, confirmed the aeolian sand - grading behind the tail - grinding - strong magnetic iron - desliming flotation, flotation to remove clay impurities feldspar quartz purification process through grading granularity, grinding fineness, strong magnetic iron, desliming, removing impurity collector dosage, removing impurity of scavenging times dosage of collector, feldspar and quartz purification experiment, finally get the yield 677%, K20 8.26% of potassium feldspar concentrate grade, up to the glass in the extraction of feldspar concentrates first-grade product standard of feldspar, ceramic with feldspar product standards. With a yield of 21.03% and a quartz concentrate of 99.53% of grade 02, the extracted quartz concentrate can only be used as a regular glass raw material, and it needs to be further processed if necessary for high-grade glass materials. All the production process of wastewater reuse, take after total concentration wastewater treatment and reuse of used solution, treated wastewater reuse to production system, the production index is affected by the secondary tailings, the assay analysis and preliminary experimental research, can meet the requirements of soil reclamation, next to a large area of soil reclamation experiments. High-grade quartz concentrate raw material for the deep processing and surface modification treatment, after processing the quartz product Si02 grade of 99.88% will extract the tengger desert aeolian sand of high-grade quartz products with foreign imports of raw materials through the contrast test of the wuhan university of science and technology state key laboratory of silicate materials preliminary experiment: tengger desert aeolian sand extraction of quartz sand reached the technical indicators of import quartz sand, conform to the touch type electronic products with plate glass and TFT - LCD substrate, such as glass, super white, thin high-grade imported quartz raw material for glass industry standards.

Key Words：windsandsandquartzpurification experiment.

目录

第1章 绪 论. 3

1.1目的及意义 3

1.1.1风积沙中长石与石英分离技术的研究现状 3

1.1.2提取风积沙中长石与石英的意义及目的 3

1.2 研究的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施 4

1.2.1研究的基本内容与目标 4

1.2.2研究拟采用的技术方案及措施 4

1.2.3拟采用步骤 4

1.3 长石与石英的工业用途 5

1.3.1长石 6

1.3.2石英 6

第2章 风积沙试样的制备 7

2.1 制样 7

2.2 缩分相关定义 7

2.2.1缩分概念 7

2.2.2缩分目的 7

2.2.3缩分方法 7

2.3 注意事项 7

第3章工艺矿物学研究 8

3.1风积沙定性和定量分析 8

3.1.1定性分析 8

3.1.2 定量分析 8

3.2 矿物组成及共生关系 8

第4章 综合利用实验 11

4.1 探索实验 11

4.1.1粒度分布 11

4.1.2不同分级粒度探索实验 11

4.2 条件实验 13

4.2.1磨矿细度实验 13

4.2.2强磁除铁实验 16

4.2.3脱泥实验 17

4.2.4浮选除杂捕收剂用量实验 18

4.2.5浮选除杂扫选次数实验 19

4.2.6浮选长石捕收剂用量实验 20

4.2.7石英提纯实验 21

4.3全流程实验 22

第5章 产品多元素分析 25

第6章 废水回收利用及总尾矿土壤复垦实验研究 26

6.1废水回收实验研究 26

6.2总尾矿作为土壤复垦初步研究 26

第7章 石英精矿深加工处理实验研究 27

7.1石英精矿分析 27

7.2石英精矿深加工处理 27

7.3石英精矿表面改性处理 28

7.4高档石英产品对比实验 28

第8章 结论 29

参考文献 30

致谢 32

第1章 绪 论

1.1目的及意义

1.1.1风积沙中长石与石英分离技术的研究现状

长石和石英是晶体结构相似的架状结构的硅酸盐矿物。长石与石英在很多方面都存在这些许差别正是因为他们的结构差异：长石中的铝氧四面体取代了一部分的硅氧四面体。因为硅离子与铝离子的电价不同，所以当硅离子取代晶格中的铝离子时会产生电价不平衡，于是必须引进钾、钠等碱土金属离子使电价重新达到平衡状态。^[1]长石的零电点比石英的零电点要低，正是因为引进的钾钠碱土金属离子与氧离子形成离子键，在水中易解离，键能低且联结能力弱。因为长石和石英在他们的化学组成、物理性质以及结构构造等方面都十分相似，只存在着细微差异，所以磁选以及重选等分离技术并不适用于长石与石英，很难将长石与石英进行有效分离，因此我们采用浮选法对长石和石英进行分离。而由于长石与石英的结构上存在这些许差异，所以他们具有不同的可浮性，通过浮选可以将长石与石英进行有效的分离。

由于长石与石英在许多工业方面都有着及其关键的作用，所以关于长石与石英的分离这一课题也有着许多学者花费了大量的精力对其进行研究随着时间的推移，选矿技术也在不断地进步，人们对于长石与石英的浮选分离方法也在不断地进行改进。最开始我们所使用的方法是氢氟酸法，这也是目前最为成熟的一种分离方法，但是它存在着严重的不足之处：氢氟酸酸性很强且具有较大的毒性，对环境产生极大的危害，弱不小心碰到也会对人体造成损伤。到后来便采用无氟有酸法来进行长石与石英的浮选分离，无氟有酸法也是目前使用最多的同时分离效果也很不错的浮选分离方法。但无氟有酸法也会因为酸的大量使用而对我们赖以生存的环境造成难以抚平的创伤。因此无氟无酸法是学者们正在积极研究的一种新的对环境污染极低的长石与石英的浮选分离方法。^[2]   

1.1.2 提取风积沙中长石与石英的意义及目的

我国具有丰富的风积沙资源，风积沙中富含有较丰富的长石与石英，对于综合开发和利用风积沙中的有用资源具有重要的意义。实验目的是探索风积沙综合利用的可能性、所能达到的产品指标及综合利用工艺流程，为后续沙漠的大规模综合利用和治理提供依据。

长石与石英是在地壳中含量最多同时也是最为常见的两种硅酸盐矿物。长石与石英在工业、制造业以及建筑行业等诸多领域有着极为广泛的用途,起着十分重要的作用。由于长石与石英在物理性质、化学组成、结构构造等方面都十分的相似,常常以共生体状态或伴生在一起出现于自然界中,或者是作为脉石矿物然后与其他多种有用矿物共生在一起,所以想要将长石与石英提取利用必须对他们进行浮选分离选矿。

1.2 研究的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

1.2.1研究的基本内容与目标

开展风积沙综合利用选矿工艺研究并探讨合适开发风积沙资源的选矿工艺，为有效利用该类矿产资源奠定技术基础。主要进行风积沙原料性质的研究，探讨提取风积沙中的长石与石英，考察主要不同因素，如：磨矿粒度、抑制剂、后来捕收剂的浮选效果，优化浮选药剂条件，找到适宜风积沙试样的选别工艺，并测定相关物料的分选参数。完成风积沙原矿试样物理化学性质测定和磨矿粒度曲线以及不同磨矿粒度选别效果，优化浮选药剂条件，找到主要浮选药剂的用量，以及浮选分离的扫选次数，浮选除杂捕收剂用量，产品的多元素分析等等。

1.2.2 研究拟采用的技术方案及措施

根据风积沙性质和探索实验结果，确定了风积沙——分级抛尾——磨矿——强磁除铁——脱泥——浮选去除土类杂质——长石浮选——石英提纯的工艺流程。

1.2.3 拟采用步骤

制备风积沙（试样取自内蒙某沙漠，随机布点，经掺和、缩分后分别制得综合利用实验样、化学样、工艺矿物学研究样以及备用样）。风积沙定性和定量分析（定性分析：风积沙样品的X荧光光谱半定量分析和多元素化学成分分析；定量分析：对风积沙中有用成分进行定量。分析矿物组成及共生关系（风积沙标本为棕色粉末样。因矿样程粉末状，需通过煮胶固结制片，矿物细小，所以不能完整观察，只能简单表述可视矿物特征）；在工艺矿物学分析基础上，进行了风积沙综合利用的探索实验和条件实验，探索实验包括：粒度分布（风积沙是由风沙流搬运形成的，各种矿物由于硬度不同，粒度分布极为不均匀，所以首先对风积沙进行筛分，要提取较高品位的长石和石英，应该首先对风积沙进行分级抛尾）和不同分级粒度探索实验（确定了实验的工艺流程：风积沙—分级抛尾—磨矿—强磁除铁—脱泥—浮选去除粘土类杂质—长石浮选—石英提纯）。条件实验主要有：磨矿细度实验（首先要确定磨矿细度）；强磁除铁实验（尽可能去除长石和石英中的含铁杂质）；脱泥实验（因矿样中含有粘土矿物，这部分矿物在磨矿过程中极易泥化，且含铁量较大，对浮选影响较大，所以要在入浮选前进行脱除，采用手工筛分的方式）；浮选除杂捕收剂用量实验（继续利用浮选方法去除铁杂质，首先对捕收剂进行用量实验）；浮选除杂扫选次数实验（增加扫选次数，继续降低铁含量）；浮选长石捕收剂用量实验（进行长石浮选实验，确定捕收剂合适用量）；石英提纯实验（进行扫选增加石英精矿中SiO₂品位）。在条件实验的基础上在进行全流程实验。产品多元素分析（对长石精矿、石英精矿和总尾矿的主要元素进行分析）；废水回用及总尾矿土壤复垦实验探究（对综合利用过程中所产生的废水及尾矿，进行了再利用研究）。石英精矿深加工处理实验研究，其包括石英精矿分析（从风积沙中提取的石英精矿因Fe、K、Na和Al等杂质含量较高，只能作为常规玻璃材料，如需用作高档玻璃原料还需对其进行深加工处理）；石英精矿深加工处理（通过深加工实验，得到高品位的石英产品）；石英精矿表面改性处理（将深加工过的石英产品加入微量的表面改性剂，进行表面改性，提高石英产品的堆密度，减少石英颗粒的团聚现象）；高档石英产品对比实验。

1.3 长石与石英的工业用途

1.3.1长石

长石是地表岩石最重要的造岩矿物。长石族矿物的总称是长石，并且长石是一种常见的铝硅酸盐类造岩矿物。长石的种类很多，包含钠长石、钙长石、钡长石、微斜长石、正长石，透长石等等，而且这些长石全都具有玻璃光泽，颜色有无色的还有白色的以及黄色、绿色、灰色、红色、黑色的等，十分丰富。长石大部分透明的，少数则是半透明的，它们自身本该都是无色透明的，因为里面混入了其他的杂质，所以才会出现有色或不完全透明的现象。长石的形状也是种类繁多，有块状、针状、柱状、板状等等。广泛用于陶瓷工业、玻璃工业及搪瓷工业的主要是富含钾或钠的长石。而作为提取这些元素的矿物原料的则是含有铷和铯等稀有元素的长石。颜色鲜艳的长石主要用作装饰的石料以及次等宝石。长石在地壳中的比例占据了60%以上。长石在火成岩、变质岩、沉积岩中都有出现，^[3]所有火成岩的主要矿物组成成分几乎都是长石，所以说长石对于岩石的分类有着重要的意义。

1.3.2 石英

石英是由二氧化硅组成的矿物，化学式SiO₂。纯净石英是无色透明的，由于含有少数的色素离子，或着是因为存在色心而呈多种颜色，并且让透明度下降。石英具有玻璃光泽，它的断口呈油脂光泽。石英是比重2.65，硬度为7，无解理，断口贝壳状并且具有压电性的矿物。它主要用途有：

1）冶金工业：石英在冶金上用于制造硅砖（耐火材料），并且可以用来冶炼硅铁、硅锰、硅铬等合金和以及作熔剂用。比较纯的石英还可以用来制造生产单晶硅，硅铝以及有机硅的主要原料：结晶硅。

2）玻璃工业：制造玻璃的主要原料正是石英。石英可用于制造各种平板玻璃、夹丝玻璃、压花玻璃、空心玻璃、泡沫玻璃以及玻璃砖和各种用于包装的瓶罐等，玻璃类的器皿如：白酒瓶、水杯、热水瓶以及各种装饰品等；石英还可以用来制造光学玻璃。实验用的玻璃仪器，具有导电能力的玻璃，以及防射线的特种玻璃等等。

3）建筑工业：在建筑行业方面，石英的用途也十分广泛。石英可以用作制造水泥的配料，以及碎石还可以直接用来铺路。石英也是硅酸盐水泥的校正材料等等。所以说石英是建筑的基石

4）化学工业：硅石可用来制作各种硅化物，以及硅酸盐等等。质量比较好的石英还可以用作耐酸性的硫酸塔中的充填物。石英也可以用来制造水玻璃还有硅胶以及石油精炼的催化剂、干燥剂等等。

5）研磨业：由于硬度相对较高，石英可以用来制作磨石、砂纸以及碳酸硅等研磨材料；石英砂也经常用来磨光玻璃、研磨金属制品及石器制品的表面，使他们的表面变得光滑剔透。并且石英也可以用于琢磨珠宝。

6）其它工业：细的石英砂一般就用来过滤液体。石英在陶瓷工业方面也有很高的用途。纯度较高的石英常被用于无线电工业。超声波技术及现代国防和尖端技术也常常会用到石英，因为纯的石英岩具有旋光性和透过紫外线性能，所以可用来制造各种光学仪器各种玻璃器皿等。

第2章 风积沙试样的制备

2.1 制样

试样取自内蒙某沙漠，随机布点，然后经过掺和、缩分后分别制得综合利用实验样、化验样、工艺矿物学研究样以及备用样。

2.2 缩分相关定义

2.2.1 缩分概念

缩分是制样的重要环节，是把原样先破碎，并且破碎到所要的颗粒直径，然后按照一定的要求基本均匀地分为多份，并且每一份都能达到相应的要求，足够可靠。或者是在进行加工、破碎作业以前对原样进行缩减的作业流程。

2.2.2 缩分目的

将样品进行缩分作业的目的，是为了减少了后续破碎工作量或者是为了减少原样的运输量，但同时却又必须保证样品的可靠程度，不影响实验结果。将原始样品进行缩分能够加快样品的加工的速度，从而提升了工作效率。

2.2.3 缩分方法

缩分分为机械方法和人工缩分方法。人工缩分方法又分为：二分器法；条带截取法；棋盘法；堆锥四分法；九点取样法。

2.3 注意事项

1）取样时应注意随机布点，以保证取样准确。

2）对原始样品每次进行缩分作业前，都需要把样品充分混和均匀。