一种石英砂尾泥回收利用方法与流程

1.本技术涉及石英砂尾泥深加工领域，特别涉及一种石英砂尾泥回收利用方法。


背景技术：

2.水洗石英砂冲出来后，用冲砂的水又一次沉淀出来的砂，叫做石英砂尾泥。我国石英砂尾泥年排放量上千万吨，排放如此大量的石英尾砂，直接造成严重的环境污染、耕地占用、河道、水库淤塞等不良后果，资源化利用已成为必然趋势。
3.而高纯石英粉具有优良的光学性能、热稳定性能、化学稳定性和耐辐照性能，是生产单晶硅、多晶硅、石英玻璃、光纤、太阳能电池、集成电路基板材料等高性能材料的主要原料，在电子工业、电光源、光通讯、军工等方面具有广泛的用途。随着电子工业、光通信、激光、光学等领域的发展，企业对高纯石英材料的要求越来越高，需求量也越来越大。
4.有不少企业将石英砂尾泥经过水洗、分级、磁选、酸洗、干燥后应用于陶瓷釉、涂料用骨料、特种砂浆、营养土、烟花爆竹填充料、耐火硅泥、建筑陶粒、水化硅酸钙等产品中，但这些产品都是低端产品，如何将石英砂尾泥进行高度纯化，应用于单晶硅、多晶硅、石英玻璃、光纤、太阳能电池、集成电路基板材料等，提升其应用价值，将是本技术所要解决的技术问题。
5.铝是石英粉难以去除的杂质，很难使石英中铝含量达到高纯石英的标准。铝元素在石英砂主要是以3种形式存在：一是存在于长石、云母和粘土等含铝矿物中；二是以包裹体形式存在石英晶体内；三是以类质同象形式存在石英晶格中。对于以不同形式存在的铝元素，去除方式也各有不同：(1)对于粘土类矿物，一般采用脱泥的方法便可去除。(2)对于替换硅原子存在于石英晶格网中的铝杂质和流体包裹体，一般处理方法较难去除，可采用高温焙烧和氢氟酸酸洗。(3)对于长石类含铝矿石，因长石是石英晶体中的si
4
被al
3
取代后混入k

、na

等金属阳离子而形成的架状硅酸盐类矿物，所以长石与石英的物理性质相近，重选和磁选很难将长石与石英分离，浮选是两者分离最有效的方法。对于长石和云母矿物利用氢氟酸浮选工艺才能取得较好的去除效果，该工艺在ph＝2～3时，向矿浆中加入适量的hf和阳离子捕收剂将长石优先浮出，达到长石与石英浮选分离目的的方法。目前，氢氟酸法在工业应用上效果也较好，是长石和石英分离的主要工艺，但因hf有剧毒性，对环境的危害较大。


技术实现要素：

6.鉴以此，本技术提出一种石英砂尾泥回收利用方法，采用无氟浮选，浮选长石，得到高纯度的石英。
7.本技术的技术方案是这样实现的：
8.一种石英砂尾泥回收利用方法，包括以下步骤：
9.(1)水洗：将石英砂尾泥经过水洗脱泥；
10.(2)磁选：将经过水洗的石英砂尾砂进行磁选去除磁性金属杂质和强磁性矿石；
11.(3)分级：将磁选后的石英砂尾砂分级得到超细粒度石英砂尾砂、细粒度石英砂尾砂、粗粒度石英砂尾砂；
12.(4)低温粉碎:将细粒度和粗粒度的石英砂尾砂低温粉碎后，并与步骤(3)得到的超细粒度石英砂尾砂混合成超细粉末；
13.(5)浮选：配置阳离子捕收剂氯化四乙胺水溶液后加入抑制剂，并用摩尔浓度为0.15-10mol/l氢氧化钠溶液调整ph为中性或弱碱性，再加入经过酸洗过滤的超细粉末和4号浮选油进行浮选；所述抑制剂为硫化钠与硅氟酸钠的特定混合物；采用硅氟酸钠活化长石，硫化钠与硅氟酸钠协同抑制石英，石英的纯度不高，而将硫化钠与硅氟酸钠搭配使用，能够显著提高石英的纯度。本技术所述的4号浮选油属于烷氧基烃类起泡剂，主要成分是1，1，3-三乙氧基丁烷。(6)水洗、脱水和干燥：水洗、脱水和干燥浮选后剩余物料得到石英。
14.进一步的技术方案是，步骤(3)所述超细粒度石英砂尾砂为150-300目、细粒度石英砂尾砂为80-150目的、粗粒度石英砂尾砂为20-80目。
15.进一步的技术方案是，步骤(4)所述的低温粉碎条件为-65℃至0℃的温度。
16.进一步的技术方案是，步骤(5)所述配置阳离子捕收剂氯化四乙胺水溶液是用软化水稀释成摩尔浓度0.005-0.015mol/l的氯化四乙胺水溶液。由于硬水中含有钙盐和镁盐，为了防止钙离子和镁离子活化石英，故采用软化水进行浮选。
17.进一步的技术方案是，步骤(5)氯化四乙胺水溶液中所述硫化钠的摩尔浓度为0.003-0.025mol/l，所述硅氟酸钠的摩尔浓度为0.002-0.008mol/l
18.进一步的技术方案是，步骤(5)所述的酸洗是将超细粉末加入酸性水溶液中进行冲洗，所述酸性水溶液包括盐酸水溶液、硫酸水溶液、硝酸水溶液中的一种或多种，所述酸性水溶液中氢离子的摩尔浓度为0.55-1.35mol/l，酸洗温度为80-100℃。此处酸洗的目的是除去包裹超细粉末表面的流体等杂质，以充分暴露长石和石英。
19.进一步的技术方案是，步骤(5)所述4号浮选油与氯化四乙胺水溶液的体积比为1:7000-8000。
20.进一步的技术方案是，步骤(5)中所述氯化四乙胺水溶液中超细粉末的浓度为100-300g/l。
21.进一步的技术方案是，步骤(5)所述的ph为7.0-8.5，所述浮选时间为15-30min。
22.上述一种石英砂尾泥回收利用方法得到的石英，在生产单晶硅、多晶硅、石英玻璃、光纤、太阳能电池、集成电路基板、航空航天材料中的应用。
23.与现有技术相比，本技术的有益效果是：
24.(1)本技术通过水洗除去粘土泥中的金属杂质，再通过磁选去除石英砂尾泥中的磁性金属杂质和强磁性矿石，然后通过低温粉碎，破坏流体包裹体及石英晶格，暴露其中的铝杂质，再通过酸洗去除，而对于长石中未去除的铝等杂质，则通过浮选方法，采用阳离子捕收剂浮选长石，采用硅氟酸钠活化长石和抑制石英，最后得到高纯的石英。
25.(2)通过本技术所述石英砂尾泥回收利用方法，得到的石英纯度高，收率液比较高，可应用于生产单晶硅、多晶硅、石英玻璃、光纤、太阳能电池、集成电路基板、航空航天材料等高端产品。
具体实施方式
26.为了更好理解本技术技术内容，下面提供具体实施例，对本技术做进一步的说明。
27.实施例1
28.一种石英砂尾泥回收利用方法，包括以下步骤：
29.(1)水洗：将石英砂尾泥经过水洗脱泥；
30.(2)磁选：将经过水洗的石英砂尾砂进行磁选去除磁性金属杂质和强磁性矿石；
31.(3)分级：将磁选后的石英砂尾砂分级得到150-300目的超细粒度石英砂尾砂、80-150目的细粒度石英砂尾砂、20-80目的粗粒度石英砂尾砂；
32.(4)低温粉碎:将细粒度和粗粒度的石英砂尾砂在-65℃的温度下低温粉碎后，并与步骤(3)得到的超细粒度石英砂尾砂混合成超细粉末；
33.(5)浮选：配置阳离子捕收剂氯化四乙胺水溶液后加入抑制剂，并用氢氧化钠调整ph为7.0，再加入经过酸洗过滤的超细粉末和4号浮选油进行浮选，浮选30min；所述抑制剂为硫化钠与硅氟酸钠的混合物；
34.(6)水洗、脱水和干燥：水洗、脱水和干燥浮选后剩余物料得到石英。
35.步骤(5)中所述配置阳离子捕收剂氯化四乙胺水溶液是用软化水稀释成摩尔浓度0.005mol/l的氯化四乙胺水溶液。氯化四乙胺水溶液中所述硫化钠的摩尔浓度为0.003mol/l，所述硅氟酸钠的摩尔浓度为0.002mol/l，所述超细粉末的浓度为100g/l。所述4号浮选油与氯化四乙胺水溶液的体积比为1:7000。
36.步骤(5)所述的酸洗是将超细粉末加入酸性水溶液中进行冲洗，所述酸性水溶液为盐酸水溶液，所述酸性水溶液中氢离子的摩尔浓度为0.55mol/l，酸洗温度为100℃。
37.实施例2
38.一种石英砂尾泥回收利用方法，包括以下步骤：
39.(1)水洗：将石英砂尾泥经过水洗脱泥；
40.(2)磁选：将经过水洗的石英砂尾砂进行磁选去除磁性金属杂质和强磁性矿石；
41.(3)分级：将磁选后的石英砂尾砂分级得到150-300目的超细粒度石英砂尾砂、80-150目的细粒度石英砂尾砂、20-80目的粗粒度石英砂尾砂；
42.(4)低温粉碎:将细粒度和粗粒度的石英砂尾砂在-10℃的温度下低温粉碎后，并与步骤(3)得到的超细粒度石英砂尾砂混合成超细粉末；
43.(5)浮选：配置阳离子捕收剂氯化四乙胺水溶液后加入抑制剂，并用氢氧化钠调整ph为7.8，再加入经过酸洗过滤的超细粉末和4号浮选油进行浮选，浮选20min；所述抑制剂为硫化钠与硅氟酸钠的混合物；
44.(6)水洗、脱水和干燥：水洗、脱水和干燥浮选后剩余物料得到石英。
45.步骤(5)中所述配置阳离子捕收剂氯化四乙胺水溶液是用软化水稀释成摩尔浓度0.015mol/l的氯化四乙胺水溶液。氯化四乙胺水溶液中所述硫化钠的摩尔浓度为0.025mol/l，所述硅氟酸钠的摩尔浓度为0.008mol/l，所述超细粉末的浓度为300g/l。所述4号浮选油与氯化四乙胺水溶液的体积比为1:8000。
46.步骤(5)所述的酸洗是将超细粉末加入酸性水溶液中进行冲洗，所述酸性水溶液为硫酸水溶液，所述酸性水溶液中氢离子的摩尔浓度为1.35mol/l，酸洗温度为80℃。
47.实施例3
48.一种石英砂尾泥回收利用方法，包括以下步骤：
49.(1)水洗：将石英砂尾泥经过水洗脱泥；
50.(2)磁选：将经过水洗的石英砂尾砂进行磁选去除磁性金属杂质和强磁性矿石；
51.(3)分级：将磁选后的石英砂尾砂分级得到150-300目的超细粒度石英砂尾砂、80-150目的细粒度石英砂尾砂、20-80目的粗粒度石英砂尾砂；
52.(4)低温粉碎:将细粒度和粗粒度的石英砂尾砂在0℃的温度下低温粉碎后，并与步骤(3)得到的超细粒度石英砂尾砂混合成超细粉末；
53.(5)浮选：配置阳离子捕收剂氯化四乙胺水溶液后加入抑制剂，并用氢氧化钠调整ph为8.5，再加入经过酸洗过滤的超细粉末和4号浮选油进行浮选，浮选15-30min；所述抑制剂为硫化钠与硅氟酸钠的混合物；
54.(6)水洗、脱水和干燥：水洗、脱水和干燥浮选后剩余物料得到石英。
55.步骤(5)中所述配置阳离子捕收剂氯化四乙胺水溶液是用软化水稀释成摩尔浓度0.010mol/l的氯化四乙胺水溶液。氯化四乙胺水溶液中所述硫化钠的摩尔浓度为0.015mol/l，所述硅氟酸钠的摩尔浓度为0.005mol/l，所述超细粉末的浓度为200g/l。所述4号浮选油与氯化四乙胺水溶液的体积比为1:7680。
56.步骤(5)所述的酸洗是将超细粉末加入酸性水溶液中进行冲洗，所述酸性水溶液为硝酸水溶液，所述酸性水溶液中氢离子的摩尔浓度为1.15mol/l，酸洗温度为90℃。
57.对比例1
58.与实施例2相比，石英砂尾泥回收利用方法中步骤(4)所述的低温粉碎是在4℃的温度下粉碎的，其他步骤与实施例2相同。
59.对比例2
60.与实施例2相比，石英砂尾泥回收利用方法中步骤(4)所述的低温粉碎是在25℃的温度下粉碎的，其他步骤与实施例2相同。
61.对比例3
62.与实施例2相比，石英砂尾泥回收利用方法中步骤(5)浮选的ph为9.0，其他步骤与实施例2相同。
63.对比例4
64.与实施例2相比，石英砂尾泥回收利用方法中步骤(5)浮选的抑制剂无硅氟酸钠，其他步骤与实施例2相同。
65.对比例5
66.与实施例2相比，石英砂尾泥回收利用方法中步骤(5)浮选的抑制剂无硫化钠，其他步骤与实施例2相同。
67.石英收率与纯度的检测结果
68.其中m0为石英砂尾泥回收利用前样品的质量，m1石英砂尾泥回收利用后样品的质量。并采用icp-oes法检测石英纯度，其中所测金属杂质数据为石英砂尾泥回收利用后样品中的金属含量(mg/kg)。结果见表1。对照样品为石英砂尾泥回收利用前取的样品。
69.表1
[0070][0071]
由表1可知，实施例1-3的al含量(平均为14.68
×
10-6
)都显著低于对照样品，去除了约85％的铝杂质；实施例1-3的fe含量(平均为28.68
×
10-6
)都显著低于对照样品，去除了约36％的铁杂质；实施例1-3的ga含量(平均为52.19
×
10-6
)都显著低于对照样品，去除了约40％的钙杂质；实施例1-3的mg含量(平均为0.45
×
10-6
)都显著低于对照样品，去除了约67％的镁杂质。
[0072]
相比实施例2，对比例1和2的低温粉碎温度改变，直接影响了石英中的al、fe、ga、mg的含量；对比例3在浮选时ph偏高，对石英中al、fe含量有一定的影响。
[0073]
对比例4各元素含量高，石英收率却与实施例2接近；对比例5各元素含量低，但石英收率要显著低于实施例2；说明对比例4中由于无硅氟酸钠，部分长石和石英都收到硫化钠的抑制，导致得到的石英虽然收率高，但不纯(含有长石)；对比例5中由于无硫化钠，硅氟酸钠活化了长石，抑制了石英，得到的高纯石英，但是收率低。
[0074]
而实施例2硫化钠和硅氟酸钠共同作为抑制剂，得到的石英中al、fe、ga、mg等含量低，收率高，说明实施例2得到了收率高，纯度高的石英。
[0075]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。