湖南醴陵浦口地区石英砂砾岩综合利用试验研究

李维波，徐 昊，吴少飞，文 亭

（湖南省有色地质勘查局二一四队，湖南 株洲 412007）

石英砂不仅可以作为玻璃原料、陶瓷骨料、釉面材料、耐火材料、冶金添加剂、电器绝缘填料、研磨介质、塑料填料、涂料添加剂，还可以用作金属铸造、高尔夫球场铺面、建筑抹面和化工医疗等领域，而高纯石英砂更是电子核心器件、光导通讯材料、太阳能电池等高新技术产业不可缺少的重要材料。湖南省醴陵市石英砂砾岩矿资源丰富，主要集中在王仙-浦口-南桥一带的石炭系下统樟树湾组中［1］。目前该地区现有的石英砂岩矿主要以砂石骨料为主要用途，经济价值较低。近年来，醴陵市政府通过招商引资引进旗滨玻璃集团公司，着力打造高性能电子玻璃产业基地。浦口地区石英砂砾岩矿资源储量大，SiO2平均含量96.17%，Al2O3平均含量1.08%，Fe2O3平均含量1.07%，由于矿石中有害杂质（Fe2O3、Al2O3）高［2］，该类石英砂岩是否符合可供高性能电子玻璃生产开发的条件尚不明确，本次研究目的是利用浦口地区的石英砂岩，采用“洗矿脱泥—磨矿—磁选—分级—磨矿—混合酸浸出”的联合流程从石英砂岩中选出经济效益高的石英精砂，并充分利用尾砂、尾泥。

1 矿石性质

石英砂砾岩矿体赋存于石炭系下统樟树湾组中段（C1zs2）［3］，矿体多为中浅层单斜矿体，埋深较浅，多出露地表，矿体厚度较稳定。矿体岩石组合主要为灰白色石英砾岩、（含砾）石英砂岩，夹杂少量青灰色、紫红色砂岩、砂质泥岩，构成石英砾岩-含砾石英砂岩-石英砂岩（砂岩、砂质泥岩）基本层序，石英砾岩中发育大型透镜状层理，砂岩中可见楔状交错层理。

石英砂砾岩矿石呈灰白色，中砾结构，块状、厚层状构造；岩石成分主要为：砾石，占80%～85%，砾石主要为石英，大小3～8 mm，最大可达5 cm，砾石呈浑圆状-次棱角状，分选性较好，磨圆中等-较好，填隙物主要为石英细沙、粉砂，占5%～10%，胶结物主要为硅质、少量泥质，占5%；胶结方式为接触式、孔隙式胶结，岩石固结程度好。岩石后期受应力作用见少量次生裂隙，裂隙宽1～3 mm，沿裂隙充填少量的粘土矿物及氧化铁质。矿石中主要矿物组成及各矿物的相对含量见表1，化学成分见表2。

表1 试样矿物组成表 %

表2 试样化学分析结果 %

铁的赋存状态决定了除铁工艺的选择［4］，为更好地达到除铁效果，对矿石中的含铁矿物进行了分析，分析结果见表3。

表3 铁物相分布表 %

根据分析结果，矿石中的含铁矿物主要是赤铁矿、褐铁矿，其次为角闪石，再次为云母类、绿泥石及其它。

2 综合利用试验

因石英砂产品综合利用粒度为0.833～0.104 mm之间，对试验矿样（即原矿）预先筛除-0.104 mm的细粒产品（原生尾泥）后，对＋0.104 mm的粗粒产品进行磨矿，然后进行磁选脱铁和脱铁尾矿进行酸浸试验。石英砂砾岩矿提纯可选性试验原则工艺流程如图1所示。

2.1 原矿洗矿、脱泥分级试验

搅拌擦洗［5］是借助机械力分离粘结在石英砂表面的高岭土，水云母及铁质胶结物，以获得洁净的石英砂和长石，有利用下一步流程的顺利进行。将原矿用清水搅拌洗矿三次，试样中Fe2O3含量分别由0.80%降到了0.56%；Al2O3含量由0.53%降到了0.32%。石英砂产品中的Al2O3、Fe2O3含量有一定程度的降低；将洗矿后的原矿分别进行筛分分级，对试样的-0.104 mm原生尾泥中Fe、Al含量进行测定，脱泥试验对Fe的去除效果一般，但对Al的去除效果较好，说明含Al的矿物主要赋存在胶结的泥质物中。

2.2 磨矿、磁选脱铁试验

图1 石英砂砾岩矿提纯可选性试验原则工艺流程

2.2.1 磨矿

对洗矿脱泥后的分级＋0.104 mm粗粒产品在XMQ型球磨机中进行磨矿，每次给矿量为1 000 g，磨矿浓度为66.67%，磨矿时间为变量，磨矿产品用150目（0.104 mm）和200目（0.074 mm）筛水筛，筛上、筛下产品分别烘干称重，得到下一步磁选产品，根据磨矿时间与粒度产率分布图，磨矿时间变长，铁含量反而增加，如图2所示，因此磨矿时间不宜超过3 min。

图2 磨矿时间与粒度产率、Fe2O3含量关系图

2.2.2 磁选脱铁试验

将试样洗矿脱泥后的分级磨矿产品中进行磁选试验，每次磁选给矿量为100 g，固定磁场强度为变量，磁选机脉冲为12次／min，随着磁场强度的增加，SiO2品位逐渐升高，含铁量逐渐降低，如图3所示。

经洗矿—分级—磨矿—磁选—分级，最终获得的产品名称、产率及化验品位见表4。

图3 不同磁场强度下SiO2、Fe2O3含量变化曲线图

表4 普通石英砂产品综合试验指标 %

2.3 高纯度石英砂提纯试验

目前，国内石英砂提纯的研究较多［6，7］，大多数提出了以酸浸为主的提纯工艺。为获得高纯度的石英精砂，以满足电子用玻璃的工艺需要，对本次样品进行了探索性试验，在已获得的普通石英精砂的基础上，对磁选的尾矿分别采用稀盐酸、浓盐酸及混合酸进行浸出试验研究，试验给矿细度为0.417～0.104 mm含量100%，试验结果见表5。

表5 试样1普通石英砂产品酸浸出试验结果

从试验结果表中能看出，在相同的条件下，浓硝酸＋浓盐酸混合酸对铁质去除效果最佳。

经过对普通石英砂矿石开展提纯流程试验，最终推荐综合利用工艺流程为“洗矿脱泥—磨矿—磁选—分级—磨矿—混合酸浸出”，得到电子玻璃用高纯度石英砂产品。

2.4 尾砂的综合利用

经过提纯试验除产出的普通石英砂产品和超纯石英砂产品外，提纯过程中产生的原生尾泥、次生尾泥、磁性产品利用是矿产资源综合利用的重要组成部分，也是消除环境污染、变废为宝的有利途径。

原生尾泥、次生尾泥、磁性产品、粗粒产品主要成分是SiO2，杂质主要是长石、粘土、云母、铁质矿物等，其化学成分见表6。

从表6各产品的化学成分看，原生尾泥可以广泛应用于建材生产、制砖厂的原材料，也能满足耐火材料、铸造用砂对各成分含量的要求，达到综合利用的目的；次生尾泥、磁性产品及＋0.833 mm粗粒产品可以考虑作为水泥厂的添加剂；0.833～0.417 mm粗粒产品中有害杂质较低可以作为平板玻璃原料。

3 结 论

1.根据水洗、脱泥、磨矿、磁选试验结果，水洗脱泥对石英砂岩胶结物中的Al2O3去除效果较好，磨矿时间最佳为3min，在一定程度范围内SiO2品位随磁场轻度增强逐渐升高，含铁量随磁场强度增强逐渐降低。

表6 选矿流程中各产品化学组分表 %

2.酸浸试验结果表明在相同条件下，采用浓硝酸与浓盐酸1∶3混合酸除铁效果最好。

3.为得到高纯度电子玻璃用石英砂产品，推荐使用综合利用工艺流程为“洗矿脱泥—磨矿—磁选—分级—磨矿—混合酸浸出”。