常用的石英砂处理工艺与配置

石英砂的处理工艺与配置方案取决于最终产品的用途（如建筑用砂、铸造砂、平板玻璃砂、光伏玻璃砂、高纯石英砂等）和原料的品质（杂质含量、粒度分布等）。

核心目标是去除有害杂质（主要是铁、铝、钛、铬等金属矿物，以及黏土、长石、云母、有机质等非金属杂质），提高SiO2纯度，并控制粒度分布。

以下是石英砂常用的处理工艺及典型配置方案：

一、 预处理阶段 

(原料准备与初步清理)

原料准备：

工艺： 开采或接收原矿 → 粗碎（如有大块）→ 洗矿/擦洗。

目的： 清除矿泥、黏土、表层污染、有机物等易分离杂质，初步松散矿物颗粒，为后续分选做准备。对于泥土含量高的原料，洗矿是必不可少的工序。

关键设备：

粗碎机： 颚式破碎机（适用于大块破碎）。

洗矿机/擦洗机： 滚筒洗矿机、槽式洗矿机、螺旋分级机（带高压水冲洗）、振动擦洗机（利用强烈的振动和摩擦作用）等。常配备高压水喷淋装置。

脱泥设备： 螺旋分级机（兼有擦洗和脱泥功能）、水力旋流器组（高效脱除细泥）。

配置要点： 根据原料泥含量和粒度选择擦洗强度和方式，确保高效脱泥。

二、 破碎与分级阶段

 (获得合格粒度和窄粒级)

1.     破碎：

工艺： 经过洗矿后的矿石（或块矿直接）→ 中细碎 → 制砂（细碎）。

目的： 将矿石破碎到目标粒度范围（例如用于建筑、玻璃的0.1-0.7mm， 铸造砂更细或根据客户要求）。

关键设备：

中碎： 圆锥破碎机（效率高，过粉碎少）。

细碎/制砂：球磨机/棒磨机（湿法，与分级机闭路，可磨得很细且粒度控制好）。

筛分设备（贯穿始终）： 振动筛（水平、倾斜、多层）、高频细筛。用于预先筛分、检查筛分、控制分级。

配置要点：

开路 vs 闭路： 闭路破碎（筛上料返回破碎机）效率更高，产品粒度更均匀。

干法 vs 湿法： 取决于后续工艺要求和环保要求。湿法破碎粉尘少，破碎效率可能更高（如棒磨机），但需后续脱水。干法破碎节约水资源，但需有效除尘。

粒形控制： 立轴冲击破有利于产生多棱角的粒形（有时需要），对辊破产片状多。若对粒形要求高（如光伏玻璃砂、铸造砂），选型和工艺参数设置很重要。

2.     分级：

工艺： 破碎后物料或经分选后的物料进入水力分级或干法分级。

目的： 将物料分成不同粒级，满足产品粒度要求或为后续分选创造条件（如磁选、浮选前脱除合格粒级或超细粒级）。

关键设备：

湿法分级： 螺旋分级机（粗、中粒级）、水力旋流器组（细粒级高效分级）。

干法分级： 气流分级机（适用于超细粒级控制、去细粉）、多级空气分级筛。

配置要点： 精确控制分级粒度和效率，是保证产品粒度分布合格的关键。常需要多段分级组合。

三、 选矿提纯阶段

 (核心：去除杂质，提高纯度)

1.     重选：

工艺： 利用矿物密度差异分选。主要用于去除密度较高的重矿物（如石榴子石、电气石、磁铁矿、钛铁矿等）和残余的黏土轻矿物。

常用设备：

螺旋溜槽： 处理量大、连续作业、占地面积小、功耗低、结构简单，广泛应用于粗选和扫选。

配置要点： 常作为初步富集手段，置于前段（如擦洗分级之后），为后续磁选、浮选减轻负荷。设备选择取决于目标矿物粒度和密度差。

2.     磁选：

工艺： 利用矿物磁性差异分选。是去除铁杂质（包括机械铁、含铁矿物的弱磁性铁、强磁性铁）的最主要和最环保的手段。

常用设备：

干式磁选： 磁滑轮（除大块铁或强磁性铁）、永磁筒式磁选机（中强磁，常置于皮带输送机上方或末端除铁）。

湿式磁选： 高梯度磁选机（HGMS） 是石英砂提纯的核心设备，特别擅长去除微细粒（<100um）的弱磁性铁钛矿物（赤铁矿、褐铁矿、钛铁矿、黑云母、石榴子石等）和机械铁。强磁选机（如永磁筒式强磁选机、电磁感应辊式强磁选机） 用于处理粗粒或磁性较强的杂质。低场强磁选机主要用于去除强磁铁矿和循环水中的铁屑。

配置要点：

多段磁选：常采用 粗扫选（中等场强，去强磁性和部分弱磁）→ 精选（高梯度，去弱磁性） 的组合工艺。可能需要2~3道甚至更多道磁选。

湿式为主： 高梯度磁选必须在矿浆中进行，湿式磁选效果好于干式。

关键参数： 磁场强度、介质种类和填充率（对HGMS）、矿浆浓度、给矿速度/方式。

3.   浮选：

工艺： 利用矿物表面物理化学性质差异分选。主要用于去除与石英共生紧密、密度磁性与石英相近的矿物杂质，如：

云母（白云母、黑云母）： 典型片状杂质，影响透明度和含铁量。

长石： 常见伴生矿物。

含铁矿物： 对浮选药剂敏感的含铁矿物。

气液包裹体/裂隙铁： 浮选可以部分去除存在于石英颗粒表面或近表面的这部分铁。

常用方法：

有氟有酸法： 传统有效，但环保压力大（氟离子污染、强酸性废水）。

无氟有酸法： 避免氟污染。

无氟无酸法： 最环保的方向，依靠特定捕收剂和调整剂（如阴阳离子混合捕收剂），是当前研发和应用热点。优先浮选云母 或 反浮选长石/含铁矿 是常见流程。

关键设备： 机械搅拌式浮选机、浮选柱。常需多槽串联（粗选、扫选、精选）。

配置要点： 通常放在磁选之后，处理细粒级矿物（如-20目/+200目）。需要精确的药剂制度和矿浆pH值控制。环保型浮选工艺是必选方向。

4.   擦洗脱泥：

工艺： 在高浓度矿浆中，利用机械力（强烈搅拌、擦洗）和粒间摩擦力，使杂质矿物（特别是表面铁薄膜、黏土矿物、细粒云母等）从石英砂颗粒表面剥离、碎裂和分散，再通过脱泥分级（水力旋流器、沉降池）将其脱除。

目的： 去除表面污染、细泥、部分片状云母。

关键设备： 强力擦洗机（如深槽螺旋擦洗机、搅拌式擦洗塔）、高效水力旋流器组。

配置要点： 常放在重选或磁选之前作为预处理，或放在工艺流程后端作为精制处理。对设备耐磨性要求高。效果受擦洗强度、时间、浓度影响显著。

四、 深度处理与脱水干燥阶段

1.     酸浸处理：

       工艺： 对于要求极高的应用（如高纯石英砂、光伏玻璃砂、半导体石英坩埚砂、光学玻璃砂），在物理选矿方法处理后，采用热浓酸（HCl, HNO3, H2SO4, HF或其混合酸）浸泡石英砂。

目的： 溶解物理方法无法去除的深部或晶格中的极微量铁、铝等杂质，以及溶蚀掉表面微裂纹中的包裹体，显著提高纯度（SiO2 > 99.99%）。HF特别有效于溶解硅铝酸盐薄膜或包裹体。

关键设备： 耐酸反应釜（带加热、搅拌）、酸回收装置（至关重要！）、高纯度去离子水系统。

配置要点：

安全与环保是核心！ 要求极高的设备防腐等级、密闭性、废气（HF气体）吸收处理、废酸100%回收再生与无害化处理系统（如蒸馏、结晶、离子交换）。

严格控制酸的浓度、温度、反应时间。常采用多段逆流酸洗。

高成本工序，通常只在制造超高纯石英砂时使用。避免HF污染环境，非必要不使用含HF工艺，或采用替代技术（如高温氯化焙烧）。

2.     电选/高温氯化焙烧：

适用于特定超纯需求，去除极微量特定金属杂质（如高温氯化法除硼、磷）。

3.     脱水干燥：

工艺： 所有湿法工艺处理后需要进行脱水 → 干燥（如要求干砂）。

关键设备：

脱水： 脱水筛、浓缩机、板框压滤机/厢式压滤机（最常用，效果好）、带式压滤机（处理量大）、离心脱水机（效率高，处理细砂效果好）。

干燥： 回转干燥窑（带热风炉）（处理量大，通用性强）、桨叶干燥机、盘式干燥机、流化床干燥机等。燃气清洁能源为优（避免煤尘污染）。粉尘控制设备（旋风、袋式除尘器）必不可少。

配置要点：

选择合适的脱水设备保证含水率达标（如压滤后~15~25%）。

干燥温度控制（防止石英晶型转变、颗粒爆裂）。

高度注重环保！ 湿法工艺必须有完善的水循环系统（澄清池、浓密机、尾矿库回水），争取闭路循环。干燥系统粉尘需高效收集。

4.     精细分级与包装：

工艺： 干燥后的砂进行干式筛分/气流分级 → 除铁（干式磁选） → 包装/仓储。

关键设备： 振动筛、气流分级机、干式高梯度磁选机（去除干燥过程可能混入的铁）、包装机、吨袋包装机、料仓。

配置要点： 严格按客户要求控制最终粒度分布（筛分曲线）。

五、 典型的石英砂处理配置方案示例

1.     建筑用/道路用/常规玻璃用石英砂：

特点： 对铁含量要求一般（0.1% ~ 0.05%左右），云母、长石等非金属杂质要求不高。

典型配置方案：

原矿 → 洗矿/擦洗 (脱泥) → 破碎 (颚破 + 圆锥/冲击破) → 筛分分级 → 湿式强磁选（1~2道） → 脱水筛 → 带式压滤机 → 干砂仓。 （必要水循环）

若原料含泥高，强化擦洗脱泥环节。

若原料含铁量不高或杂质易除，重选可省略或简化。

2.     铸造砂/优质浮法玻璃砂：

特点： 要求较高SiO2含量（>99%），铁含量要求更低（通常<0.02%~0.05%），控制粒形和泥含量。

典型配置方案：

原矿 → 洗矿/强力擦洗（脱泥）→ 破碎分级（控制粒形，如圆锥+制砂机）→ 湿式强磁选（HGMS核心） → 浮选（无氟无酸法浮云母/反浮含铁长石） → 高效水力分级 → 脱水筛 → 压滤脱水 → 回转干燥 → 干式筛分（/气流分级） → 干式高磁 → 包装/仓储。（闭路水循环）

强化磁选（多道）和浮选，增加擦洗强度。

严格控制水分、含泥量、粒度分布。

3.     光伏玻璃砂/高纯石英砂（电子级/光学玻璃砂前驱体）：

特点： 要求极高SiO2含量（>99.9%~99.99%+），极低铁（<0.001%~几十ppm）、铝（<100ppm）、钛（<10ppm）、硼、磷等微量元素含量。严格限制包裹体数量。

典型配置方案：

高品级原矿 → 预筛选除杂 → 强力擦洗脱泥 (多段) → 重选 (摇床/螺旋) → 湿式高梯度磁选 (多道) → 深度浮选 (无氟无酸法) → 酸浸提纯 (热浓酸, 含或不含HF)（多段逆流）+ 严格酸洗 + 高纯水洗 + 酸回收再生 → 脱水 → 深度干燥 (低温真空干燥更优) → 超精细气流分级/筛分 → 无污染包装。

核心工艺： 高梯度磁选 + 无氟浮选 + 热浓酸浸蚀与再生处理。

极高环保要求： 全流程密闭，酸洗部分需要特殊不锈钢或搪瓷材质；废气（酸雾，HF）99.9%以上吸收处理；酸100%循环利用；废水近零排放。车间洁净度控制。

关键原料： 需要选择地质来源纯净，含包裹体极少的优质脉石英或伟晶岩矿石。

六、 配置考虑因素总结

原料特性： 杂质种类、含量、赋存状态、粒度分布是决定工艺的核心基础。

产品规格： 用途决定要求的SiO2纯度、铁含量、微量元素含量、粒度、粒形、白度、含泥量等。

生产规模： 大型化、连续化是趋势，设备选型匹配处理量。

投资预算： 高纯砂项目投资巨大（特别是酸洗和环保系统）。

环保要求： 水资源闭路循环、尾泥综合利用、粉尘治理、废气（酸雾）、废水（含酸、氟）达标处理是硬指标和准入条件。环保成本占比越来越高。

运行成本： 电耗（磁选、破碎）、药剂（浮选、酸浸）、水耗、人工、维护（耐磨件）是主要成本点。

技术成熟度与发展： 优先选择高效、节能、清洁环保的成熟技术路线。关注无氟浮选、酸回收、短流程等新技术应用。

       最终方案的确定，必须基于对原矿的详细矿物学分析和试验报告（可选性试验、扩大连续试验），结合目标产品等级、成本、环保要求等因素进行严谨论证。

希望这份详细的石英砂处理工艺与配置说明对您有所帮助！