院 长： 田震远
总工程师： 冯德纯
室 主 任： 张兄明
副 主 任： 薛艳永
项目负责人：郭银祥
报告编写： 郭银祥、邹蔚蔚
参加试验人员：张兄明、薛艳永、胡阳惠、贾燕萍、郭银祥、邹蔚蔚、冯德纯
一、前言
新沂市为充分利用当地天然硅砂做优质浮法玻璃的原料，于2002年2月委托我院对新沂新甸乡天然硅进行选矿试验研究。砂样由新沂市金榜硅砂精选公司提供。
新沂硅砂为含长石的天然硅砂。分离含长石天然硅砂的最有效方法是浮选。目前世界上浮选分离长石、石英有两种方法：氢氟酸浮选法和无氟浮选法。
传统的氢氟酸硅砂浮选法从二十世纪五十年代就开始用于工业生产，已有五十多年的历史。该方法长石、石英的分选性好，可以获得质量好的石英砂产品和长石副产品。但因该方法将活化剂直接加到浮选系统，矿浆中存在大量多余的活化剂，使浮选废水中含有大量的氟离子。选矿废水直接外排对环境会产生污染，如对浮选废水处理后再排放又增加了生产成本，限制了该方法的应用。目前德国在高岭土选矿选矿上应用主要是高岭土的价格较高，对成本影响不大。
无氟浮选法是为解决氢氟酸法对环境污染而发明的。该方法不用氢氟酸，因此消除了氢氟酸法氟离子对环境的污染。但该方法的长石、石英的分选性不如氢氟酸法好，影响了硅砂无氟浮选法的推广和应用
为解决浮法玻璃优质原料供应问题，我院对含长石天然硅砂进行了大量的试验研究工作，并取得了巨大成就。我院的预活化降氟浮选含长石硅砂专利技术优于传统的氢氟酸浮选法，同时还能减少捕收剂的用量，降低了生产成本。而最主要的是解决了传统氢氟酸浮选法对环境的污染问题
我院收到试验砂样后，采用新的专利技术立即开展了试验研究工作，并取得了满意的结果。采用磨矿—浮选流程的试验结果均达到优质浮法玻璃对硅质原料要求的指标。石英精砂的化学成份：SiO2 98.65%， Al2O3 0.84%， Fe 2O3 ＜0.06 %±0.005% ，TiO2<0.05%, CaO+MgO<0.1，粒度：>0.71mm的粒级0， <0.10mm粒级≤5%。 长石化学成份达到：Al2O3 >18.11%， Fe2O3 ＜0.3%，粒度：0.10～0.71mm，可以做为优质长石产品应用于工业生产。
二、试样制备及化学分析：
1.试样制备：砂样由新沂金榜硅砂精选公司提供，采自该公司生产线生产的硅砂产品。砂样到院后首先凉干，然后缩分成适合浮选的小样。
2.砂样的粒度分析和化学成分分析：该砂样为磨矿后的产品，砂样粒度较粗，+0.3mm粒级占64.25%,其中+0.63mm粒级占33.02%；砂中Al2O3和 Fe2O3的含量均较高，浮玻璃厂只能配料使用。砂样粒度筛分分析和化学分析结果见表1和表2
表1 砂样粒度筛分分析结果
表2 砂样化学全分析结果
三、选矿试验研究：
1.条件试验：
根据新沂硅砂的特性及我们选矿试验研究的经验，本次试验的重点是确定浮选前硅砂表面处理的方法和工艺条件。对硅砂的表面处理方法有两种：擦洗和磨矿。一般情况下尽量不用磨矿的方法。因磨矿不可避免要带来过粉碎，降低产率。
1）表面处理条件试验：
（1）擦洗试验：擦洗浮选试验主要进行了洗时间、擦洗介质种类、擦洗介质用量试验。
a. 擦洗时间试验：选择了擦洗10分钟、20分钟、30分钟三个条件，其试验结果见表3
表3 擦洗时间试验
从表3试验结果可以看出，如果采用擦洗—浮选工艺流程，擦洗时间要在30分钟以上。
b. 擦洗介质种类试验：选用三种介质，擦洗时间均为20分钟，其试验结果见4。
表4 擦洗介质种类试验
从表4试验结果可以看出，擦洗介质以NaCO3效果为好。
C．擦洗介质用量试验：考虑介质用量对生产成本的影响，介质用量只选用了1Kg/t原砂和2Kg/t原砂。擦洗介质用量试验结果见表5。
表5 擦洗介质用量试验结果
从表5试验结果可以看出，介质用量在1Kg/t原砂和2Kg/t原砂时，浮选效果相差不大，故应选小用量。
综合分析擦洗—浮选工艺流程，加介质与不加介质相比，只要擦洗时间增加到30分钟，浮选效果比加介质还好。故若采用擦洗—浮选工艺流程宜选用不加介质的工艺流程。
(2)磨矿试验：选用了磨矿时间为2分钟、3分钟、4分钟、6分钟四个条件，由于不加介质磨矿的浮选效果比较好，故未再进行磨矿加介质的试验。磨矿浓度根据经验选定为65%。磨矿时间试验：试验结果见表6。
表6 磨矿条件试验
从表6试验结果可以看出，磨矿时间4分钟和6分钟时浮选效果相差不大，但磨矿时间4分钟时产率可提高4.62%,故磨矿时间选用4分钟为宜。
2)浮选条件试验：新浮选工艺方法药剂种类仅使用调整剂和浮选剂两种浮选药剂，调整剂主要是用以调整浮选矿浆的PH值，其用量已由以往的试验研究的经验确定，因此，只进行了浮选剂的用量试验研究。该种浮选剂是我们新专利方法研制出的专用浮选剂，生产时能确保供应。浮选剂用量试验结果见表7。
表7 浮选剂用量试验
从表7试验结果可以看出，浮选剂用量在1.75Kg/Kg原砂时产品就能达到要求。再增加用量时，石英精砂的产品质量有所提高，但增加幅度不大，而长石产品的质量反而下降。
2 选矿工艺流程的确定：
从条件试验结果可以看出，采用擦洗—浮选工艺流程和磨矿—浮选工艺流程都能获得符合优质浮玻璃要求的石英精砂。但两种工艺流程对比可以看出，擦洗—浮选工艺流程的浮选药剂用量大。磨矿—浮选工艺流程虽然产率偏低，但浮选剂用量少。将两种工艺流程的产品最佳的试验结果比较列于表8。
表8 两种工艺流程试验结果对比表
综合比较选成本，磨矿—浮选工艺流程要低。
如果能把磨矿产生的细泥利用，还可降低生产成本。为此，对磨矿细泥进行了化学成分分析。分析结果见表9。
表9 磨矿脱出细泥的化学成分分析结果
3 稳定试验：
1)根据条件试验结果，稳定试验的条件确定如下。
磨矿时间：4分钟。
调整剂用量：2.0Kg/t原砂。
浮选剂用量：2.0Kg/t原砂.。
2）稳定试验结果：稳定试验结果列于表10。石英精砂的化学全分析结果见表11，粒度分析结果见表12。长石化学全分析结果见表13，粒度分析结果见表14。
表10 稳定试验结果
表11 石英精砂化学全分析结果
表12 石英精砂粒度筛分分析结果
表13 长石化学全分析结果
表14 长石粒度筛分分析结果
3 选矿工艺流程：推荐的选矿工艺流程见图1。
新鲜水 原 砂
磨 矿
脱 泥
活化剂
泥水
预 活 化
脱 氟
药剂
水 降氟处理
泥水 脱水 脱药
调整剂、浮选剂
药水
调 浆
浮 选
长石脱水 石英脱水
长石 水 石英
外排水
图1 磨矿—浮选工艺流程图
四、降氟处理和选矿废水循环利用试验
对新沂硅砂的选矿试验研究除了进行选矿工艺、浮选药剂、浮选前表面处理的试验研究外，重点进行了降氟处理和选矿废水循环利用的试验研究工作。结合新沂情况，对降氟处理进行了多方案试验，使各工序的选矿废水尽量循环使用，以减少选矿用水的消耗。
1）降氟处理试验
以往的氢氟酸浮选法都是对选矿废水进行降氟处理，使废水中的氟离子含量降低，达到排放标准的要求，这种方法的废水处理量大，而且处理后废水中的氟离子含量只能到10mg/l左右。新的浮选法在脱氟后直接对矿浆进行降氟处理，而又不影响浮选效果，这就是本方法的技术决窍。降氟处理所用的药剂为工业生产产品，其基本原理是降氟处理药剂对SiF6-2的络合作用。
选矿含氟水的氟离子含量由国家环保局环境检测中心测定。降氟处理脱出的水的氟离子量为1.96mg/l，低于国家标准10 mg/l的指标。浮选废水中的氟离子量为0.21mg/l, 大大低于国家标准10 mg/l的指标。
降氟处理流程如图2所示。图中干矿量以入浮选一吨计，石英砂浮选作业产率设定为80%。选矿含氟水的氟离子含量测定结果如表13所示。
表13 选矿含氟水氟离子含量测定结果
从降氟处理工艺流程图可以看出，浮选处理一吨入选砂需新鲜水6.869吨，外排废水6.669吨。
新鲜水 (6.869t/h)
原 砂 100 65 γ（%） 浓度(%)
1.11 0.6 干矿(以入浮选 1t计) 水量(t/h)
0.6 磨 矿 100. 20
1.11 4.44 90 92
3 84 1.0 0.087
脱 泥
1.00 药剂 90 65
0.11 4.353 1.0 0.54
4.353 泥水
预 活 化 90 65
1.0 0.54 90 92
0 0 脱水脱氟 1.0 0.087
0 0.34 药剂 90 30
水 1.0 2.33
2.243 90 92
降氟处理 1.0 0.087
2.243 90 20
泥水 1.0 4.0 90 92
3.913 脱水 脱药 1.0 0.087
药 剂
3.931 药水 90 65
1.0 0.54
0.453
沉淀 调 浆
90 30
1.0 2.33
0.113 1.677
浮 选
22 83
0.22 0.04 长石脱水 石英脱水 78.00 83
0.78 0.16
长 石 水 石 英
0 0
0 2.13 2.13
外排水 (6.669t/h)
图2 降氟处理工艺流程图
2) 选矿废水循环利用试验
选矿废水分四个系统，其中三个系统循环使用，一个系统外排。两个循环系统为：（1）预活化高氟循环水； （2）磨矿脱泥水与降氟处理水混合后循环；（3）浮选循环水。外排系统为脱泥和降氟处理多余的水。
预活化处理高含氟水循环和浮选废水循环试验结果如表14所示。
表14 预活化处理高含氟水循环试验结果
五、 选矿药剂费用分析：选矿药剂费计算结果见表15。
表15 药剂费用初步分析结果（以每吨产品计）
注：1. 药剂费用按长石为产品销售计算。
2. 活化剂价为浙江萤光化学公司报价。
3. 调整剂价北京化工原料供应公司报800元/吨（用户自己用罐车拉）
4. 捕收剂DY-1由我院供应。
六、试验研究结论
1. 新沂硅砂为含长石的天然硅砂，原砂中SiO2含量低，Al2O3和 Fe2O3含量高，不能直接做浮法玻璃的原料，必须进行选矿处理才能满足浮法玻璃对硅质原料的要求。
2 采用我院浮选分离长石、石英新工艺专利技术可生产满足浮法玻璃要求的优质石英砂，SiO2含量达到98.65%，Al2O3含量降到0.8%左右, Fe2O3含量降到0.06%以下。通过预活化和降氟处理使选矿废水的氟离子含量降到3mg/l以下，大大低于国家规定的10mg/l的标准（《污水综合排放》GB8978—1996）。
3. 浮选所得长石的Fe2O3含量在0.3%以下，Al2O3含量、K2O和Na2O的含量较高，可以做为优质长石产品。
4. 本次试验工艺制度合理、试验稳定，试验所得的工艺技术参数可靠。试验工艺流程、有关参数和指标可做为选矿厂设计依据。但根据我院已有的选矿厂生产实践经验，生产指标要比试验指标扩大，如：捕收剂的用量要扩大10%～20%，浮选时间要扩大一倍。在浮选设备性能稳定、浮选系统没有干扰离子的情况下，产品指标波动范围与试验指标将能一致。工业生产设备与试验设备差别最大的是擦洗的擦洗性能和浮选机的浮选性能。对棒型浮选机我们已有一定的生产经验.
5. 磨矿脱出的泥，化学成份可满足陶瓷坏料要求，建议做为付产品销售。
6. 本次试验的工艺流程的选矿废水分三个系统循环使用，每浮选一吨硅砂全厂外排水6.669吨，新鲜水用量为6.869吨。所以选厂的新鲜水耗量少。
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