一種新型的石英浮選捕收劑

一種新型的石英浮選捕收劑

1光伏玻璃基片的制備根據(jù)不同能源機構的估計，世界石油資源的儲量根據(jù)當前的儲量計算，大約只有100年的使用時間，而煤炭只能滿足大約150年的使用時間。對金石能源的強烈依賴和資源的不可反生，導致世界能源危機。此外，通過使用石化能源產(chǎn)生的co、so2等氣體在過程中排放，導致世界范圍內(nèi)的溫室效應和污染。太陽能作為清潔、接近永恒的能源之母,對其開發(fā)利用是21世紀綠色能源計劃的重要組成部分,已逐漸提升至各國國家能源戰(zhàn)略。太陽能光伏技術(Photovoltaic),是將太陽能轉化為電力的技術。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的玻璃基片需要使用超白玻璃,超白玻璃以其獨特的高透光率(≥91.5%),大大提高了光電轉換效率,為太陽能技術的發(fā)展提供了更為廣闊的發(fā)展空間。光伏玻璃因其自身成品的使用環(huán)境對雜質(zhì)含量、透光率、微觀缺陷等要求極高,故對其主要原材料——PPM級低鐵石英砂(約占60%～70%)的質(zhì)量要求極其嚴格,一般要求達到如下主要指標:化學成份:SiO2≥99.5%,Fe2O3≤80PPM(0.0080%);粒度控制:0.71～0.5mm≤2%,0.5～0.125mm≥95%,-0.125mm≤5%;為了生產(chǎn)上述PPM級低鐵石英砂,在現(xiàn)有的傳統(tǒng)生產(chǎn)線上,國內(nèi)主要采用優(yōu)質(zhì)脈石英資源為原料進行加工。因脈石英礦藏的賦存特點,主要呈“雞窩狀”,一般資源儲量較小,開采難度較大,原礦石的質(zhì)量波動范圍較寬,需要進行人工挑選或分級。我國脈石英資源的主要產(chǎn)地有湖北蘄春、江蘇東海等,經(jīng)過多年的開采,資源已臨近枯竭,生產(chǎn)成本居高不下(成品砂一般在600～700元/噸以上),很難滿足產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定、規(guī)?；a(chǎn)的需求。為解決行業(yè)發(fā)展的上述難題,降低對優(yōu)質(zhì)脈石英資源的依賴程度,以安徽某地區(qū)的石英巖為研究對象,通過科研攻關,研制出了捕收力強、選擇性好和耐極端低溫的浮選捕收劑;在此基礎上,結合具體的工業(yè)項目,配套開發(fā)了新的PPM級低鐵石英砂浮選工藝及配套關鍵技術,并逐漸在工業(yè)生產(chǎn)線上推廣應用,生產(chǎn)線上最終石英精砂指標達到:SiO2:99.55%～99.9%、Al2O3:0.05%～0.20%、Fe2O3:30～80PPM(0.0030%～0.0080%),滿足了產(chǎn)業(yè)需求。2專業(yè)浮選固產(chǎn)劑和浮選工藝的研究2.1最佳工藝路線的確定研究利用安徽某地精制石英砂進行,該石英砂主要用于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)浮法玻璃,前期的主要加工工藝為:原礦→破碎→磨礦→分級→磁選→脫水,石英砂(SiO2)含量一般在99.10%～99.30%,Fe2O3含量一般在150～200PPM左右。通過巖礦鑒定和鐵的賦存狀態(tài)分析可知,造成石英砂化學成份(主要為Fe2O3含量)不能滿足光伏玻璃用砂要求的主要原因在于其中的長石、云母、暗色礦物及少量粘土質(zhì)礦物中的鐵含量很高,因此選擇合適的工藝路線去除上述雜質(zhì)礦物是此次研究的關鍵。比較石英和長石、角閃石、云母、電氣石等雜質(zhì)礦物的比重、磁性、電性的差異可知,這幾種礦物的性質(zhì)十分接近,再加之其嵌布粒度也十分接近,因此目前在石英砂行業(yè)中常用的重選、磁選、分級等方法無法將其分離;但石英礦物與雜質(zhì)礦物的晶體結構、分子構成不同,表面性質(zhì)各異,因此利用礦物表面化學反應的浮選技術成為本項目的研究重點。2.2浮選捕收劑的生物處理浮選是利用某種表面活性劑,其結構模型如圖1所示。在一定的環(huán)境下,使X基有選擇性地吸附(化學吸附或物理吸附)在長石、云母、電氣石、角閃石等雜質(zhì)礦物表面,而不吸附在石英礦物上。在調(diào)漿桶中充分反應、吸附的礦漿在浮選機中與空氣充分混合,氣泡集團RY、RX及雜質(zhì)礦物形成礦化泡沫,隨氣泡上浮至浮選槽上表面并通過浮選機刮板被刮出,從而實現(xiàn)目的礦物與雜質(zhì)礦物的分離。其工藝流程如圖2所示。工業(yè)生產(chǎn)上,常規(guī)的石英砂浮選前一般須采取表面預處理(擦洗、脫泥等)手段以擴大礦物表面之間的差異以方便浮選捕收劑的選擇性吸附,預處理藥劑一般有氫氟酸與硫酸、燒堿等,從而派生了石英砂浮選的兩大浮選方法:氫氟酸法和硫酸法。氫氟酸法所用的活化劑(預處理劑)為HF酸,一般認為:HF和長石中的SiO2部分反應生成H2SiF6,而H2SiF6又與裸露在長石表面的K+、Na+反應,形成難溶的K2SiF6或Na2SiF6,在酸性條件下,捕收劑以化學方式吸附于長石類礦物表面而使其浮游,具體反應為:SiO2+4HF→SiF4+2H2O(1)SiΟ2+4ΗF→SiF4+2Η2Ο(1)SiF4+2HF→H2SiF6(2)2K++H2SiF6→K2SiF6?↓(3)2Na++H2SiF6→Na2SiF6?↓(4)SiF4+2ΗF→Η2SiF6(2)2Κ++Η2SiF6→Κ2SiF6↓(3)2Νa++Η2SiF6→Νa2SiF6↓(4)該法雖然選擇性較好,但后期的[F-]離子處理及二次污染問題較難解決。硫酸法浮選分離石英砂時所用的活化劑與pH調(diào)整劑均為H2SO4,其基本原理是利用長石、云母類礦物表面的ξ電位與石英表面的ξ電位在酸性介質(zhì)下的差異進行浮選分離。當pH值在2～3時,石英表面的ξ電位趨為正值,長石、云母類礦物表面的ξ電位為負值,胺類等陽離子捕收劑更多地吸附在長石類礦物表面而使其浮游;因水中存在較多的難免離子(K+、Na+、Ca2+)離子,石英表面難免被其活化而產(chǎn)生被動浮游,從而較大地降低了其選擇性。為擴大上述2種礦物的選擇性,在浮選前,需要進行酸擦、堿擦及脫藥處理(三段處理),其流程如圖3所示。2.3浮選捕收劑的配方試驗傳統(tǒng)硫酸法浮選捕收劑為二胺及石鈉類混合捕收劑,該藥劑需要在約70℃的水中進行溶化,使用過程中的溫度也最好在15℃以上,否則,捕收能力很快降低,選擇性變?nèi)?使用不太方便,生產(chǎn)也不太穩(wěn)定。另外,在自然成礦過程中,天然礦物表面往往被伴生的各種雜質(zhì)離子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+等)所浸染,各種礦物之間產(chǎn)生“表面趨同”現(xiàn)象,妨礙了浮選捕收劑的選擇性吸附。通過反復試驗,利用浮選過程中的“取長補短”現(xiàn)象,研制了特種“陽離子+非離子”型混合浮選捕收劑,并輔以幾種輔助捕收劑及助劑,較好地解決了這一問題。該特種捕收劑利用不同分子量的捕收劑按照不同的次序優(yōu)先吸附于雜質(zhì)類礦物表面,從而實現(xiàn)選擇性捕收的目的;而各種助劑的合理使用,保證了該藥劑的水溶性及耐低溫性能。捕收劑配方試驗流程如圖2,試驗結果見表1。捕收劑配方以A為最佳,表現(xiàn)為在同等用量的情況下,浮選精砂的產(chǎn)率較低,上浮的雜質(zhì)較多,捕收力最強。試驗證明:該藥劑耐泥漿性能好、選擇性強、無須進行浮選前期的酸擦、堿擦及脫藥處理過程,石英尾砂直接進行一段浮選即可達到指標要求,簡化了工藝流程,大幅度降低了處理成本。最終確定的PPM級低鐵砂浮選流程見圖2。3工業(yè)總產(chǎn)值和推廣應用3.1太陽能超白玻璃低鐵浮選精砂生產(chǎn)設備在充分試驗研究并取得成功的基礎上,與安徽某公司合作,開始本項目的工業(yè)化生產(chǎn)。經(jīng)過方案設計、施工圖設計及項目建設等階段,設計6萬t/年太陽能超白玻璃低鐵浮選精砂的工程于2007年05月18日一次投產(chǎn)成功。隨后的生產(chǎn)實踐證明:該生產(chǎn)線生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、可靠,滿足用戶要求,生產(chǎn)成本相對較低,甲方對此十分滿意。其石英砂產(chǎn)品目前已被應用于河南安彩高科股份有限公司、太倉中玻皮爾金頓特種玻璃公司、上海福萊特玻璃公司、浙江和合壓延玻璃公司等。生產(chǎn)線部分指標見表2。3.2全面化和產(chǎn)品整合3.2.1擇和優(yōu)化集成石英砂浮選過程有其特殊性,一是粒度比一般的金屬礦物粗,易“沉槽”;二是本項目浮選作業(yè)環(huán)境為酸性,因此,浮選成套裝備的選擇和優(yōu)化集成顯得十分重要,改進提高后的粗粒浮選機充氣量大、抗“沉槽”、耐酸、耐磨,適合本項目的生產(chǎn)需要。幾年的生產(chǎn)實踐證明,在節(jié)約投資的前提下,應盡量考慮設備、管道及土建設施的防酸、防腐及耐磨處理:對于設備,選擇耐酸、耐磨材料制造的設備,并加以襯膠處理;對于管道,采用耐酸、耐磨的材料;土建設施上采用環(huán)氧沙漿抗腐;采取上述措施后,生產(chǎn)線操作簡便,運行穩(wěn)定。3.2.2發(fā)揮浮選系統(tǒng)的作用此工藝浮選生產(chǎn)用水主要為生產(chǎn)用補加水,工藝用水經(jīng)濃縮沉淀池濃縮后全部回收循環(huán)使用,理論上可實現(xiàn)“零”排放。浮選尾砂質(zhì)量較好,仍可以滿足浮法玻璃的質(zhì)量要求,收集后外賣,不污染環(huán)境。當生產(chǎn)出現(xiàn)事故等意外情況時,濃縮沉淀池溢流水排入事故水處理系統(tǒng),廢水經(jīng)石灰中和,絮凝劑沉淀后達標外排;沉淀池、事故處理池底流泥漿定期清理外運,不造成新的污染。3.3在其他行業(yè)的應用此項目應用特種浮選捕收劑,對石英砂進行提純,攻克了PPM級低鐵石英砂生產(chǎn)中的技術難關,降低了對優(yōu)質(zhì)脈石英資源的依賴程度,其產(chǎn)品除了滿足太陽能超白玻璃行業(yè)的需求外,尚可廣泛應用于電子石英玻璃行業(yè)提純(高純)石英砂等。經(jīng)已建成的浮選生產(chǎn)線近2年的生產(chǎn)實踐證明:該工藝線生產(chǎn)穩(wěn)定,浮選藥劑水溶性、耐低溫性能極佳,最終精砂制造成本約為257元/噸,而售價高達400元/t,該產(chǎn)品的市場競爭力很強。目前,該技術已應用于安慶某地10萬t/年精砂生產(chǎn)線、廣東河源某地石英砂廠6萬t/年低鐵砂浮選生產(chǎn)線、鳳陽某石英砂有限公司10萬t/年低鐵砂生產(chǎn)線,在建的廣東某15萬t/年超白砂生產(chǎn)線、湖北某15萬t/年的生產(chǎn)線上擬準備使用改技術。4最佳復配器技術的應用此項目研制的石英砂專用浮選捕收劑具有較佳的選擇性、水溶性和耐低溫性能,開發(fā)的PPM級低鐵石英砂浮