摘要：本指南詳述了完整的石英砂選礦和淨化過程，包括從破碎到化學處理，並根據不同的等級，適用於建築和電子用途。

石英砂廣泛應用於玻璃製造、鑄造、光伏和電子等行業，為了滿足嚴格的行業標準，需要具有高純度水平。石英砂選礦的核心目標是去除雜質（如鐵、鋁、雲母、粘土等）並實現分級純化，最終生產出符合工業級要求的高純度石英砂。

雖然該過程必須根據原礦的特性（例如雜質類型和粒度分佈）進行調整，但核心階段是普遍適用的。本指南詳細說明了標準化。硅砂選礦和淨化工藝流程，包括核心階段、設備選擇、關鍵參數和應用場景。

Standard Quartz Sand Beneficiation and Purification Process

標準化石英砂選礦工藝流程（原礦 → 最終精礦）

1. 預處理：破碎及篩分（粒徑控制、大顆粒雜質去除）

核心目的：將原礦破碎至適合磨粉的顆粒大小，並分離大型碎石和廢石，以防止後續設備的堵塞。

流程步驟：

  • 1. 原料礦石（石英岩、石英砂礦）由裝載機/喂料機輸送到原料礦石筒倉以進行穩定供料；
  • 2.初級破碎：使用 a顎式破碎機將礦石尺寸減小至50–100毫米，以滿足後續更細碎的要求。
  • 3.篩選與分類：粗碎的物料通過圓形振動篩（網孔尺寸10–20毫米）。超大物料被返回進一步破碎，合格物料則進入細碎階段。
  • 4.二級（細）破碎：使用 a圓錐破碎機或衝擊粉碎機以將粒徑減小至5–10毫米，作為磨粉之前的最終粉碎產品。
  • 5.閉路循環：細碎產品返回圓形振動篩，以確保顆粒大小均勻，避免過度破碎（這會增加後續的純化難度）。

關鍵參數：破碎產品大小控制在5–10毫米；篩選效率≥90%。

2. 研磨與分類（精細顆粒尺寸，釋放雜質）

核心目的：將矽石顆粒磨至目標細度（例如，-20 目，-100 目），徹底釋放矽石中的嵌入雜質（例如，氧化鐵、雲母），為後續的純化打下基礎。

流程步驟：

  • (1) 精細粉碎的材料被送入細礦石料斗，並均勻地送入濕式棒磨機或球磨機（對於石英砂，首選棒磨機以減少過度磨碎和鐵污染）。
  • (2) 地面產品進入一個分類裝置（阻礙床沉降器、旋流分離器或螺旋分級機）以分離粗顆粒和細顆粒。
  • (3) 閉路循環：分級機的下流（粗顆粒）返回磨機進行再磨；上流（合格顆粒）則進入純化階段。

關鍵參數：

  • 磨細度：根據行業需求進行調整。普通玻璃砂要求超過80%通過100目；PV/電子級砂要求超過90%通過200目。
  • 漿料密度：磨削時控制在60%–70%，分類時控制在30%–40%。

3. 核心純化階段（雜質去除、純度增強）

石英砂的主要雜質是鐵 (Fe₂O₃)、鋁 (Al₂O₃)、雲母和黏土，因此需要結合「物理 + 化學」的過程。

(1) 刷洗與脫泥（去除黏土及泥質塗層）

  • 功能:機械攪拌 + 水力沖洗以去除石英顆粒表面的粘土薄膜和細小泥漿（泥漿能包裹雜質，影響後續的鐵去除）。
  • 設備: `鼓式清洗機，螺旋清洗機（兩級清洗效果更佳）。
  • 關鍵參數：清洗時間 15–30 分鐘；漿液密度 25%–35%；高壓水壓 0.3–0.5 MPa。

(2) 分類和脫泥（分離細泥雜質）

  • 功能:將清洗過的泥漿進行分類，以去除200目以下的細小泥漿（富含鐵和鋁雜質）。
  • 設備: `水力旋流器，傾斜板濃縮機。
  • 操作：旋風溢流（泥漿）被丟棄；底流（粗石英顆粒）進行除鐵處理。

(3) 磁力分離以去除鐵（去除磁性雜質）

  • 功能:去除磁性鐵（例如：磁鐵礦）和弱磁性鐵（例如：赤鐵礦、褐鐵礦）的核心步驟。
  • 設備組合：低強度磁選機（去除雜鐵、磁鐵礦）+ 高強度磁選機（去除弱磁性鐵、鐵鈦氧化物）。
  • 關鍵參數：高強度磁場強度 10,000–15,000 高斯；漿料流速 0.5–1.0 m/s 以確保充分吸附磁性雜質。

(4) 浮選（去除非磁性雜質，如雲母、長石）

  • 應用:高純度石英砂（例如，Fe₂O₃ ≤ 0.02%）的需求，用於分離長石和雲母（與石英密度相似，無法通過磁選去除）。
  • 原理：在酸性條件下（pH 2–3），使用浮選試劑（例如，胺類捕集劑、氟硅酸鈉抑制劑），長石和雲母會附著在氣泡上並浮起，而石英則留在漿液中。
  • 設備: `機械搅拌浮選機，充氣浮選機（多級浮選以徹底去除雜質）。

(5) 化學純化（光伏/電子級沙必不可少）

  • 應用:當普通過程無法滿足高純度要求時（例如，Fe₂O₃ ≤ 0.005%）。
  • 流程選項：
    • 酸浸：將漿料浸泡在混合酸（鹽酸、硫酸、氫氟酸）中，以溶解殘留的鐵和鋁氧化物。
    • 焙燒-酸浸：首先將石英砂在600–800°C下焙燒，以將耐火的鐵雜質轉化為可溶形式，然後通過酸浸去除它們。
  • 關鍵步驟：酸浸後，使用純水清洗至中性（pH 6–7），以避免殘留的酸影響產品質量。

4. 濃縮與脫水（獲取固體濃縮物）

  • 1. 濃縮的漿液通過重力沉降進入濃縮器，增加底流密度至60%–70%。
  • 濃縮漿料被送入濾壓機或真空濾器以脫水至 ≤ 10% 的水分含量。
  • 3. 濾餅在旋轉乾燥機中（120–150°C）乾燥，以獲得乾燥的石英砂精礦。
  • 4. 干燥濃縮物通過振動篩進行分類，以根據尺寸要求篩選不同規格的成品（例如粗砂、中砂、細砂）。

5. 成品檢驗與儲存

  • 檢查指標：SiO₂ 淨度（普通工業砂 ≥98.5%，玻璃砂 ≥99.3%，光伏級 ≥99.9%，電子級 ≥99.99%），Fe₂O₃ 含量（普通砂 ≤0.3%，高端砂 ≤0.005%），顆粒大小分佈，水分含量。
  • 儲存：成品沙存放在專用的筒倉中，以避免二次污染（例如，鐵屑、灰塵）。

不同純度要求的簡化流程方案

應用場景 核心流程路徑 關鍵指標
普通建築砂 破碎與篩選 → 清洗與脫泥 → 分級 SiO₂ ≥ 95%， Fe₂O₃ ≤ 0.5%
玻璃/鑄砂 粉碎與篩選 → 研磨與分級 → 洗滌與脫泥 → 低強度與高強度磁選 SiO₂ ≥ 99.3%， Fe₂O₃ ≤ 0.1%
光伏沙 粉碎與篩選 → 磨礦與分級 → 洗選與脫泥 → 磁選 → 漂浮 → 酸浸 SiO₂ ≥ 99.9%， Fe₂O₃ ≤ 0.008%
電子級沙 破碎與篩分 → 磨礦與分級 → 清洗與脫泥 → 磁選 → 漂浮 → 烘焙-酸浸 → 純水洗滌 SiO₂ ≥ 99.99%， Fe₂O₃ ≤ 0.001%

流程核心特徵與主要考量

1. 核心特點：

  • 多階段閉路循環（包括破碎和研磨）確保粒徑均勻並減少材料浪費。
  • "以物理淨化為主，化學淨化為輔" 融合了環境保護與淨化效率。
  • 雜質分階段去除，提供強大的針對性和對不同原礦及純度需求的適應能力。

2. 主要考量：

  • 防止鐵污染：在研磨和擦洗設備中優先使用橡膠或陶瓷襯 liner，以避免因金屬接觸而增加鐵含量。
  • 試劑控制：精確控制浮選和酸浸中的試劑劑量和 pH 值，以避免過多的剩餘試劑。
  • 污水處理：酸洗廢水必須經過中和（例如，用石灰調整至pH約7）後才能排放或回收，以防止污染。

核心設備清單 （標準配置）

過程階段 核心設備 輔助設備
破碎與篩選 鄂式破碎機、圓錐式破碎機、圓形振動篩 皮帶輸送機、原礦倉、細礦倉
磨礦與分級 濕式棒磨機, 水力分級器, 螺旋分級機 給料機, 泥漿泵
淨化階段 洗滌機、低強度磁選機、高強度磁選機、浮選機、酸浸槽 攪拌槽，試劑準備槽
濃縮與脫水 濃縮劑、過濾壓機、旋轉烘乾機 振動篩，成品筒倉

標準流程可以根據原礦的初始SiO₂含量、雜質類型（包括鉻、鈦的存在）和目標純度水平靈活調整。定制解決方案需要詳細的原礦分析數據以進行優化。

達成適合多種工業應用的高純度石英砂，需要精心設計和執行的選礦流程。這裡概述的標準化純化流程整合了機械和化學方法，旨在有效去除特定雜質，同時適應不同的礦石特性和純度要求。通過利用適當的設備、閉環控制和嚴格的質量管理，石英砂生產商可以可靠地提供符合或超過玻璃、鑄造、光伏和電子級砂的工業標準的材料。遵循關鍵過程控制和環境保護措施，確保可持續運營與產品卓越並駕齊驅。

針對量身訂製的選礦解決方案和詳細的流程設計，進行徹底的原礦特徵分析是必不可少的，以優化純化策略並最大化產品價值。

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