概要：このガイドは、建設用から電子用までの異なるグレードに合わせた、粉砕から化学処理までの完全な石英砂の選鉱と精製プロセスを詳述しています。

石英砂は、ガラス製造、鋳造、光 photovoltaics、および電子機器などの産業で広く使用されており、厳しい産業基準を満たすために高い純度レベルが求められます。石英砂の選鉱の主な目的は、不純物（鉄、アルミニウム、ミカ、粘土など）を除去し、等級別の精製を達成することで、最終的に産業グレードの要件を満たす高純度の石英砂を生産することです。

原鉱の特性（不純物の種類や粒度分布など）にプロセスを適応させる必要がありますが、コアステージは普遍的に適用可能です。このガイドでは、標準化された石英砂の選鉱および精製プロセスフローコアステージ、設備選択、主要パラメータ、および適用シナリオを含みます。

Standard Quartz Sand Beneficiation and Purification Process

標準化された石英砂精製プロセスのフロー（原鉱 → 完成濃縮物）

前処理：粉砕とふるい分け（粒子サイズ制御、大きな不純物の除去）

コア目的：原鉱を粉砕して、 grinding に適した粒度にし、後続の機器で詰まりを防ぐために、大きな砂利や廃岩を分離します。

プロセスステップ:

  • 1. 原鉱（石英岩、石英砂鉱）は、安定した供給のためにローダー/フィーダーによって原鉱サイロに投入されます；
  • 2.一次破砕:使用する颚式破碎机鉱石のサイズを50〜100mmに減少させ、その後のより細かい粉砕の要件を満たす。
  • 3.スクリーニングおよび分類：粗く砕かれた材料は円形振動スクリーン（メッシュサイズ10～20mm）を通過します。大きすぎる材料はさらに粉砕のために戻され、合格した材料は細かい粉砕に進みます。
  • 4.二次（細かい）破砕:使用するコーンクラッシャーまたはインパクトクラッシャーを使用して粒子サイズを5〜10 mmに減少させ、粉砕前の最終的な破砕製品を生成します。
  • 5.閉ループサイクル細かく粉砕された製品は、均一な粒度を確保し、過剰粉砕（これにより後の精製が難しくなる）を避けるために、円形振動篩に戻されます。

主要パラメータ：粉砕された製品のサイズは5〜10 mmで制御されており、ふるいの効率は90%以上です。

2. 粉砕と分級（粒子サイズの精製、不純物の解放）

コア目的：石英粒子を目標の細かさ（例：-20メッシュ、-100メッシュ）まで粉砕し、埋もれた不純物（例：酸化鉄、雲母）から石英を完全に解放させ、次の精製の基礎を築く。

プロセスステップ:

  • 粉砕された材料は細粒鉱石ビンに送られ、均等に湿式棒ミルまたはボールミルに供給されます（過剰粉砕と鉄の汚染を減らすために、石英砂には棒ミルが好まれます）。
  • (2) 地上の製品は、粗い粒子と細かい粒子を分離するために、分類装置（障碍物床沈降器、ハイドロサイクロン、またはスパイラルクラシファイア）に入ります。
  • (3) クローズドサーキットサイクル: 分級器からのアンダーフロー（粗粒子）は再粉砕のためにミルに戻り、オーバーフロー（適格粒子サイズ）は精製に進みます。

主要パラメータ：

  • 粉砕細度：産業のニーズに基づいて調整されました。一般的なガラス砂は100メッシュで80%以上通過する必要があります。PV/電子グレードの砂は200メッシュで90%以上通過する必要があります。
  • スラリー密度:粉砕中は60%–70%で制御され、分類中は30%–40%で制御されます。

3. コア精製段階（不純物除去、純度向上）

石英砂の主な不純物は鉄（Fe₂O₃）、アルミニウム（Al₂O₃）、ミカ、そして粘土であり、これには「物理 + 化学」の複合プロセスが必要です。

(1) スクラブおよび脱粘土（粘土と粘土質コーティングの除去）

  • 機能:機械的攪拌と水圧洗浄を組み合わせて、クォーツ粒子の表面から粘土膜や微細スライムを除去します（スライムは不純物を封じ込めることがあり、その後の鉄除去に影響を与える可能性があります）。
  • 設備ドラムスクラバー、スパイラスクラバー（2段階の掃除はより効果的です）。
  • 主要パラメータ：スクラブ時間 15〜30分；スラリー密度 25%〜35%；高圧水圧 0.3〜0.5 MPa。

(2) 分類とデスライミング（微細スライム不純物の分離）

  • 機能:200メッシュ以下の微細なスライム（鉄やアルミニウム不純物が豊富）を除去するために、スクラブされたスラリーを分類します。
  • 設備ハイドロサイクロン、傾斜プレート濃縮機。
  • 操作:サイクロンのオーバーフロー（スライム）は廃棄され、アンダーフロー（粗い石英粒子）は鉄除去に進みます。

(3) 磁気分離による鉄分除去（磁性不純物の除去）

  • 機能:磁鉄鉱（例：磁鉄鉱）や弱い磁性の鉄（例：赤鉄鉱、褐鉄鉱）を除去するための基本的なステップ。
  • 装備の組み合わせ：低強度磁気選別機（トランプ鉄、マグネタイトを除去） + 高強度磁気選別機（弱い磁性の鉄、鉄チタン酸化物を除去）。
  • 主要パラメータ：高強度磁場強度 10,000–15,000 ガウス；スラリー流速 0.5–1.0 m/s で磁性不純物の完全吸着を確保します。

(4) フローテーション（雲母や長石などの非磁性不純物の除去）

  • アプリケーション高純度の石英砂（例：Fe₂O₃ ≤ 0.02%）を必要とし、長石や雲母を分離するため（石英と同様の密度で、磁気分離では除去できない）。
  • 原理：酸性条件（pH 2–3）下で、浮選薬（例えば、アミン集集剤、フッ化ナトリウムフルオロシリケート抑制剤）を用いると、長石と雲母が空気泡に付着して浮き上がる一方で、石英はスラリーの中に残ります。
  • 設備機械攪拌浮選機、エアレーション浮選機（不純物を徹底的に除去するための多段階浮選）。

(5) 化学精製（PV/電子グレードの砂に必須）

  • アプリケーション通常のプロセスでは高純度の要求（例：Fe₂O₃ ≤ 0.005%）を満たすことができない場合。
  • プロセスオプション:
    • 酸浸出: スラリーを混合酸（塩酸、硫酸、フッ化水素酸）に浸して、残留する鉄およびアルミニウム酸化物を溶解します。
    • 焙焼-酸浸出: 最初に、耐火性の鉄不純物を可溶性の形に変えるために、600〜800°Cで石英砂を焙焼し、その後酸浸出によってそれらを除去します。
  • 重要なステップ:酸浸出後、製品品質に影響を与えないように残留酸を避けるために、精製水で中性（pH 6〜7）に洗浄します。

4. 濃縮と脱水（固体濃縮物の取得）

  • 1. 精製されたスラリーは、重力沈降を通じて濃縮のために濃縮槽に入り、下部流体密度を60％〜70％に増加させます。
  • 濃縮スラリーは、含水率を10%以下に脱水するためにフィルタープレスまたは真空濾過器に供給されます。
  • 3. フィルターケーキは回転乾燥機（120～150°C）で乾燥され、乾燥した石英砂の濃縮物を得ます。
  • 4. 乾燥した濃縮物は、サイズ要件に基づいて異なる仕様の完成品（例えば、粗砂、中砂、細砂）をふるい分けるために振動ふるいで分類されます。

5. 完成品の検査と保管

  • 検査指標：シリカ（SiO₂）の純度（通常の工業用砂 ≥98.5%、ガラス砂 ≥99.3%、PVグレード ≥99.9%、電子グレード ≥99.99%）、酸化鉄（Fe₂O₃）の含有量（一般砂 ≤0.3%、高級砂 ≤0.005%）、粒度分布、水分含有量。
  • ストレージ:完成した砂は、二次汚染（例：鉄のチップ、ほこり）を避けるために専用のサイロに保管されます。

異なる純度要件のための簡素化されたプロセススキーム

アプリケーションシナリオ コアプロセスルート 主要指標
普通の建設用砂 粉砕・分級 → 洗浄・脱泥 → 分類 SiO₂ ≥ 95%、 Fe₂O₃ ≤ 0.5%
ガラス/鋳造砂 粉砕とふるい分け → 研磨と分級 → 洗浄と脱水 → 低強度および高強度の磁気分離 SiO₂ ≥ 99.3%、Fe₂O₃ ≤ 0.1%
太陽光発電（PV）砂 粉砕とふるい分け → grinding & classification → スクラブと脱水 → 磁気選別 → フローテーション → 酸浸出 SiO₂ ≥ 99.9%、Fe₂O₃ ≤ 0.008%
電子グレードの砂 粉砕・篩分け → 製粉・分級 → スクラビング・脱水 → 磁気分離 → 浮遊選鉱 → 焙焼・酸浸出 → 精製水洗浄 SiO₂ ≥ 99.99%、Fe₂O₃ ≤ 0.001%

プロセスのコア機能と重要な考慮事項

1. コア機能:

  • 多段階閉じた回路サイクル（粉砕と磨砕の両方）は、均一な粒度を確保し、材料の廃棄物を減少させます。
  • 「物理的浄化が主で、化学的浄化が補助的である」というのは、環境保護と浄化効率のバランスを取っています。
  • 不純物は段階的に除去され、さまざまな原鉱や純度のニーズに対して強力なターゲティングと適応性を提供します。

2. 重要な考慮事項：

  • 鉄汚染の防止:研削およびスクラビング設備では、金属接触による鉄分の増加を避けるために、ゴムまたはセラミックライナーを優先してください。
  • 試薬管理:浮選および酸浸出における試薬の投与量とpHを正確に制御し、過剰な残留試薬を避ける。
  • 廃水処理：酸洗い廃水は、排出または再利用の前に中和される必要があります（例：石灰を使用してpHを約7に調整する）汚染を防ぐためです。

コア機器リスト（標準構成）

プロセスステージ コア機器 補助装置
Crushing & Screening ジョークラッシャー、コーンクラッシャー、円振動スクリーン ベルトコンベヤー、生鉱石バイニング、細鉱石バイニング
粉砕と分級 湿式ロッドミル、ハイドロサイクロン、スパイラルクラシファイア フィーダー、スラリーポンプ
浄化段階 スクラバー、低強度磁気セパレーター、高強度磁気セパレーター、浮選機、酸浸タンク 撹拌タンク、試薬準備タンク
濃縮と脱水 増粘剤、フィルタープレス、ロータリー乾燥機 振動スクリーン、完成品サイロ

標準プロセスは、原鉱の初期SiO₂含有量、不純物の種類（クロム、チタンの存在を含む）、および目標純度レベルに応じて柔軟に調整できます。カスタムソリューションには、最適化のための詳細な原鉱分析データが必要です。

多様な産業用途に適した高純度の石英砂を実現するには、慎重に設計され実行された選鉱プロセスが必要です。ここに示す標準化された精製フローは、特定の不純物を効果的に除去するために調整された機械的および化学的手法を統合しており、さまざまな鉱石特性および純度要件に対応します。適切な設備、閉ループ制御、および厳格な品質管理を活用することで、石英砂の生産者は、ガラス、鋳造、太陽光発電、および電子グレードの砂に関する産業基準を満たすか、それを超える材料を安定して供給することができます。重要なプロセス制御と環境保護を遵守することで、製品の優れた品質とともに持続可能な運営が保証されます。

カスタマイズされた選鉱ソリューションと詳細なプロセス設計のためには、浸透戦略を最適化し、製品価値を最大化するために、原鉱の特性評価を徹底的に行うことが不可欠です。

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