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| 國內(nèi)外硅藻土選礦提純技術(shù)研究進展 |
| 來源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時間：2014-12-19 10:16:12 瀏覽次數(shù)： |
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硅藻土的主要化學(xué)成分為無定型SiO2，是一種天然多孔的硅質(zhì)礦物。硅藻土原礦中，大多伴生粘土類礦物及有機質(zhì)，其中賦存于硅藻顆?？紫秲?nèi)的粘土類雜質(zhì)由于粒度細、比表面積大，很難用常規(guī)選礦方法除去。除有機質(zhì)外，根據(jù)化學(xué)成分的不同，硅藻土原礦中的雜質(zhì)可分為鋁雜質(zhì)和鐵雜質(zhì)。鋁雜質(zhì)通常以長石、云母和蒙脫石等粘土礦物為主。鐵雜質(zhì)包括：以氧化膜的形態(tài)包覆在硅藻顆粒表面；以鐵礦物或含鐵礦物的形式存在于原礦中；以細顆粒狀態(tài)存在于粘土或高嶺土化的長石中和以固溶體的狀態(tài)存在于硅藻顆粒內(nèi)部。
硅藻土選礦提純的目的就是要除去硅藻土中的鋁、鐵雜質(zhì)、碎屑及有機質(zhì)，實現(xiàn)碎屑礦物、粘土礦物、有機質(zhì)等與硅藻顆粒的分離，常見的選礦提純方法有干法或濕法分級、重力沉降、擦洗、浮選、磁選、化學(xué)選礦等。
各種硅藻土選礦提純工藝優(yōu)缺點對比
1 干法或濕法分級
干法或濕法分級是根據(jù)硅藻與脈石密度（相對密度）的差異，采用空氣分離器、旋轉(zhuǎn)式干燥機或水力旋流器等進行硅藻土分選。
G. Goll]探討了采用干法分級處理低品位硅藻土的可能性，提出了通過選擇性破碎-空氣分級的選礦工藝用于生產(chǎn)不同硅藻土產(chǎn)品；Suzan S. Ibrahim 等研究了一種用水力旋流器分級分選中品位硅藻土的提純工藝，結(jié)果表明，經(jīng)過提純硅藻土純度得到了明顯提高。
王慶中采用了一種物理濕干法選礦工藝，原土通過低轉(zhuǎn)速攪拌機制成濃漿，稀釋時加入茶堿分散劑，經(jīng)初分離器、二次分離器分離石英砂和碎屑礦物后，在精分離器中分離粘土和富集硅藻，獲得濕硅藻精土，經(jīng)真空泵吸水、熱風(fēng)烘干后進入干法分級機，通過分級獲得硅藻精土。雖然分級選礦工藝成本較低、無污染，但由于硅藻本身吸附能力強，單純的分級分選，無法除去硅藻表面及孔內(nèi)的粘結(jié)性雜質(zhì)和薄膜鐵。
2 重力沉降分選
重力沉降分選是分散預(yù)先脫去粗砂后，根據(jù)硅藻原礦中硅藻與雜質(zhì)礦物粒度、密度的差異，在水介質(zhì)中沉降速度的不同進行分選的一種物理選礦方法。
艾顯盛等采用擦洗分散-重力沉降分選工藝，對內(nèi)蒙赤峰某低品位硅藻土進行了提純工藝研究，原礦SiO2 含量從74.90%提高至81.24%；王慶中發(fā)明了一種通過擦洗制漿-重磁水沉降分離的工藝，通過負壓爆破機進行負壓爆破分離后，再采用超聲波振蕩裝置進行分離的方法，使硅藻與其它礦物分離；鄭水林等采用擦洗-磨礦-沉降分離工藝，成功制備出SiO2 含量大于90%的硅藻精土，但此工藝由于引入磨礦工藝，一定程度上會破壞硅藻殼體完整性；
楊德修等采用搗漿-分級-快速沉降-懸浮工藝，結(jié)合藥劑的分散作用，利用硅藻與雜質(zhì)在懸浮液中沉降性的不同，達到硅藻與粘土礦物分散的目的；Mohamed I. Al-Wakeel采用重力沉降法，對尼羅河中的硅藻土礦進行了選礦研究，精土硅藻含量達到80%以上。
重選的優(yōu)點是工藝簡單。重力沉降主要是利用地球萬有引力場，只有顆粒較大或者顆粒與流體密度差異明顯的情況下，重力沉降作用才明顯。由于硅藻本身顆粒小，密度小，常規(guī)重力選礦往往分選效率較低，不利于工業(yè)化生產(chǎn)，且由于硅藻與粘土顆粒分散不充分，加之兩者沉降性質(zhì)差異不明顯，沉降過程中，難免發(fā)生硅藻與粘土顆粒之間彼此夾雜沉降的問題，因此對于粘土含量較高的硅藻土礦很少得到高純度硅藻精土。
3 擦洗法
擦洗是利用水流以及顆粒之間的機械剪切力使硅藻殼表面的鐵質(zhì)薄膜以及與硅藻顆粒粘結(jié)的粘土雜質(zhì)和有機質(zhì)與其解離。目前，主要的擦洗方式有機械擦洗、棒磨擦洗、加藥擦洗等。一般來說，擦洗的次數(shù)越多，精選的效果越好，特別是對粘土礦物含量較高的硅藻土原礦。
王澤民等對吉林長白、臨江Ⅱ級硅藻土進行了多次擦洗提純研究，最終選礦精土質(zhì)量達到一級土指標(biāo)。但擦洗時間過長會使設(shè)備磨損加重，造成過多的能源消耗，同時增加提純的成本。擦洗過程中，往往還需要添加分散劑，以保持擦洗礦漿中顆粒良好的分散性，從而提高后續(xù)分級分選的選擇性。
丁浩研究了組合分散劑在某低品位硅藻土物理提純中的分散作用，結(jié)果表明混合分散劑比單一藥劑的分散效果更為明顯；艾顯盛等以內(nèi)蒙赤峰低品位硅藻土為原料，研究了擦洗濃度、擦洗時間、擦洗次數(shù)、分散劑等對其物理提純效果的影響。
擦洗的優(yōu)點是工藝簡單，但是單一的常規(guī)擦洗，只能實現(xiàn)硅藻顆粒與粘土類雜質(zhì)的解離，不能將硅藻與細粒粘土類雜質(zhì)實現(xiàn)分選，一般還需結(jié)合其它分選工藝。
4 酸浸法
酸浸提純硅藻土是利用硅藻不溶于酸(HF除外)，而其它的礦物雜質(zhì)能夠遇酸溶解的特性來實現(xiàn)硅藻土的提純。酸浸法是目前制備釩催化劑載體及精細化工產(chǎn)品應(yīng)用比較多的一種方法，常用的酸為硫酸或鹽酸。
王澤民等以擦洗-重選提純的粗選精土為原料，研究了固液比、反應(yīng)時間、溫度等影響因素對酸法提純效果的影響，并進行了廢酸液綜合利用試驗；谷晉川等研究了微波作用下硅藻土酸浸提純的影響因素及工藝條件，結(jié)果表明，微波的作用可以強化酸浸提純的進行，有利于提高酸浸效率及選礦效果；
孟憲毅采用重選預(yù)處理-酸浸工藝，以物理選礦所得的粗精礦為原料，進行了酸浸選礦試驗，得到了SiO2 含量接近90%的硅藻精土；鄭水林等采用焙燒-酸浸聯(lián)用工藝對硅藻土進行了提純處理，得到了SiO2 含量在90%以上的硅藻精土；
艾顯盛等采用擦洗-酸浸工藝提純赤峰含粘土硅藻土，可制備出含SiO2 含量在90%以上的優(yōu)質(zhì)硅藻土精土；Guilong Zhang 等研究了酸浸對于硅藻孔結(jié)構(gòu)的修飾作用，認為酸浸法不僅可以提高硅藻含量，還可以對硅藻孔結(jié)構(gòu)進行修飾；OsmanSan 等研究了酸浸對硅藻土過濾性能及孔隙率的影響，并利用酸浸硅藻土制備硅藻土過濾材料與多孔陶瓷材料。
5 焙燒法
焙燒法是目前硅藻土提純比較經(jīng)濟、有效的一種方法，尤其是對于高燒失量的硅藻原礦，通過煅燒（煅燒溫度一般為600℃～1000℃），硅藻土原礦中的有機質(zhì)及其它低沸點雜質(zhì)被除去，SiO2 含量顯著提高，同時表面酸強度得到增加。
硅藻土的比表面積隨焙燒溫度的提高而變大，450℃焙燒后達到最大值；此后隨焙燒溫度的升高而變小，焙燒溫度達到900℃以上以后，焙燒就會對硅藻殼體孔結(jié)構(gòu)有破壞作用。
吳仙花等采用焙燒工藝，通過添入NH4HSO4，可以快速清除硅藻土中的部分Al2O3、Fe2O3雜質(zhì)；趙以辛等采用水洗－焙燒工藝對內(nèi)蒙高燒失量低品位硅藻土進行了提純研究，結(jié)果表明，精土SiO2 含量達到80%以上；
Nezahat Ediz 等研究了焙燒工藝對硅藻土過濾性能的影響，結(jié)果表明，煅燒溫度1000℃煅燒1h 條件下制得的煅燒硅藻土較原礦過濾性能明顯提高；BulentY?lmaz 等研究了煅燒工藝對硅藻土在水泥添加劑應(yīng)用領(lǐng)域的影響，結(jié)果表明，煅燒后的硅藻土與原礦相比能夠顯著提高水泥的機械性能。焙燒法具有一定的適用局限性，只適合高燒失量硅藻土，對粘土類雜質(zhì)無去除效果，一般需要與其它方法配合使用。
6 熱浮選法
熱浮選法是根據(jù)硅藻殼體與粘土礦物、有機質(zhì)吸水、吸熱性能的不同，利用了在65℃以上硅藻活性很強而易與粘土和炭質(zhì)分離的特點，硅藻土礦經(jīng)陳化、破碎、制漿、通蒸汽，經(jīng)40~50min 的浮沉，料漿分成四層，自上而下，其中第二層即為硅藻含量最高的精土。將其分流后，精土料漿用板框壓濾機脫水、干燥得到最終精土產(chǎn)品。顯然，這種方法雖實用但很難控制，難以得到質(zhì)量穩(wěn)定的硅藻精土產(chǎn)品。
7 選擇性絮凝法
選擇性絮凝法指的是通過添加選擇性絮凝劑，使微粒狀粘土礦物，絮凝為較粗的團塊，從而使硅藻殼與粘土礦物分離。
袁鵬等研究了表面活性劑、pH等因素對硅藻土中單礦物分散性的影響，采用選擇性絮凝-沉降工藝，包括擦洗預(yù)先除砂、超聲分散、選擇性絮凝等過程，降低了硅藻土原礦中的粘土含量；
石道民等采用選擇性絮凝-磁選流程，將硅藻土原礦中的粘土質(zhì)礦物及Fe2O3絮凝成聚團，然后通過磁選除去，得到SiO2含量大于86%的硅藻精土。選擇性絮凝工藝的選礦效果影響因素主要包括絮凝劑種類、絮凝劑用量、絮凝時間、攪拌強度、濃度、溫度等，由于影響因素較多，選礦條件較為苛刻，實際生產(chǎn)中難以實施。
8 綜合提純法
由于低品位硅藻土復(fù)雜的理化特性，單一的選礦提純工藝往往得不到高純度硅藻精土，因此有較多綜合多種選礦提純工藝的報道。
張?zhí)m英等采用熱浮選-磁選-酸煮提純工藝，對吉林某低品位硅藻土進行了提純研究；魏存弟]采用熱浮選-磁選-酸煮法提純工藝，對吉林某中低品位硅藻土進行了提純研究；
王澤民等采用擦洗-酸浸法，通過多次擦洗后酸浸，對吉林某中低品位硅藻土進行了提純試驗研究；王寶嫻等采用搗漿分散-沉降分離-酸處理-焙燒的方法，將四川某低品位硅藻土SiO2含量由70.92%提高至81.74%；
蔡懷智等采用擦洗-沉降-強磁選-酸浸-焙燒聯(lián)合工藝，將四川米易某低品位硅藻土SiO2 含量從68.17%提高到85.38%；谷晉川等采用擦洗分散-分級除雜-酸浸除鐵-焙燒工藝，將四川某硅藻土礦提純?yōu)楹细竦闹鸀V劑。
展望：
過去20 年中，雖然國內(nèi)外有大量硅藻土選礦提純技術(shù)研究的報道，但目前、為止大部分硅藻土選礦技術(shù)仍停留在實驗室研究階段。
美國Imerys FiltrationMinerals Inc.作為世界上硅藻土產(chǎn)品主要供應(yīng)商之一，其藥品、食品級硅藻土產(chǎn)品主要采用煅燒-酸洗工藝。溝槽式重力沉降分選是一種半機械化的生產(chǎn)工藝，選礦區(qū)占地面積大，生產(chǎn)效率與回收率低，而且受氣候限制明顯。在云南和廣東雷州半島由于冬天氣候溫暖，沉降溝槽可露天建造，投資較少，然而在北方地區(qū)，尤其是吉林、內(nèi)蒙等北方硅藻土礦區(qū)，這種方法不具有可行性。隨著優(yōu)質(zhì)硅藻土資源的逐年減少及國內(nèi)市場對硅藻土產(chǎn)品需求量的增加，低品位硅藻土產(chǎn)品的開發(fā)及綜合利用將成為未來硅藻土產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。
硅藻土物理選礦的難點在于如何解決硅藻顆粒與微細粒雜質(zhì)礦物的分散、分離以及如何提高分選效率問題上。首先，由于微細粒礦物分散后容易發(fā)生二次團聚，將會影響后續(xù)選礦作業(yè)的選擇性，因此，微細粒礦粒高效分散技術(shù)的開發(fā)是提高后續(xù)硅藻土選礦選擇性和分選精度的前提；其次，由于常規(guī)重力沉降選礦僅僅依靠地球萬有引力，分選精度和效率較低，而且不能連續(xù)進行，選礦廠占地面積大，分選精度與分選效率低。因此，低品位硅藻土選礦必須提高分選精度和分選效率。層流離心分選是在離心力場中進行，可以強化細粒礦物的分離效果，提高分選的選擇性、分選精度及分選效率。目前國內(nèi)采用的工業(yè)化選礦技術(shù)主要就\是在云南、廣東等南方地區(qū)有所應(yīng)用的溝槽式重力沉降工藝以及北方小規(guī)模的酸洗工藝，尚無采用層流離心分選方法進行硅藻土選礦的報道。
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