石英原料經(jīng)選礦處理后，將會(huì)產(chǎn)生大量的副產(chǎn)品和石英尾砂，造成大量的經(jīng)濟(jì)損失及環(huán)境污染，分級(jí)細(xì)砂因其粒度細(xì)、雜質(zhì)含量較高，用途受到很大限制，給選礦廠環(huán)境造成巨大壓力。為綜合利用礦產(chǎn)資源，變廢為寶可利用石英尾砂作為原料，通過(guò)非礦球磨機(jī)及分級(jí)設(shè)備制備出多種粒度規(guī)格、不同用途的硅微粉產(chǎn)品。 硅微粉因其具有耐高溫和抗輻射性能，是一種優(yōu)質(zhì)的中性無(wú)機(jī)填料，廣泛應(yīng)用于塑料、高級(jí)油漆、橡膠、涂料、國(guó)防、電子及高科技產(chǎn)品等行業(yè)。尤其是現(xiàn)代電子工業(yè)的飛速發(fā)展，半導(dǎo)體器件封裝材料中所需要大量的使用環(huán)氧塑封料等，相對(duì)于分級(jí)細(xì)砂的直接應(yīng)用具有更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。
利用分級(jí)細(xì)砂制備各種不同用途的硅微粉產(chǎn)品，既為石英尾砂的綜合利用指明了方向，解決了石英產(chǎn)品 的深加工問(wèn)題，同時(shí)減少了石英尾砂直接堆存帶來(lái)大氣揚(yáng)塵等的環(huán)境污染問(wèn)題，推廣價(jià)值大，工業(yè)化前景廣闊，將是石英行業(yè)現(xiàn)在乃至未來(lái)發(fā)展的方向。
１ 試驗(yàn)方法
1.1 試驗(yàn)原料及性質(zhì)
試驗(yàn)用原料取自某地石英巖礦經(jīng)選礦提純深度處理后的分級(jí)細(xì)砂，分級(jí)細(xì)砂粒度組成為：0.2～ 0.125ｍｍ=31.3%，0.125～0.074ｍｍ＝39.34%，-0.074mm=29.33%。分級(jí)細(xì)砂的化學(xué)成份含量質(zhì)量分?jǐn)?shù)：SiO299.55%，Al2O30.033%，F(xiàn)e2O30.0047%，CaO0.036%，L.O.I0.26，分級(jí)細(xì)砂的白度指標(biāo)為：85.5。
1.2 試驗(yàn)指標(biāo)
結(jié)合樣品性質(zhì)及《中華人民共和國(guó)電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SJ/Ｔ 10675—2002電子及電器工業(yè)用二氧化硅微粉》中電工級(jí)硅微粉規(guī)格的要求，制定以下質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)：
（1）化學(xué)成分:SiO2≧99.505 、Al2O3≦0.15%、、Fe2O3≦0.010%；
（2）粒度組成：累積粒度φ≦45μｍ且所占比重≧９５％；
（3）白度指標(biāo)：90.0；
（4）水萃取液電導(dǎo)率（μｓ·ｃｍ－１）≦２０。
經(jīng)深度提純分級(jí)細(xì)砂原料的化學(xué)指標(biāo)已經(jīng)滿足硅微粉的質(zhì)量要求，此次試驗(yàn)的目的主要是通過(guò)磨礦及清洗工藝，最終使硅微粉的粒度、白度及電導(dǎo)率指標(biāo)滿足電工級(jí)硅微粉的質(zhì)量要求。
1.3 試驗(yàn)設(shè)備及儀器
試驗(yàn)設(shè)備：ＸＭＣＱ180×200瓷襯球磨機(jī)，武漢探礦機(jī)械廠；XTLZ－φ260/φ200多用真空過(guò)濾機(jī)，武漢探礦機(jī)械廠。
主要儀器：WSB-2A白度計(jì)，上海昕瑞儀器儀表有限公司；LS-900型激光粒度分析儀，珠海歐美克儀器有限公司, METTMER TOLEDO FE30電導(dǎo)率儀，梅特勒－托利多。
1.4 試驗(yàn)方法
將分級(jí)細(xì)砂作為入磨物料進(jìn)行硅微粉濕法磨礦作業(yè)，以電工級(jí)硅微粉的粒度和白度指標(biāo)為判定依據(jù)，考察磨礦時(shí)間、礦介比、介配比以及磨礦濃度對(duì)磨礦效果的影響。最后采用“清洗－過(guò)濾”工藝流程處理，去除水萃取液中游離的離子雜質(zhì)，有效降低電導(dǎo)率，從而提高硅微粉的純度，最終使其滿足電工級(jí)硅微粉對(duì)電導(dǎo)率的指標(biāo)要求。
2 試驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1 磨礦試驗(yàn)
為有效將分級(jí)細(xì)砂研磨至電工級(jí)硅微粉所需粒級(jí)，采用 XM-CQ 180×200瓷襯球磨機(jī)對(duì)分級(jí)細(xì)砂進(jìn)行磨礦作業(yè)。影響硅微粉質(zhì)量的因素較多，此次試驗(yàn)主要探討磨礦時(shí)間、礦介比、介配以及磨礦濃度對(duì)硅微粉粒度及白度指標(biāo)的影響。濕法磨礦試驗(yàn)流程，見(jiàn)圖１。
2.1.1 磨礦時(shí)間影響
將分級(jí)細(xì)砂加入球磨機(jī)中，磨礦介質(zhì)加入量為1.5kg，其中大球∶中球∶小球＝２∶５∶３（質(zhì)量比），磨礦濃度為５０％。此次試驗(yàn) 主要考察磨礦時(shí)間對(duì)硅微粉質(zhì)量指標(biāo)的影響。根據(jù)激光粒度檢測(cè)儀讀數(shù)的實(shí)際情況，以41.8μｍ 作為-45μｍ 的近似值判斷。磨礦時(shí)間對(duì)磨礦效果的影響試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖２，磨礦時(shí)間對(duì)磨礦效果的影響條件及結(jié)果見(jiàn)表１。
 由圖２及表１可以看出，在一定范圍內(nèi)，隨著磨礦時(shí)間的增加， 細(xì)粒級(jí)含量在不斷增加，產(chǎn)品中-41.8μｍ粒級(jí)的累積產(chǎn)率在不斷增大，白度增加明顯。當(dāng)磨礦時(shí)間延長(zhǎng)至2h后，白度增加緩慢，究其原因，主要是因?yàn)殡S著磨礦時(shí)間的增加，微粒直徑在不斷減少，微粒之間的間距 在變小，光源在物質(zhì)表面的漫反射現(xiàn)象就少，即光反射率大，光子損失量小，即光反射率大，則物質(zhì)白度越高。 隨著磨礦時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)，磨礦效率相對(duì)降低，磨礦細(xì)度增加相對(duì)緩慢，白度指標(biāo)增加趨勢(shì)不明顯。綜合考慮耗能、粒度及白度指標(biāo)，選擇磨礦時(shí)間為2h，此時(shí)磨礦產(chǎn)品的白度為90.5，-41.8μｍ 累積含量為96.39%。
2.1.2 礦介比影響
此次試驗(yàn)主要考察礦介比對(duì)硅微粉質(zhì)量指標(biāo)的影響（礦介比是指礦石加入量與磨礦介質(zhì)總量的比例），磨礦時(shí)間為2h，介配比為2:5:3。介質(zhì)是礦石磨礦過(guò)程中的能量載體和施力體，它通過(guò)磨機(jī)內(nèi)磨礦介質(zhì)總能量、單個(gè)磨礦介質(zhì)總能量和磨礦介質(zhì)的比表面積等方面的變化對(duì)磨機(jī)的生產(chǎn)能力、磨礦效率和產(chǎn)物粒度產(chǎn)生顯著影響。不同礦介比對(duì)磨礦效果的影響曲線見(jiàn)圖3。
由圖3可以看出，在一定范圍內(nèi)，隨著礦介比的增大（即磨礦介質(zhì)添加量在不斷增大），磨礦產(chǎn)品中 -41.8μｍ粒級(jí)的累積產(chǎn)率不斷增大，白度也隨之提高，主要原因是隨著磨礦介質(zhì)質(zhì)量的增加，礦物與介質(zhì) 之間的接觸面積在增加，磨礦介質(zhì)碰撞活性能量增加，磨礦效率隨之提高。當(dāng)?shù)V介比增加到1:5后， -41.8μｍ粒級(jí)的累積產(chǎn)率增加緩慢，白度指標(biāo)增加相對(duì)緩慢，此時(shí)磨礦產(chǎn)品的白度為 90.5，-41.8μｍ累積含量為96.39％。
 2.1.3 介配比影響
文中磨礦介質(zhì)的配比是按照介質(zhì)的直徑的不同來(lái)計(jì)算其占球荷總質(zhì)量的百分率來(lái)確定比例。裝入磨介直徑的大小以及所占比例與被磨物料性質(zhì)密切相關(guān)，即粗級(jí)別物料要用大尺寸磨介，細(xì)粒級(jí)物料要用小尺寸磨介，物料中有粗、細(xì)不同的粒級(jí)，采用一種尺寸磨介的磨礦效果，遠(yuǎn)不如有大、小幾種磨介的效果好。此次試驗(yàn)主要考察磨礦介質(zhì)的配比（簡(jiǎn)稱介配比）對(duì)硅微粉質(zhì)量指標(biāo)的影響，磨礦介質(zhì)為鋯鋁球，硬度大，耐磨性強(qiáng)。磨礦時(shí)間為2h，礦介比為1:5，磨礦濃度為50%，介配比與硅微粉指標(biāo)的關(guān)系曲線見(jiàn)圖４。
由圖４可以看出，磨礦介質(zhì)的配比（介配比）對(duì)硅微粉的指標(biāo)有一定影響。當(dāng)介配比為2:5:3及 3:5:2時(shí)，硅微粉粒度和白度指標(biāo)相對(duì)較好，兩者磨礦產(chǎn)品中-41.8μｍ粒級(jí)的累積產(chǎn)率相差不大，結(jié)合白度指標(biāo)來(lái)考慮，介配比2:5:3比3:5:2高出0.3%。這可能是由于大球加入量過(guò)多，雖然增加了沖擊破碎能力，但由于磨礦介質(zhì)總表面積減少使研磨破碎力降低，從而使磨礦效率降低，導(dǎo)致硅微粉產(chǎn)品粒度和白度指標(biāo)下降。
2.1.4 磨礦濃度影響
 此次試驗(yàn)主要考察磨礦濃度對(duì)硅微粉質(zhì)量指標(biāo)的影響，磨礦介質(zhì)為鋯鋁球，磨礦時(shí)間為2h，
礦介比為1:5。磨礦濃度對(duì)硅微粉指標(biāo)的影響結(jié)果見(jiàn)表2。
球磨機(jī)磨礦濃度的大小，通過(guò)影響磨介與被磨的礦石之間的磨削力和沖擊力，影響著磨介在筒體內(nèi)的分布密度以及礦漿的流動(dòng)性，進(jìn)而影響磨礦產(chǎn)品粒度和白度指標(biāo)。由表２可以看出，當(dāng)磨礦濃度為50%時(shí)，粒度和白度指標(biāo)相對(duì)較好。可能是因?yàn)楫?dāng)時(shí)水量較少時(shí)，即礦漿的濃度較大，它的粘性就大，礦石在磨機(jī)內(nèi)的流動(dòng)性減小，礦石在磨礦機(jī)的停留時(shí)間增長(zhǎng)，礦石將被磨得更細(xì)；當(dāng)?shù)V漿濃度較小時(shí)，礦漿粘 度和比重小，礦粒在磨機(jī)內(nèi)流動(dòng)速度大，磨介沖擊的機(jī)會(huì)也減少，同時(shí)因礦漿稀，不易夾帶粗礦粒使其得到充 分撞擊，從而使磨礦效率降低。
2.2 過(guò)濾－清洗”試驗(yàn)
硅微粉因其具有耐高溫和抗輻射性能，被作為一種中性無(wú)機(jī)填料廣泛應(yīng)用于各種電子及高科技產(chǎn)品等行業(yè)，其純度是影響產(chǎn)品質(zhì)量高低和器件性能的重要因素，其中游離的 Na＋、K＋ 等離子是高純硅微粉中常見(jiàn)的雜質(zhì)，若其含量過(guò)高，將會(huì)影響產(chǎn)品的性能。試驗(yàn)采用去離子水對(duì)硅微粉進(jìn)行 “清洗－過(guò)濾”工藝流程 處理，最終測(cè)定水萃取液的電導(dǎo)率來(lái)表征硅微粉產(chǎn)品中游離雜質(zhì)離子的含量。
水溶液中的帶電離子的多少與溶液電導(dǎo)率成正比，由于硅微粉雜質(zhì)的成份大都是可溶性的，其水萃液中離子濃度越高電導(dǎo)率越大，說(shuō)明硅微粉的純度越低。為去除硅微粉水萃取液中游離的離子，有效降低其電導(dǎo)率，試驗(yàn)中采用1.8Ｌ（即礦液 比為1:8）的去離子水（電阻率18ＭΩ·cm）對(duì)濕法磨礦后的硅微粉產(chǎn)品進(jìn)行“清洗－過(guò)濾”試驗(yàn)，試驗(yàn)流程見(jiàn) 圖５，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表３。
由表3可以看出,采用“清洗—過(guò)濾”流程處理后,水萃取液最終的電導(dǎo)率指標(biāo) 為16.3μs·cm-1,與未經(jīng)去離子水清洗的硅微粉產(chǎn)品相比較,降低了30.2μs/cm,白度為90.7,硅微粉各項(xiàng)理化指標(biāo)均滿足電工級(jí)硅微粉的質(zhì)量要求?
3 結(jié) 論
a.為了綜合利用礦產(chǎn)資源,變廢為寶，利用石英尾砂(分級(jí)細(xì)砂)制備各種不同用途的超細(xì)硅微粉，既為 石英尾砂的綜合利用指明了方向，又解決了石英產(chǎn)品的深加工問(wèn)題，推廣價(jià)值大，工業(yè)化前景廣闊?
b.通過(guò)濕法磨礦條件的探索，可以看出,當(dāng)磨礦時(shí)間為2h，礦介比為1:5，介配比為2:5:3，磨礦濃度為50%時(shí)，硅微粉產(chǎn)品的累積粒度φ≦41.8μm 為96.39%，白度為90.5，滿足電工級(jí)硅微粉對(duì)粒度和白度指標(biāo)的質(zhì)量要求?
c.試驗(yàn)中采用去離子水對(duì)硅微粉進(jìn)行“清洗-過(guò)濾”工藝流程處理，最終測(cè)定水萃取液的電導(dǎo)率來(lái)表征硅微粉產(chǎn)品的游離雜質(zhì)離子的含量，當(dāng)去離子水用量為1.8L時(shí)，最終硅微粉的電導(dǎo)率指標(biāo)為16.3μs/cm， -41.8μm含量的累積產(chǎn)率96.45%，白度為90.7，滿足電工級(jí)硅微粉的指標(biāo)要求?
作者：李佩悅，謝恩俊（蚌埠玻璃工業(yè)設(shè)計(jì)研究院）
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