《Next Materials》：Beneficiation of dune sands from the Ighil-Ali deposit (Ouargla, Algeria) toward high-purity silica for glass and ceramic applications
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沙漠硅砂的资源化利用为工业应用开发高质量原料替代来源提供了重要机遇。本研究针对阿尔及利亚撒哈拉地区瓦尔格拉省Ighil-Ali矿床的沙丘砂开展选矿研究，旨在制备适用于玻璃和陶瓷工业的高纯度二氧化硅精矿。研究人员采用X射线荧光光谱（XRF）、拉曼光谱、扫描电子显
沙漠硅砂的资源化利用为工业应用开发高质量原料替代来源提供了重要机遇。本研究针对阿尔及利亚撒哈拉地区瓦尔格拉省Ighil-Ali矿床的沙丘砂开展选矿研究，旨在制备适用于玻璃和陶瓷工业的高纯度二氧化硅精矿。研究人员采用X射线荧光光谱（XRF）、拉曼光谱、扫描电子显微镜（SEM）和光学显微镜对原砂的化学、矿物学及形态学特征进行了表征。结果表明，石英为主要矿物相，并伴生少量含铁矿物、黏土矿物及铝硅酸盐杂质，这些杂质影响了其工业适用性。研究人员开发了一种集擦洗、水力旋流分级和反浮选于一体的集成选矿工艺流程，以增强石英解离并去除不利矿物相。擦洗工序在70 wt%固体浓度和pH 11条件下优化，随后采用十二胺（300 g/t）和AERO-801/825捕收剂进行两段反浮选。所提出的处理方法有效降低了杂质含量，获得了含99.28 wt% SiO?的硅石精矿，整体纯化质量回收率为89.7%。上述发现证明了Ighil-Ali沙丘砂作为宝贵硅质资源的潜力，并验证了所提选矿策略的有效性。后续需开展中试规模研究以验证工艺性能并评估工业可行性。
高纯度硅砂制备的选矿工艺研究——以阿尔及利亚Ighil-Ali沙丘砂为例的论文解读
一、研究背景与意义
高纯度二氧化硅（SiO?）是玻璃、陶瓷、光伏及先进材料工业的关键原料，其纯度直接决定终端产品的质量。玻璃工业通常要求硅砂中SiO?含量超过99 wt%，氧化铁（Fe?O?）含量极低且粒度分布可控，即使痕量铁也会影响玻璃的透明度和色泽。陶瓷工业虽对纯度要求相对宽松，但含铁矿物及其他污染物的存在仍会损害陶瓷制品的外观、烧成行为及整体品质。阿尔及利亚拥有丰富的撒哈拉沙丘砂资源，但长期未得到充分开发利用。尽管已有诸多关于硅砂选矿的研究，但针对Ighil-Ali地区沙丘砂的专项研究十分有限，尤其是该矿床的矿物学特征与擦洗及反浮选处理响应之间的关系尚未得到充分探讨。因此，本研究旨在通过将矿物学表征与分离性能相关联，为Ighil-Ali沙丘砂矿床开发适应性提纯策略，验证其生产适用于玻璃和陶瓷工业的高纯度硅石精矿的潜力，从而为这一尚未充分研究的撒哈拉硅质资源的高值化利用作出贡献。
二、研究内容与主要结论
研究人员对采自Ighil-Ali砂坑三个勘探区域的41份沙样进行系统采集与均质化处理，制备代表性复合样品。通过X射线荧光光谱（XRF）、拉曼光谱、光学显微镜及扫描电子显微镜-能谱分析（SEM-EDS）对原砂进行全面表征，并在此基础上开发了集选择性筛分、水力旋流分级、擦洗和两段反浮选于一体的集成选矿工艺流程。研究结果表明，原砂以石英为主（SiO?平均含量96.13 wt%），伴生方解石、辉石、石榴子石、白云母及含铁矿物等少量杂质相。经选矿处理后，最终获得SiO?含量达99.28 wt%的高纯度硅石精矿，整体质量回收率为89.7%，满足玻璃和陶瓷工业的原料要求。该研究证实了Ighil-Ali沙丘砂作为高纯度硅质资源的可行性，为阿尔及利亚撒哈拉沙漠硅砂的高值化利用提供了技术依据。
三、关键技术方法
研究人员采用的主要技术方法包括：X射线荧光光谱（XRF）用于化学组成分析，依据ISO 12677:2011标准以熔融玻璃片法制样；光学显微镜和拉曼光谱用于矿物学鉴定，拉曼谱带归属参照RRUFF矿物数据库；扫描电子显微镜-能谱分析（SEM-EDS）用于微观结构和元素分布表征；选择性干式筛分获得三个粒度级分（<106 μm、106–500 μm、>500 μm）；水力旋流分级（GUNT CE 225装置，直径114 mm，压力2 bar）用于脱除细粒杂质；擦洗试验（Denver D12擦洗机，转速2500 rpm，时间20 min）用于表面净化；两段反浮选（Denver D12浮选机，pH 2.5）分别采用十二胺（DDA）和AERO-801/825捕收剂去除杂质矿物。样品采集自阿尔及利亚瓦尔格拉省Ighil-Ali砂坑，共41份表面样品。
四、研究结果
4.1 原砂表征
原砂化学组成以SiO?为主，加权平均含量为96.37 wt%，Al?O?为1.77 wt%，Fe?O?为0.22 wt%，K?O为0.99 wt%，各区域间化学组成变异较小，表明沉积体系具有化学成熟度。矿物学观察显示砂粒以圆至次圆状石英为主，拉曼光谱确认了α-石英的特征谱带（~463 cm?1），并鉴定出方解石、辉石（透辉石-普通辉石系列）、石榴子石（铁铝榴石-镁铝榴石系列）及白云母等伴生矿物。SEM观察显示石英颗粒表面局部附着细粒物质和表层覆盖物，EDS元素分布图证实Fe、Al、K、Ca、Mg等杂质元素以低丰度形式存在。
4.2 选择性筛分
筛分结果显示中间粒级（106–500 μm）占84 wt%，粗粒级（>500 μm）占14.4 wt%，细粒级（<106 μm）仅占1.6 wt%。XRF分析表明中间粒级SiO?含量最高（96.72 wt%），Fe?O?和Al?O?含量分别降至0.20和1.61 wt%；粗粒级富集CaO、MgO和K?O，细粒级则富集Al?O?（2.63 wt%）、Fe?O?（0.66 wt%）、TiO?（0.25 wt%）和烧失量（LOI，1.03 wt%），表明杂质矿物在不同粒级中呈不均匀分布。
4.3 水力旋流分级
水力旋流分级作为脱泥工序，随进料流量增加，细粒级比例从1.6 wt%降至约0.05 wt%（流量超过160 L/min时），脱泥效率约96.9%。溢流占进料3.54 wt%，其中约1.94 wt%为大于106 μm的颗粒，属水力夹带所致。该工序有效去除了富集杂质的细粒部分，改善了进入后续工序的给料质量。
4.4 擦洗试验
擦洗后SiO?含量从96.72 wt%提升至97.86 wt%，Fe?O?从0.203 wt%降至0.087 wt%（降幅57.1%），Al?O?从1.61 wt%降至1.03 wt%。固体浓度优化试验表明70 wt%为最佳条件，SiO?含量达97.86 wt%；pH优化试验表明pH 11为最佳条件，SiO?含量同样达97.86 wt%，且化学药剂消耗较低。擦洗工序质量回收率为97.5%，质量损失主要归因于黏土颗粒、氧化铁覆盖层及细粒杂质的去除。
4.5 反浮选试验
第一段采用十二胺（DDA）捕收剂，在pH 2.5条件下，SiO?含量从擦洗后的97.86 wt%提升至300 g/t用量时的99.02 wt%，Al?O?降至0.42 wt%，K?O降至0.23 wt%，表明铝硅酸盐杂质得到有效去除。继续增加用量至400 g/t时SiO?含量略降至98.98 wt%，归因于过量捕收剂导致的非选择性吸附。第二段采用AERO-801（250 g/t）和AERO-825（100 g/t）混合捕收剂，SiO?含量进一步提升至99.28 wt%，Al?O?降至0.29 wt%，Fe?O?降至0.054 wt%，K?O降至0.162 wt%，表明残余含铁矿物和含钾长石得到进一步去除。TiO?含量略有增加，归因于相对富集效应及含钛矿物在所选浮选条件下不可浮。
五、讨论与结论
讨论总结：研究表明，Ighil-Ali沙丘砂的杂质矿物以表面附着和细粒分散形式存在，擦洗工序通过颗粒间磨擦有效剥离了铁质覆盖层和黏土矿物，而两段反浮选则利用矿物表面化学性质的差异实现了铝硅酸盐和含铁矿物的选择性去除。DDA作为阳离子捕收剂在酸性条件下以质子化形式选择性吸附于杂质矿物表面，而AERO系列阴离子捕收剂对残余含铁矿物和长石类矿物具有互补捕收作用。各工序的协同效应使SiO?含量从原砂的96.13 wt%逐步提升至最终精矿的99.28 wt%，整体质量回收率达89.7%。该工艺流程为同类沙丘砂矿床的高值化利用提供了可借鉴的技术路线。
研究结论翻译：本研究系统表征了阿尔及利亚Ighil-Ali沙丘砂的物理化学和矿物学特征，并开发了一套集选择性筛分、水力旋流分级、擦洗和两段反浮选于一体的集成选矿工艺流程。原砂以石英为主（SiO?含量96.13 wt%），伴生少量含铁矿物、黏土矿物和铝硅酸盐杂质。所开发的工艺流程在擦洗阶段（70 wt%固体浓度，pH 11）有效去除了表面铁质覆盖层和黏土矿物，随后通过DDA（300 g/t）和AERO-801/825捕收剂的两段反浮选进一步去除了残余铝硅酸盐和含铁杂质，最终获得SiO?含量99.28 wt%、Fe?O?含量0.054 wt%的高纯度硅石精矿，整体质量回收率为89.7%。该精矿满足玻璃和陶瓷工业的原料质量要求，证实了Ighil-Ali沙丘砂作为高纯度硅质资源的开发潜力。后续需开展中试规模研究以验证工艺性能并评估工业可行性。
