中國粉體網(wǎng)訊 石英砂中含鐵雜質(zhì)的存在大大降低了石英砂的使用價值，影響產(chǎn)品的質(zhì)量，例如在玻璃生產(chǎn)中，含鐵雜質(zhì)對玻璃的生產(chǎn)和質(zhì)量都會產(chǎn)生較大的危害，特別是對玻璃熔制過程中的熱力學(xué)性質(zhì)和玻璃成品的透光性。因此，石英砂除鐵技術(shù)一直以來都是石英砂礦石加工的重要環(huán)節(jié)，選擇合適的石英砂除鐵方法對于有效控制石英砂產(chǎn)品純度，提升企業(yè)利潤有著重要的意義。
石英砂中含鐵元素的雜質(zhì)礦物主要包括：針鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦、鈦鐵礦、磁黃鐵礦、電氣石、角閃石、黑云母、石榴子石等。石英砂鐵雜質(zhì)存在的狀態(tài)有：伴生的黏土中鐵雜質(zhì)及伴隨重礦物質(zhì)、顆粒表面的泥質(zhì)和薄膜鐵、石英砂顆粒內(nèi)部鐵雜質(zhì)及分布于晶體中的原生包裹體等幾種形式。石英砂的加工生產(chǎn)過程中要針對不同的鐵雜質(zhì)存在形式進(jìn)行除鐵工藝的選擇才能保證鐵含量的控制標(biāo)準(zhǔn)。
目前，石英砂除鐵工藝一般先把原料進(jìn)行水洗脫泥，再通過選擇機(jī)械擦洗、磁選、超聲波、浮選、酸浸、微生物等方法，除去石英砂中的鐵質(zhì)，提高石英砂的工業(yè)價值。
機(jī)械擦洗除鐵
機(jī)械擦洗是借助外力和砂礫間的碰撞與摩擦，來除去石英砂表面的鐵質(zhì)薄膜及吸附在石英砂表面的含鐵礦物，進(jìn)而達(dá)到除鐵的目的。機(jī)械擦洗工藝包括棒磨擦洗和傳統(tǒng)機(jī)械擦洗兩類。
對于機(jī)械擦洗，一般認(rèn)為影響擦洗效果的因素主要是擦洗機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和配置形式，其次為工藝因素，包括擦洗時間和擦洗濃度。
機(jī)械擦洗的效率隨礦漿濃度增加而提高，原因是增加礦漿濃度可以使顆粒之間碰撞的幾率增加。研究表明，砂礦擦洗濃度在50％~60％之間效果最好。
擦洗時間原則上以初步達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量要求為基準(zhǔn)，不宜過長，因?yàn)闀r間過長，會加大設(shè)備磨損，提高能耗和造成選礦提純成本的增加。
如果采用加藥高效強(qiáng)力擦洗，配合適當(dāng)?shù)墓に嚭驮O(shè)備，采用棒磨擦洗效果會更好，因?yàn)榧铀幙梢栽龃箅s質(zhì)礦物和石英顆粒表面的電斥力，增強(qiáng)雜質(zhì)礦物與石英顆粒相互間的分離效果。
總體而言，機(jī)械擦洗除鐵工藝是目前應(yīng)用最為廣泛的石英砂除鐵工藝，其具有質(zhì)量好、產(chǎn)量大、成本低廉、操作簡單的特點(diǎn)，能夠滿足浮法玻璃對優(yōu)質(zhì)硅砂的要求，是小規(guī)模生產(chǎn)加工企業(yè)的首選。
磁選除鐵
石英砂中主要礦物——石英，是反磁性物質(zhì)，在磁場中不能被磁化。而石英砂中含鐵的雜質(zhì)礦物：赤鐵礦、褐鐵礦、磁鐵礦、針鐵礦等，大部分都是磁性物質(zhì)，在磁場中可以被磁化。磁選工藝正是利用這一性質(zhì)上的差異，通過磁選除去石英砂中的這些含鐵雜質(zhì)礦物。
磁選分為干選和濕選。濕式強(qiáng)磁選存在磁選機(jī)耗電量大、介質(zhì)易磨損、生產(chǎn)用水量大、運(yùn)行和維修成本高等缺陷。干式強(qiáng)磁選工藝操作方便，運(yùn)行和維修成本比濕式低。
濕式強(qiáng)磁選機(jī)可以最大限度地清除包括連生體顆粒在內(nèi)的赤鐵礦、褐鐵礦和黑云母等弱磁性雜質(zhì)礦物。一般而言，對含雜以弱磁性雜質(zhì)礦物為主的石英砂，利用濕式強(qiáng)磁機(jī)在10000奧斯特以上可以選出；對含雜質(zhì)以磁鐵礦為主的強(qiáng)磁性礦物，則采用弱磁機(jī)或中磁機(jī)進(jìn)行選取效果比較好。
濕式強(qiáng)磁選機(jī)除鐵效果受給料量、沖洗水量、磁場強(qiáng)度等參數(shù)影響，其中以磁場強(qiáng)度影響最大。另外，磁選次數(shù)越多，石英砂粒度越細(xì)，除鐵效果越好。
磁選除鐵主要針對石英顆粒間隙及與石英呈聯(lián)生體形式產(chǎn)出的磁性礦物，如赤鐵礦、褐鐵礦和黑云母等，但是對于表面吸附的鐵質(zhì)薄膜，該種方法的效果并不理想。
浮選除鐵
根據(jù)不同礦物密度及物理性質(zhì)的差異，可以利用浮選法來降低石英砂中雜質(zhì)鐵的含量。浮選法主要是用來分離石英砂中的長石，但也可以用來除去石英砂中的云母等粘土礦物以及次生鐵。最典型的工藝流程是以氫氟酸為活化劑，在強(qiáng)酸性條件下采用胺類陽離子捕收劑進(jìn)行浮選。浮選鐵時，NaOH可用來抑制被金屬離子活化的石英；浮選長石、云母等粘土礦時，H2SO4不僅可以在被浮的長石表面產(chǎn)生定位吸附，降低表面負(fù)電性，而且可活化長石和云母。
根據(jù)所采用活化劑的差異，浮選法可劃分為三種：第一種是有氟有酸法，該種方法效果好、操作簡單、指標(biāo)穩(wěn)定，但其污染較為嚴(yán)重，對生態(tài)破壞較大；第二種是無氟有酸法，相較第一種方法，減少氟的使用使得其對生態(tài)的破壞大大降低，但強(qiáng)酸提高了浮選設(shè)備的腐蝕損耗；第三種方法是無氟無酸法，這種方法技術(shù)要求較高，工藝流程復(fù)雜，目前應(yīng)用較少。
浮選法對去除賦存于重礦物中的鐵效果很好，美國硅砂選廠采用在酸性條件下，以石油磺酸鈉、煤油為捕收劑，分離出黑云母及含鐵礦，使Fe2O3含量從0.12~0.18％降至0.06％~0.065％。浮選法除鐵工藝簡單、成本低、效果好。該工藝對擴(kuò)大我國石英砂資源的利用范圍起到了積極的作用。
酸浸除鐵
酸浸除鐵法主要是利用石英不溶于酸（氫氟酸除外），其它雜質(zhì)礦物能被酸溶解的特點(diǎn)，從而達(dá)到對石英砂的進(jìn)一步提純。酸浸法不僅僅能將鐵質(zhì)從石英砂中去除，同時對非金屬雜質(zhì)礦物也有較好的效果。
目前，酸浸法主要包括單酸浸法和混合酸浸法兩種。單酸浸法主要針對雜質(zhì)比較單一的石英砂�；旌纤峤ㄊ菍⒉煌乃峄旌显谝黄穑瑓f(xié)同去除石英砂中的各類雜質(zhì)，去除效率更高，產(chǎn)品純度也較好。
酸浸法常用的酸類包括硫酸、鹽酸、硝酸和氫氟酸等，亦有采用對環(huán)境危害較小的草酸進(jìn)行除鐵。
在石英砂中由于有害成分是以礦物集合體而不是以純礦物形態(tài)存在，采用混合酸浸出比單一酸的酸浸效果好。各種酸的配比以及加入順序?qū)﹄s質(zhì)礦物的去除也有較大影響。
酸液濃度要適合，酸液濃度過低，耗時長，產(chǎn)量低且除雜效果不好；酸液濃度過高，不但會使成本增加，對設(shè)備的腐蝕加劇，而且同樣會使SiO2產(chǎn)量降低。
酸浸溫度對石英中雜質(zhì)的除去率影響較大。溫度越低，反應(yīng)速度越慢，需時越長；溫度越高，酸的揮發(fā)隨之加快，從而使酸的用量增加。另外，酸浸時間、礦物粒度及礦漿攪拌均對去除效果產(chǎn)生影響。
當(dāng)經(jīng)一次酸浸后產(chǎn)品中雜質(zhì)含量達(dá)不到要求還可以進(jìn)行二次酸浸和多次酸浸，直到雜質(zhì)鐵的含量達(dá)到要求為止。
一般來說使用硫酸、鹽酸、硝酸和氫氟酸費(fèi)用高，而且對環(huán)境影響大。用草酸作浸出劑除去石英砂礦物中的鐵，其主要優(yōu)點(diǎn)在于，浸出時形成了可溶性絡(luò)合物，該絡(luò)合物在微生物和日光作用下均可被分解。
另外，用草酸除鐵對礦石的粒度有一定的要求，一般要求把礦石磨細(xì)到平均粒徑20μm左右，處理礦石三小時以上，除鐵率可達(dá)80~100%。經(jīng)過酸浸處理后，可獲得SiO2純度達(dá)99.99％，F(xiàn)e含量≦235ppm的低鐵石英砂。
超聲波除鐵
超聲波除鐵工藝是利用超聲波在水中發(fā)生空化過程中產(chǎn)生沖擊波，沖擊波使得石英砂顆粒表面的含鐵雜質(zhì)脫離進(jìn)入溶液，達(dá)到除鐵的目的。
超聲波的主要效果是除去石英砂中包含的次生包裹鐵，且超聲波對石英砂中的包裹鐵的除去效果非常的好。此外，利用超聲波在水中傳播時產(chǎn)生的空化效應(yīng)，可以增大石英顆粒與混酸的充分接觸，使石英中的Fe能更好地溶解在酸中，促進(jìn)雜質(zhì)與酸充分反應(yīng)形成穩(wěn)定的化合物從而提高除Fe的效果。但是，超聲波除鐵工藝方法比較昂貴，多用于高附加值、精密硅產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。
有研究發(fā)現(xiàn)：1）用超聲波清洗技術(shù)生產(chǎn)出高純石英砂必須要加入分散劑。2）利用超聲波除鐵，為了達(dá)到最佳除鐵效果，必須綜合考慮清洗的條件，如：溫度、時間、pH值、浸出劑的濃度、攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速、超聲波的功率等因素。
微生物除鐵
利用微生物除石英砂顆粒表面的薄膜鐵或浸染鐵是最新發(fā)展起來的一種新型除鐵技術(shù)。它是一種利用微生物的生理機(jī)能及其代謝產(chǎn)物經(jīng)氧化、溶解及分解等作用使石英砂表面的雜質(zhì)成分與石英母體分離的新型提純方法。
研究結(jié)果表明，黑曲霉素菌、青霉菌、梨形毛菌、假單胞菌類、桿菌類、多粘芽孢桿菌、乳酸小球菌等微生物菌群對石英砂表面氧化鐵，具有較好的去除效果。其中以黑曲霉素菌浸除鐵效果最佳。
實(shí)驗(yàn)指出，細(xì)菌與霉菌聯(lián)合培養(yǎng)液浸除鐵效果較好，需氧菌種分解鐵速率要快于厭氧菌種，不同菌種對不同種類的鐵礦物分解靈敏度存在差異，鐵在石英砂中的賦存狀態(tài)很大程度上決定了微生物除鐵的最終效果。
雖然微生物浸出具有更環(huán)保、更節(jié)能的除雜優(yōu)勢，但是其浸出時間長，浸出效率低等缺點(diǎn)制約了在工業(yè)上的應(yīng)用。
參考來源：
張大朋等，石英砂除鐵方法，安徽鑫民玻璃
胡宏坤等，石英砂除鐵方法簡述，鳳陽杜氏礦業(yè)
謝兵，超白玻璃用石英砂提純研究，大連工業(yè)大學(xué)
趙亮等，石英砂粒度對超聲波除鐵效率的影響，安徽科技學(xué)院
范培強(qiáng)等，國內(nèi)高純石英砂選礦與深加工研究現(xiàn)狀，昆明理工大學(xué)
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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