中國粉體網(wǎng)訊 石英砂是重要的非金屬礦物原料,主要成分為SiO2,是光伏、半導(dǎo)體、通信、航空航天等高科技產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)原材料。石英砂主要通過石英礦物深度提純的方式制備,石英礦中雜質(zhì)元素會(huì)顯著影響石英產(chǎn)品的性能,其中鐵等過渡金屬會(huì)影響石英制品的光透過率和電導(dǎo)率。
在石英砂中,主要礦物是石英,還含有一些其他雜質(zhì)礦物,其中含鐵元素的雜質(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。
在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中,先把原料進(jìn)行水洗脫泥,再采用機(jī)械擦洗、磁選、浮選、酸浸等工藝來除去石英砂中的鐵元素,提高石英砂的使用價(jià)值。
1機(jī)械擦洗
機(jī)械擦洗是用機(jī)械力和砂粒之間的剝離力去除石英砂表面的雜質(zhì)鐵、粘結(jié)和礦物泥。擦洗使石英砂礦物前期可以有效地排出一部分雜質(zhì),清潔石英砂顆粒的表面,從而順利進(jìn)行后面的提純工作。機(jī)械擦洗工藝包括棒磨擦洗和傳統(tǒng)機(jī)械擦洗兩類,擦洗機(jī)的結(jié)構(gòu)和配置形式、擦洗工藝等因素共同控制了石英砂的除鐵效果。
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(duì)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。
2磁選
石英砂中含鐵的雜質(zhì)礦物具有可磁化的特性,利用外界磁場可以將石英砂中的可磁化礦物與非磁性礦物分離,進(jìn)而達(dá)到除去鐵質(zhì)的目的。
常見磁選工藝分為濕式磁選工藝和干式磁選工藝,濕式磁選工藝所采用的有永磁筒式磁選機(jī)、強(qiáng)磁板式磁選機(jī)、智能立環(huán)高梯度磁選機(jī)和電磁漿料磁選機(jī);干式磁選工藝所采用的磁選設(shè)備有強(qiáng)磁稀土輥式磁選機(jī)和電磁干粉磁選機(jī)。
對(duì)于弱磁性雜質(zhì)礦物常選用強(qiáng)磁機(jī),對(duì)于強(qiáng)磁性雜質(zhì)的礦物常采用弱磁機(jī)或者是中磁機(jī)進(jìn)行磁選。一般來說,磁選次數(shù)和磁場強(qiáng)度對(duì)磁選除鐵效果有重要影響,隨磁選次數(shù)的增加,含鐵量逐漸減少;而在一定的磁場強(qiáng)度下可除去大部分的鐵質(zhì),但此后磁場強(qiáng)度即使提高很多,除鐵率也無多大變化。
磁選可以最大限度的去除石英砂中的磁性雜質(zhì),包括以赤鐵礦、褐鐵礦和黑云母等為主的弱磁性雜質(zhì)礦物和以磁鐵礦為主的強(qiáng)磁性礦物。但是對(duì)于表面吸附的鐵質(zhì)薄膜,該種方法的效果并不理想。
3浮選
浮選是通過加入表面活性劑來改變不同礦物顆粒表面的物理和化學(xué)性質(zhì),使它們的差異擴(kuò)大,從而在溶液中把不同的雜質(zhì)浮選上來。浮選法主要用以清除石英砂中的長石、云母和次生鐵以及各種非磁性伴生雜質(zhì)為主。
根據(jù)所采用活化劑的差異,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(duì)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(duì)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。
4酸浸
酸浸法除鐵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),從而實(shí)現(xiàn)從石英砂中除去含鐵礦物的目的。酸浸處理是化學(xué)提純最主要、研究最廣的浸出工藝,在酸浸中,酸的種類對(duì)石英的浸出效率有很大的影響,常用的酸有鹽酸、硫酸、氫氟酸、草酸和硝酸等,通常使用上述多種酸組成混合酸來浸出脫除石英雜質(zhì),其他影響因素還有酸浸溫度、時(shí)間和攪拌強(qiáng)度等。
(1)有氟浸出
氫氟酸酸洗可以除去石英表面大部分的雜質(zhì),對(duì)石英、云母和長石都有不錯(cuò)的溶解作用,二聚物(HF)2和HF2-是氫氟酸溶液中主要活性成分之一,會(huì)對(duì)Si原子產(chǎn)生親核性侵蝕,使Si—O鍵斷裂,溶解包裹體周圍的石英,促進(jìn)金屬雜質(zhì)浸出。
(2)無氟浸出
隨著社會(huì)的發(fā)展,人們?cè)絹碓街匾暪I(yè)發(fā)展中的生態(tài)效益,氫氟酸會(huì)造成環(huán)境污染等問題,還會(huì)降低石英的收率,造成資源浪費(fèi),因此高純石英無氟浸出是未來研究的趨勢。
(3)超聲輔助浸出
為提高浸出效率,使用超聲波輔助浸出是一種常用的手段。超聲波是一種高頻率的機(jī)械波,在液體中傳播會(huì)產(chǎn)生空化作用,產(chǎn)生局部較大的空化作用力,使石英顆粒表面的液體包裹體受到作用力沖擊破裂并進(jìn)入液相,達(dá)到輔助浸出的作用。
5氯化焙燒
氯化焙燒是去除石英晶格雜質(zhì)、堿金屬等間隙原子類雜質(zhì)最主要的方法,氯化焙燒是在一定溫度和氛圍條件下,將雜質(zhì)組分離子轉(zhuǎn)化為低沸點(diǎn)的氯化物,進(jìn)而將雜質(zhì)組分分離的過程。
氯化焙燒提純工藝中,常用的氯化劑有氯氣、氯化氫、氯化銨、氯化鈉、氯化鉀和氯化鈣等,氯化焙燒按產(chǎn)物形態(tài)可分為高溫焙燒(氯化揮發(fā)法)、中溫焙燒(氯化焙燒-浸出法)、氯化-離析。
氯化焙燒對(duì)堿金屬K、Na的去除率最好,1200℃時(shí)K、Na可降至最低;氯化焙燒對(duì)Fe、Li有一定的去除作用,其他雜質(zhì)Al、Ti、Ca、Mg未見明顯的去除效果。
6微生物除鐵
微生物浸出是指使用微生物浸除石英砂顆粒外表的薄膜鐵或浸染鐵,這是新近發(fā)展起來的一種除鐵技術(shù)。
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(duì)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。
微生物浸出由于其需要很高的要求,如微生物的培養(yǎng)、營養(yǎng)物質(zhì)的選擇和溫度的控制都有嚴(yán)格要求,其工藝的復(fù)雜程度,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)有的提純工藝。
7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,到達(dá)除鐵的目的。超聲波除鐵可以有效去除石英砂顆粒表面的次生鐵質(zhì)薄膜,但其工藝方法比較昂貴,多用于高附加值、精密硅產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。
參考來源:
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【2】張大朋,等.石英砂除鐵方法.
【3】胡宏坤,等. 石英砂除鐵方法簡述———以鳳陽縣石英砂礦企業(yè)為例
【4】平安.高純石英砂“殺手級(jí)”提純技術(shù)——氯化焙燒.
【5】鄭翠紅,等.石英砂提純方法研究.
(中國粉體網(wǎng)編輯整理/星耀)
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