石英砂除铁，你应该了解这些方法
2020-11-10 15:28:59
在石英砂的各种应用领域中，铁是其中最有害的杂质，石英砂的提纯一般以除铁为主要目的。铁杂质在石英砂中的赋存状态，决定了用什么方法可将其去除以及去除的程度。由石英砂的具体情况，可以将铁的赋存状态分为5种形式。
铁在石英砂中的赋存状态
(1)黏土矿物中
一般出露地表的矿床中，含有的风化黏土较多。这种黏土是由石灰石、长石、页岩等风化而成，黏土的主要成分含有石英、云母、褐铁矿、方解石和绿泥石混合物的天然水成钒土硅酸盐，其颗粒粒度很小(10um以下)。
(2)重矿物及磁性矿物中
重矿物是指其相对密度大于2.9的矿物。这些矿物大多具有磁性或弱磁性，铁是这些矿物中的基本元素。
(3)轻矿物中
轻矿物主要是指长石。长石中的Al有时被Fe给取代，其含量可高达0.5%-0.7%。此外，还有白云母、高岭石、白云石、方解石等，在这些矿物中，Fe是以类质同象形式存在晶格中，由于其密度与石英差不多，所以分离相当困难。
(4)薄膜铁中
石英砂中颗粒在纯净状况下，呈白色，受到污染后呈褐色、灰色、黄色甚至红色等。石英颗粒的污染主要是铁质污染和泥质污染。在成矿过程中，某种矿物以薄膜或微粒状产生于石英矿物内部或者表面，这种成矿过程造成的铁质污染比较难消除。实际上，所谓的薄膜铁大多是指这种情况。
(5)连生体或晶格中
石英砂中的不同矿物基本上处于单体解离的状态，但石英砂中颗粒与其他含铁矿物连生在一起的状况仍然存在，这种连生体多数是暗色矿物，有的包裹在其颗粒的内部，有的镶嵌在颗粒的边缘，成为矿物集合体，这就是所谓的包裹铁。
在石英砂除铁的各种方法的实际应用中，单独使用一种方法就可以生产合格的石英砂的情况是很少的，往往是两种及以上的方法相结合，从而达到提纯标准。石英砂除铁的方法有以下几种。
石英砂除铁的方法
(1)水洗和分级脱泥
因石英砂的粒度一般远大于黏土矿物的粒度，简单的水洗就可以去除石英砂中的黏土矿物。同时，随着石英砂颗粒变细，颗粒中的重矿物和长石含量较大，它们不像石英那样耐风化，铁质和铝质等杂质品位反而升高，SiO2的品位随之降低，故石英砂的水选和分级脱泥，不仅可去除黏土矿物，而且还除去0.1mm以下的细粒矿物。但对于石英砂表面的薄膜铁难以去除。
(2)机械擦洗除铁
机械擦洗是借助外力和砂砾间的碰撞与摩擦，来除去石英砂表面的铁质薄膜及吸附在石英砂表面的含铁矿物，进而达到除铁的目的。机械擦洗工艺包括棒磨擦洗和传统机械擦洗两类，擦洗机的结构和配置形式、擦洗工艺等因素共同控制了石英砂的除铁效果。机械擦洗除铁工艺是目前应用最为广泛的石英砂除铁工艺，其具有质量好、产量大、成本低廉、操作简单的特点，能够满足浮法玻璃对优质硅砂的要求，是小规模生产加工企业的首选。
(3)磁选除铁
石英砂中含铁的杂质矿物具有可磁化的特性，利用外界磁场可以将石英砂中的可磁化矿物与非磁性矿物分离，进而达到除去铁质的目的。磁选除铁主要针对石英颗粒间隙及与石英呈联生体形式产出的磁性矿物，如赤铁矿、褐铁矿和黑云母等，但是对于表面吸附的铁质薄膜，该种方法的效果并不理想。
(4)超声波除铁
超声波除铁工艺是利用超声波在水中发生空化过程中产生冲击波，冲击波使得石英砂颗粒表面的含铁杂质脱离进入溶液，到达除铁的目的。超声波除铁可以有效去除石英砂颗粒表面的次生铁质薄膜，但其工艺方法比较昂贵，多用于高附加值、精密硅产业领域。
(5)浮选除铁
根据不同矿物密度及物理性质的差异，可以利用浮选法来降低石英砂中杂质铁的含量。根据所采用活化剂的差异，可划分为三种：第一种是有氟有酸法，该种方法效果好、操作简单、指标稳定，但其污染较为严重，对生态破坏较大;第二种是无氟有酸法，相较第一种方法，减少氟的使用使得其对生态的破坏大大降低，但强酸提高了浮选设备的腐蚀损耗;第三种方法是无氟无酸法，这种方法技术要求较高，工艺流程复杂，目前应用较少。
(6)酸浸除铁
酸浸除铁法主要是利用石英不溶于酸(氢氟酸除外)，其它杂质矿物能被酸溶解的特点，从而达到对石英砂的进一步提纯。酸浸法不仅仅能将铁质从石英砂中去除，同时对非金属杂质矿物也有较好的效果。目前，酸浸法主要包括单酸浸法和混合酸浸法两种。单酸浸法主要针对杂质比较单一的石英砂。混合酸浸法是将不同的酸混合在一起，协同去除石英砂中的各类杂质，去除效率更高，产品纯度也较好。酸浸法常用的酸类包括硫酸、盐酸、硝酸和氢氟酸等，亦有采用对环境危害较小的草酸进行除铁。影响酸处理效果的主要因素包括石英砂粒度、酸的浓度、温度、时间以及各类酸的混合比例、投放时间等。
(7)微生物法除铁
微生物法除铁是最新发展起来的一种技术，目前处于实验室和小型试验的研究阶段。国外的研究报告指出，他们试验了细菌和霉菌等微生物对石英砂进行除铁取得了较好的效果，黑曲霉菌除铁效果最佳，它产生一种主要成分为柠檬酸和草酸的细菌培养液，在二段选矿中，石英砂在90℃温度下用培养液浸虑，可使石英砂中Fe2O3的含量降至0.012%，非常适合生产优质玻璃。
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