中國粉體網訊 石英砂中含鐵雜質的存在大大降低了石英砂的使用價值，影響產品的質量，例如在玻璃生產中，含鐵雜質對玻璃的生產和質量都會產生較大的危害，特別是對玻璃熔制過程中的熱力學性質和玻璃成品的透光性。因此，石英砂除鐵技術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。石英砂鐵雜質存在的狀態(tài)有：伴生的黏土中鐵雜質及伴隨重礦物質、顆粒表面的泥質和薄膜鐵、石英砂顆粒內部鐵雜質及分布于晶體中的原生包裹體等幾種形式。石英砂的加工生產過程中要針對不同的鐵雜質存在形式進行除鐵工藝的選擇才能保證鐵含量的控制標準。
目前，石英砂除鐵工藝一般先把原料進行水洗脫泥，再通過選擇機械擦洗、磁選、超聲波、浮選、酸浸、微生物等方法，除去石英砂中的鐵質，提高石英砂的工業(yè)價值。
機械擦洗除鐵
機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薄膜及吸附在石英砂表面的含鐵礦物，進而達到除鐵的目的。機械擦洗工藝包括棒磨擦洗和傳統(tǒng)機械擦洗兩類。
對于機械擦洗，一般認為影響擦洗效果的因素主要是擦洗機的結構特點和配置形式，其次為工藝因素，包括擦洗時間和擦洗濃度。
機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到產品質量要求為基準，不宜過長，因為時間過長，會加大設備磨損，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力擦洗，配合適當的工藝和設備，采用棒磨擦洗效果會更好，因為加藥可以增大雜質礦物和石英顆粒表面的電斥力，增強雜質礦物與石英顆粒相互間的分離效果。
總體而言，機械擦洗除鐵工藝是目前應用最為廣泛的石英砂除鐵工藝，其具有質量好、產量大、成本低廉、操作簡單的特點，能夠滿足浮法玻璃對優(yōu)質硅砂的要求，是小規(guī)模生產加工企業(yè)的首選。
磁選除鐵
石英砂中主要礦物——石英，是反磁性物質，在磁場中不能被磁化。而石英砂中含鐵的雜質礦物：赤鐵礦、褐鐵礦、磁鐵礦、針鐵礦等，大部分都是磁性物質，在磁場中可以被磁化。磁選工藝正是利用這一性質上的差異，通過磁選除去石英砂中的這些含鐵雜質礦物。
磁選分為干選和濕選。濕式強磁選存在磁選機耗電量大、介質易磨損、生產用水量大、運行和維修成本高等缺陷。干式強磁選工藝操作方便，運行和維修成本比濕式低。
濕式強磁選機可以最大限度地清除包括連生體顆粒在內的赤鐵礦、褐鐵礦和黑云母等弱磁性雜質礦物。一般而言，對含雜以弱磁性雜質礦物為主的石英砂，利用濕式強磁機在10000奧斯特以上可以選出；對含雜質以磁鐵礦為主的強磁性礦物，則采用弱磁機或中磁機進行選取效果比較好。
濕式強磁選機除鐵效果受給料量、沖洗水量、磁場強度等參數影響，其中以磁場強度影響最大。另外，磁選次數越多，石英砂粒度越細，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生體形式產出的磁性礦物，如赤鐵礦、褐鐵礦和黑云母等，但是對于表面吸附的鐵質薄膜，該種方法的效果并不理想。
浮選除鐵
根據不同礦物密度及物理性質的差異，可以利用浮選法來降低石英砂中雜質鐵的含量。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，在強酸性條件下采用胺類陽離子捕收劑進行浮選。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生定位吸附，降低表面負電性，而且可活化長石和云母。
根據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、指標穩(wěn)定，但其污染較為嚴重，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，但強酸提高了浮選設備的腐蝕損耗；第三種方法是無氟無酸法，這種方法技術要求較高，工藝流程復雜，目前應用較少。
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），其它雜質礦物能被酸溶解的特點，從而達到對石英砂的進一步提純。酸浸法不僅僅能將鐵質從石英砂中去除，同時對非金屬雜質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比較單一的石英砂。混合酸浸法是將不同的酸混合在一起，協(xié)同去除石英砂中的各類雜質，去除效率更高，產品純度也較好。
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對雜質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，對設備的腐蝕加劇，而且同樣會使SiO2產量降低。
酸浸溫度對石英中雜質的除去率影響較大。溫度越低，反應速度越慢，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生影響。
當經一次酸浸后產品中雜質含量達不到要求還可以進行二次酸浸和多次酸浸，直到雜質鐵的含量達到要求為止。
一般來說使用硫酸、鹽酸、硝酸和氫氟酸費用高，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)點在于，浸出時形成了可溶性絡合物，該絡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到平均粒徑20μm左右，處理礦石三小時以上，除鐵率可達80~100%。經過酸浸處理后，可獲得SiO2純度達99.99％，Fe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)生空化過程中產生沖擊波，沖擊波使得石英砂顆粒表面的含鐵雜質脫離進入溶液，達到除鐵的目的。
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生的空化效應，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，促進雜質與酸充分反應形成穩(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、精密硅產業(yè)領域。
有研究發(fā)現：1）用超聲波清洗技術生產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、攪拌機的轉速、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。它是一種利用微生物的生理機能及其代謝產物經氧化、溶解及分解等作用使石英砂表面的雜質成分與石英母體分離的新型提純方法。
研究結果表明，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。
實驗指出，細菌與霉菌聯合培養(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，浸出效率低等缺點制約了在工業(yè)上的應用。
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
趙亮等，石英砂粒度對超聲波除鐵效率的影響，安徽科技學院
范培強等，國內高純石英砂選礦與深加工研究現狀，昆明理工大學
（中國粉體網編輯整理/平安）
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