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石英砂中铁的赋存状态和除铁技术进展
来源:中国粉体技术网    更新时间:2015-10-20 07:36:53    浏览次数:
 
       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。

一、铁在石英砂中赋存状态
       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。石英砂中的铁含量会随粒度的降低而上升,这是因为粒度小的颗粒中含重矿物和长石较多,与石英相比,它们不耐风化。由石英砂的具体情况,可以将铁的赋存状态分为5种形式:
(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。

二 石英砂的除铁提纯方法
       对于铁的几种赋存状态,包裹铁是无法分离的。如果要去除,需进一步降低其粒度,使呈单体解离状态,这与石英砂应用的粒级要求不一致。从石英砂中除铁提纯有很多方法,但有一些目前只在实验室范围获得成功,尚未应用于工业生产。目前,石英砂除铁方法可分为三大类:物理-机械方法、化学方法和微生物选矿法。
2.1物理-机械方法
       物理-机械方法主要有擦洗、重选、浮选、超声波选矿、磁选和水洗等,这些方法主要处理粗粒杂质。
(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粘土矿物。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)  磁选


石英砂磁选工艺现场
       磁选法的优点是选择性强,在保持有效地去除杂质的同时,还能获得很高的石英砂产量。去除的杂质主要有以磁铁矿为主的强磁性矿物和以赤铁矿、褐铁矿和黑云母等为主的弱磁性杂质矿物。对于强磁性杂质的矿物,采用弱磁机或者中磁机进行磁选;对于弱磁性杂质矿物,常选用在106e 以上的强磁机。不过石英砂中的强磁性矿物含量是很少的,几乎很少有哪个砂矿可以用弱磁机来降低铁量,所以,适用于石英砂选矿的主要的强磁机。 
(3)  擦洗
       目前,擦洗主要有搅拌擦洗和棒磨擦洗。搅拌擦洗主要依靠叶片的剧烈搅拌造成颗粒之间的摩擦。其影响擦洗效果的主要因素是搅拌设备的结构和配置以及工艺流程中的擦洗浓度和擦洗时间。因其影响因素太多,同时砂子的强磨性,对设备的耐磨性提出了很高的要求。故搅拌擦洗的提纯效果不太理想。然而与搅拌擦洗相比,棒磨擦洗不仅可以去除石英砂表面的杂质,而且可去除不均匀处及微小缝隙处的杂质,几乎是搅拌擦洗的两倍,然而对于石英砂表面 的薄膜铁难以去除,故它只是石英砂预处理的一种方法。
2.2 化学方法
       化学方法处理主要用无机酸或还原剂来处理,适合于获得较高的提纯效果。 酸浸及酸洗是普通化学处理方法。酸浸法可分为冷酸浸法和热酸浸法,常用酸类有盐酸、硫酸和氢氟酸,这些酸对石英砂中的金属杂质矿物均有较好的去除效果,特别对Fe 和Al 的去除效果明显。影响酸浸提纯效果的主要因素是酸的组成、酸的浓度及用量、温度、时间等。经过酸浸,可得到纯度达99.99%的高纯石英砂甚至超高纯石英砂。
       络合法是利用石英砂在酸浸过程中,酸能与杂质离子形成络合物再溶于水,从而达到提纯效果。络合法常用的酸类主要是草酸和醋酸。国外曾报道过,F·维格里奥等人使用草酸作浸出剂来除去石英砂中的铁杂质,石英砂中的 Fe2O3含量从 110ppm 降低至 10ppm,其除铁率达到 80~90%以上,不过其对石英砂的粒度有一定的要求(平均粒径20um)。
2.3 微生物法
       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。保加利亚S.N.Grudev等人的报告指出,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,主要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。

       石英砂的提纯技术除了常见的几种外,还有静电提纯技术,辐射提纯技术等。静电提纯技术是以矿物的不同电导率为基础进行提纯,主要是为分离长石和石英。辐射提纯技术是以矿物中的一些元素的特殊性质,作为一种新方法,特别适用于块状物的分选。
       在实际应用中,只单独使用一种方法就可以达到生产合格石英砂的情况是很少的,往往是物理方法和化学方法相结合,从而达到提纯标准。


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