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石英砂屬非金屬礦物，用途非常廣泛，在玻璃制品、建材、防水防腐材料等傳統(tǒng)領(lǐng)域及高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)（如：電子材料、光纖通訊、SiO2薄膜材料等）領(lǐng)域都有應(yīng)用。其中高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)是新興產(chǎn)業(yè)，發(fā)展前景高，但是該領(lǐng)域?qū)κ⑸暗募兌纫蠓浅？量?，一般要求SiO2含量大于99. 99% ,雜質(zhì)尤其是鐵的雜質(zhì)被限制在很低的范圍內(nèi)，這樣才能提高其使用價(jià)值，因此石英砂除鐵很有必要。

一、石英砂中鐵雜質(zhì)的存在形式

石英砂中鐵雜質(zhì)賦存形式較為復(fù)雜多樣，或存在于粘土或長石等礦相中，或以氧化鐵、含鐵礦形式附著于顆粒表面，或賦存于石英顆粒內(nèi)部。

（1）存在于黏土礦物中

在某些出露地表的沉積砂礦床中，含有較多的風(fēng)化黏土。這種黏土是由長石、石灰石、頁巖等風(fēng)化而成的，黏土的成分是含有云母、石英、褐鐵礦、綠泥石、方解石和角閃石混合物的天然水成礬土硅酸鹽。其粒度很細(xì)，主要是由10μm以下的顆粒組成。

（2）存在于重礦物及磁性礦物中

重礦物系指相對(duì)密度大于2.9的礦物。這些礦物中大部分都具有磁性或弱磁性，鐵是這些礦物中的基本組成元素。所以我們也可以將它們稱為是存在于單體礦物中，如磁鐵礦、赤鐵礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦、鈦鐵礦、鉻鐵礦、鐵橄欖石、褐橄欖石、褐鐵礦、等。

（3）存在于輕礦物中

輕礦物主要指長石（通常為正長石或微斜長石）。長石中的氧化鋁有時(shí)被氧化鐵取代，其量可達(dá)0.5%-0.7%。此外，還有高嶺石、白云母、方解石、白云石等。在這些輕礦物中，鐵是以類質(zhì)同象形式進(jìn)入晶格中，由于它們的密度與石英十分接近，所以分離它們相當(dāng)困難。

（4）存在于薄膜鐵中

石英砂中的石英顆粒，在純凈的情況下呈白色，受到污染后呈現(xiàn)灰色、褐色、黃色甚至紅色等。例如黏土可使之呈灰色或黃色，金屬礦物和其他暗色礦物能使之呈灰色，薄膜鐵使之呈黃色或紅色。我們平常見到的大都是受到污染的石英砂。

從成分上說，石英顆粒的污染主要是鐵質(zhì)污染和泥質(zhì)污染。前者是指鐵的氧化物或氫氧化物對(duì)石英顆粒的污染。后者是指一系列層狀構(gòu)造的鋁硅酸鹽的黏土類礦物污染。

從成因上說，可分為原生污染和次生污染。原生污染是指由礦染作用而導(dǎo)致的在某一礦物表面或內(nèi)部被它種礦物污染的現(xiàn)象。礦染作用是在成礦過程中某種礦物以微?；虮∧町a(chǎn)于它種礦物內(nèi)部或表面的現(xiàn)象，是與成礦過程密切相關(guān)的。還有因吸附作用而導(dǎo)致的在石英顆粒表面被它種礦物（或離子）污染的現(xiàn)象，稱為次生污染。

石英顆粒受黏土礦物污染是與石英表面凹陷及縫隙以及黏土的可塑性相關(guān)的。這種附于石英顆粒表面的黏土質(zhì)比較容易去除，因?yàn)樗鼈凁そY(jié)并不牢固。而石英顆粒表面氧化鐵薄膜卻很難消除，這是因成礦作用造成的。實(shí)際上，所謂薄膜鐵主要是指這種情況。

（5）存在于連生體或晶格中

石英砂中的各種礦物基本上可以認(rèn)為已經(jīng)處于單體解離狀態(tài)，故無需再施破碎，但石英顆粒與其他含鐵礦物連生在一起的情況仍然存在。這些連生體多數(shù)是暗色礦物，它們有的包裹在石英顆粒內(nèi)部，有的鍍嵌在石英顆粒的邊緣，成為礦物集合體，所謂包裹鐵主要是指這種情況。

二、六種石英砂除鐵方法

1、機(jī)械擦洗除鐵

機(jī)械擦洗是借助機(jī)械外力和砂粒問的碰撞與摩擦來除去石英砂表面的薄膜鐵及粘附在石英砂表面的含鐵礦物。目前，擦洗技術(shù)主要是棒磨擦洗和機(jī)械擦洗。對(duì)于機(jī)械擦洗，一般認(rèn)為影響擦洗效果因素主要是擦洗機(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(shí)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。

與其它除鐵工藝相比較該方法有以下特點(diǎn)：

1)產(chǎn)品質(zhì)量好、可以達(dá)到浮法玻璃對(duì)優(yōu)質(zhì)硅砂的質(zhì)量要求;

2)產(chǎn)量大?，F(xiàn)在一些小規(guī)模的生產(chǎn)企業(yè)和加工企業(yè)使用這種方法除鐵的較多，因?yàn)樗杀镜筒僮骱唵危F率相對(duì)較低。

2、磁選除鐵

石英砂中主要礦物—石英，是反磁性物質(zhì)，在磁場(chǎng)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(chǎng)中可以被磁化。在磁選工藝上就是利用這一性質(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。為了達(dá)到除去含鐵礦物目的，使磁性礦物與非磁性礦物分離，作用在磁性礦物上的磁力必須滿足如下條件：作用于磁性礦粒上的磁力大于作用于磁性礦粒上的所有機(jī)械力的合力。

磁選分為干選和濕選。把干選和濕選兩種工藝進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，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。

在磁選工藝中，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(duì)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(duì)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。在生產(chǎn)中采用濕式強(qiáng)磁選機(jī)最佳可獲得Fe2O3為0.036%的優(yōu)質(zhì)石英砂精礦。濕式強(qiáng)磁選機(jī)除鐵效果受給料量、沖洗水量、磁場(chǎng)強(qiáng)度等參數(shù)影響，其中以磁場(chǎng)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。

3、超聲波除鐵

超聲波是一種依靠媒質(zhì)來傳播的高頻率(頻率大于20000Hz)聲波，它具有機(jī)械能，在傳播的過程中會(huì)與媒質(zhì)發(fā)生相互作用，產(chǎn)生機(jī)械效應(yīng)、熱效應(yīng)及空穴效應(yīng)。當(dāng)超聲波在水(或溶液)中發(fā)出時(shí)，會(huì)產(chǎn)生許多壓縮、膨脹區(qū)域，導(dǎo)致了無數(shù)微氣泡(空化泡)的形成和破裂，這種情況被稱為空化現(xiàn)象。在空化過程中，液體內(nèi)部壓強(qiáng)發(fā)生突變，從而伴有沖擊波，其壓力可達(dá)幾千至幾萬個(gè)大氣壓。在這種沖擊波的作用下，粘附在顆粒表面的含鐵雜質(zhì)便從顆粒表面脫落下來進(jìn)人液相，從而達(dá)到除鐵的目的。

超聲波除鐵與機(jī)械擦洗相比此法不僅可消除礦物表面雜質(zhì)，而且可以清除顆粒解理縫隙處的雜質(zhì)，因而，其除鐵效果更好。超聲波除鐵對(duì)于硅砂這種廉價(jià)資源來說，目前還顯得比較昂貴，在大型選礦廠應(yīng)用仍有困難，但用于那些要求純度高、用量少的生產(chǎn)領(lǐng)域是可能的。

4、浮選除鐵

浮選法主要是用來分離石英砂中的長石，也可用來除去石英砂中的云母等粘土礦物以及次生鐵。最典型工藝是以氫氟酸為活化劑，在強(qiáng)酸性下(pH?2～3)采用胺類陽離子捕收劑進(jìn)行浮選。浮選鐵時(shí)，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(shí)，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)龜性，而且可活化長石和云母。

浮選法可分為3種：

第一種是有氟有酸法。這種方法因其浮選效果好、容易控制、指標(biāo)穩(wěn)定而被廣泛采用。但氟離子對(duì)土地的侵蝕作用及對(duì)周同生態(tài)環(huán)境的破壞很大。

第二種是無氟有酸法。這種方法的最大優(yōu)點(diǎn)是避免使用對(duì)環(huán)境有破壞性作用的氟離子，生產(chǎn)指標(biāo)穩(wěn)定，但強(qiáng)酸對(duì)選礦設(shè)備的腐蝕作用不容忽視。對(duì)浮選設(shè)備有較高要求。

第三種是無氟無酸法。在自然pH條件下，通過對(duì)陰陽離子捕收劑的合理調(diào)配，創(chuàng)造一個(gè)獨(dú)特的高濃度礦漿浮選環(huán)境，達(dá)到優(yōu)先浮選雜質(zhì)礦物的目的。但由于這種方法對(duì)原砂處理及礦漿環(huán)境有較嚴(yán)格的要求，生產(chǎn)上不容易控制，目前未能得到廣泛應(yīng)用。浮選法對(duì)去除賦存于重礦物中的鐵效果很好，美國硅砂選礦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(duì)擴(kuò)大我國石英砂資源的利用范圍起到了積極的作用。

5、酸浸除鐵

酸浸除鐵是利用石英不溶于酸(HF除外)，含F(xiàn)e的雜質(zhì)礦物能被酸液溶解的特點(diǎn)，從而可以實(shí)現(xiàn)從石英砂中除去含鐵礦物的目的。酸浸法不僅可以從石英砂中除去含鐵礦物，對(duì)石英中的非金屬雜質(zhì)礦物均有良好的去除效果。

6、生物除鐵

用微生物浸除石英砂顆粒表面的薄膜鐵或浸染鐵是新近發(fā)展起來的一種除鐵技術(shù)，目前處于實(shí)驗(yàn)室和小型試驗(yàn)的研究階段。據(jù)國外研究結(jié)果表明，黑曲霉菌、青霉菌、梨形毛菌、假單胞菌類、桿菌類、多粘芽胞桿菌、乳酸小球菌等微生物對(duì)石英表面氧化鐵進(jìn)行浸除時(shí)，均取得了較好的效果，其中以黑曲霉素菌浸除鐵效果最佳，F(xiàn)e2O3的去除率最高達(dá)88.8%，石英砂中Fe2O3的品位低達(dá)0.008%。研究還發(fā)現(xiàn)用細(xì)菌和霉菌預(yù)先栽培好的培養(yǎng)液浸出鐵的效果更好。厭氧菌種分解鐵的速率比需氧菌種要慢些。不同氧化鐵礦物的細(xì)菌浸出靈敏性不同，從褐鐵礦中溶解鐵比從針鐵礦中要慢，但是比從赤鐵礦中要快得多。值得指出的是，浸出后的最終鐵含量與浸出前最初的鐵含量無關(guān)，而與鐵在礦物原料中的存在形式有關(guān)。只有不位于礦物晶格點(diǎn)陣中的鐵才能通過此方法除掉。