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石英砂问答

什么叫石英砂(石英砂除铁中的“门道”)

发布时间:2023-03-07  人气: 80

石英砂中含铁杂质的存在大大降低了石英砂的使用价值,影响产品的质量,例如在玻璃生产中,含铁杂质对玻璃的生产和质量都会产生较大的危害,特别是对玻璃熔制过程中的热力学性质和玻璃成品的透光性。因此,石英砂除铁技术一直以来都是石英砂矿石加工的重要环节,选择合适的石英砂除铁方法对于有效控制石英砂产品纯度,提升企业利润有着重要的意义。

石英砂中含铁元素的杂质矿物主要包括:针铁矿、赤铁矿、褐铁矿、钛铁矿、磁黄铁矿、电气石、角闪石、黑云母、石榴子石等。石英砂铁杂质存在的状态有:伴生的黏土中铁杂质及伴随重矿物质、颗粒表面的泥质和薄膜铁、石英砂颗粒内部铁杂质及分布于晶体中的原生包裹体等几种形式。石英砂的加工生产过程中要针对不同的铁杂质存在形式进行除铁工艺的选择才能保证铁含量的控制标准。

目前,石英砂除铁工艺一般先把原料进行水洗脱泥,再通过选择机械擦洗、磁选、超声波、浮选、酸浸、微生物等方法,除去石英砂中的铁质,提高石英砂的工业价值。

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。

对于机械擦洗,一般认为影响擦洗效果的因素主要是擦洗机的结构特点和配置形式,其次为工艺因素,包括擦洗时间和擦洗浓度。

机械擦洗的效率随矿浆浓度增加而提高,原因是增加矿浆浓度可以使颗粒之间碰撞的几率增加。研究表明,砂矿擦洗浓度在50%~60%之间效果最好。

擦洗时间原则上以初步达到产品质量要求为基准,不宜过长,因为时间过长,会加大设备磨损,提高能耗和造成选矿提纯成本的增加。

如果采用加药高效强力擦洗,配合适当的工艺和设备,采用棒磨擦洗效果会更好,因为加药可以增大杂质矿物和石英颗粒表面的电斥力,增强杂质矿物与石英颗粒相互间的分离效果。

总体而言,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。

磁选除铁

石英砂中主要矿物——石英,是反磁性物质,在磁场中不能被磁化。而石英砂中含铁的杂质矿物:赤铁矿、褐铁矿、磁铁矿、针铁矿等,大部分都是磁性物质,在磁场中可以被磁化。磁选工艺正是利用这一性质上的差异,通过磁选除去石英砂中的这些含铁杂质矿物。

磁选分为干选和湿选。湿式强磁选存在磁选机耗电量大、介质易磨损、生产用水量大、运行和维修成本高等缺陷。干式强磁选工艺操作方便,运行和维修成本比湿式低。

湿式强磁选机可以最大限度地清除包括连生体颗粒在内的赤铁矿、褐铁矿和黑云母等弱磁性杂质矿物。一般而言,对含杂以弱磁性杂质矿物为主的石英砂,利用湿式强磁机在10000奥斯特以上可以选出;对含杂质以磁铁矿为主的强磁性矿物,则采用弱磁机或中磁机进行选取效果比较好。

湿式强磁选机除铁效果受给料量、冲洗水量、磁场强度等参数影响,其中以磁场强度影响最大。另外,磁选次数越多,石英砂粒度越细,除铁效果越好。

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。

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。浮选法主要是用来分离石英砂中的长石,但也可以用来除去石英砂中的云母等粘土矿物以及次生铁。最典型的工艺流程是以氢氟酸为活化剂,在强酸性条件下采用胺类阳离子捕收剂进行浮选。浮选铁时,NaOH可用来抑制被金属离子活化的石英;浮选长石、云母等粘土矿时,H2SO4不仅可以在被浮的长石表面产生定位吸附,降低表面负电性,而且可活化长石和云母。

根据所采用活化剂的差异,浮选法可划分为三种: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。

浮选法对去除赋存于重矿物中的铁效果很好,美国硅砂选厂采用在酸性条件下,以石油磺酸钠、煤油为捕收剂,分离出黑云母及含铁矿,使Fe2O3含量从0.12~0.18%降至0.06%~0.065%。浮选法除铁工艺简单、成本低、效果好。该工艺对扩大我国石英砂资源的利用范围起到了积极的作用。

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。

在石英砂中由于有害成分是以矿物集合体而不是以纯矿物形态存在,采用混合酸浸出比单一酸的酸浸效果好。各种酸的配比以及加入顺序对杂质矿物的去除也有较大影响。

酸液浓度要适合,酸液浓度过低,耗时长,产量低且除杂效果不好;酸液浓度过高,不但会使成本增加,对设备的腐蚀加剧,而且同样会使SiO2产量降低。

酸浸温度对石英中杂质的除去率影响较大。温度越低,反应速度越慢,需时越长;温度越高,酸的挥发随之加快,从而使酸的用量增加。另外,酸浸时间、矿物粒度及矿浆搅拌均对去除效果产生影响。

当经一次酸浸后产品中杂质含量达不到要求还可以进行二次酸浸和多次酸浸,直到杂质铁的含量达到要求为止。

一般来说使用硫酸、盐酸、硝酸和氢氟酸费用高,而且对环境影响大。用草酸作浸出剂除去石英砂矿物中的铁,其主要优点在于,浸出时形成了可溶性络合物,该络合物在微生物和日光作用下均可被分解。

另外,用草酸除铁对矿石的粒度有一定的要求,一般要求把矿石磨细到平均粒径20μm左右,处理矿石三小时以上,除铁率可达80~100%。经过酸浸处理后,可获得SiO2纯度达99.99%,Fe含量≦235ppm的低铁石英砂。

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,达到除铁的目的。

超声波的主要效果是除去石英砂中包含的次生包裹铁,且超声波对石英砂中的包裹铁的除去效果非常的好。此外,利用超声波在水中传播时产生的空化效应,可以增大石英颗粒与混酸的充分接触,使石英中的Fe能更好地溶解在酸中,促进杂质与酸充分反应形成稳定的化合物从而提高除Fe的效果。但是,超声波除铁工艺方法比较昂贵,多用于高附加值、精密硅产业领域。

有研究发现:1)用超声波清洗技术生产出高纯石英砂必须要加入分散剂。2)利用超声波除铁,为了达到最佳除铁效果,必须综合考虑清洗的条件,如:温度、时间、pH值、浸出剂的浓度、搅拌机的转速、超声波的功率等因素。

微生物除铁

利用微生物除石英砂颗粒表面的薄膜铁或浸染铁是最新发展起来的一种新型除铁技术。它是一种利用微生物的生理机能及其代谢产物经氧化、溶解及分解等作用使石英砂表面的杂质成分与石英母体分离的新型提纯方法。

研究结果表明,黑曲霉素菌、青霉菌、梨形毛菌、假单胞菌类、杆菌类、多粘芽孢杆菌、乳酸小球菌等微生物菌群对石英砂表面氧化铁,具有较好的去除效果。其中以黑曲霉素菌浸除铁效果最佳。

实验指出,细菌与霉菌联合培养液浸除铁效果较好,需氧菌种分解铁速率要快于厌氧菌种,不同菌种对不同种类的铁矿物分解灵敏度存在差异,铁在石英砂中的赋存状态很大程度上决定了微生物除铁的最终效果。

虽然微生物浸出具有更环保、更节能的除杂优势,但是其浸出时间长,浸出效率低等缺点制约了在工业上的应用。

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