石英砂又称硅砂,是一种应用领域十分广泛的非金属矿物原料。在石英砂中,主要矿物是石英,另外还常含有一些其它杂质矿物,其中含铁元素的杂质矿物有:针铁矿、赤铁矿、褐铁矿、钛铁矿、磁黄铁矿、电气石、角闪石、黑云母等。这些含铁杂质或镶嵌于石英颗粒中,或附于石英表面。由于这些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。
石英砂除铁方法
1 机械擦洗除铁
机械擦洗是借助机械外力和砂粒间的碰撞与摩擦来除去石英砂表面的薄膜铁及粘附在石英砂表面的含铁矿物 ,从而达到除铁的目的。目前 ,擦洗技术主要是棒磨擦洗和机械擦洗。对于机械擦洗, 一般认为影响擦洗效果的因素主要是来自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。
2 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。在磁选工艺上就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。
3 超声波除铁
超声波是一种依靠媒质来传播的高频率 (频率大于 20000Hz)声波,它具有机械能,在传播的过程中会与媒质发生相互作用,产生机械效应、热效应及空穴效应。当超声波在水 (或溶液 )中发出时 ,会产生许多压缩 、膨胀区域 ,导致了无数微气泡(空化泡 )的形成和破裂 ,这种情况被称为空化现象 。在空化过程中,液体内部压强发生突变 ,从而伴有冲击波,其压力可达几千至几万个大气压。在这种冲击波的作用下, 粘附在颗粒表面的含铁杂质便从颗粒表面脱落下来进入液相 ,从而达到除铁的目的。超声波除铁主要是除去颗粒表面的次生铁薄膜(即“薄膜铁 ”)。铁质薄膜结合牢固, 在选矿中使用的机械擦洗方法不能使其分离出来。用超声波技术处理含 “薄膜铁 ”的天然硅砂具有时间短效率高的特点。
4 浮选除铁
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(pH2～3)采用胺类阳离子捕收剂进行浮选。
浮选法可分为三种:第一种是有氟有酸法。这种方法因其浮选效果好、容易控制、指标稳定而被广泛采用。但氟离子对土地的侵蚀作用及对周围生态环境的破坏很大。第二种是无氟有酸法。这种方法的最大优点是避免使用对环境有破坏性作用的氟离子,生产指标稳定,但强酸对选矿设备的腐蚀作用不容忽视。对浮选设备有较高要求。第三种是无氟无酸法。在自然pH条件下,通过对阴阳离子捕收剂的合理调配,创造一个独特的高浓度矿浆浮选环境 ,达到优先浮选杂质矿物的目的。但由于这种方法对原砂处理及矿浆环境有较严格的要求,生产上不容易控制,目前未能得到广泛应用。
5 酸浸除铁
酸浸除铁是利用石英不溶于酸 (HF除外 ), 含 Fe的杂质矿物能被酸液溶解的特点, 从而可以实现从石英砂中除去含铁矿物的目的。酸浸法不仅可以从石英砂中除去含铁矿物 ,对石英中的非金属杂质矿物均有良好的去除效果。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。利用草酸与矿粒表面的Fe3+反应生成络合物再溶于水,从而达到除铁的目的,但这种情况下铁的溶解机理有别于无机酸对铁矿物的溶解。使用草酸除铁主要优点在于,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。
6 微生物除铁
用微生物浸除石英砂颗粒表面的薄膜铁或浸染铁是新近发展起来的一种除铁技术,目前处于实验室和小型试验的研究阶段。据国外研究结果表明,黑曲霉菌、青霉菌、梨形毛菌等微生物对石英表面氧化铁进行浸除时,均取得了较好的效果。研究还发现用细菌和霉菌预先栽培好的培养液浸出铁的效果更好。厌氧菌种分解铁的速率比需氧菌种要慢些。不同氧化铁矿物的细菌浸出灵敏性不同,从褐铁矿中溶解铁比从针铁矿中要慢,但是比从赤铁矿中要快得多。
结束语
我国不同的行业对石英砂中SiO2和铁元素含量要求不一样。可以根据石英砂的用途、石英岩中SiO2的含量以及生产企业规模大小等因素来选择不同的除铁方法。机械擦洗除铁技术简单,生产量大,但除铁率低。磁选法除铁和浮选法除铁应用的领域广泛,适用于大规模生产,而且除铁效果较好。超声波除铁适用于对产品纯度要求高、用量少的生产企业。酸浸法除铁成本高工艺复杂,但通过酸浸法可获得高纯石英砂,此方法适用于高纯石英砂产品的行业。微生物除铁现在技术还不完善,目前还处于实验阶段。
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