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        【原創(chuàng)】探一探石英砂除鐵中的“門道”


        來源:中國粉體網(wǎng)   平安

        [導(dǎo)讀]  選擇合適的石英砂除鐵方法對(duì)于有效控制石英砂產(chǎn)品純度,提升企業(yè)利潤有著重要的意義。

        中國粉體網(wǎng)訊  石英砂中含鐵雜質(zhì)的存在大大降低了石英砂的使用價(jià)值,影響產(chǎn)品的質(zhì)量,例如在玻璃生產(chǎn)中,含鐵雜質(zhì)對(duì)玻璃的生產(chǎn)和質(zhì)量都會(huì)產(chǎn)生較大的危害,特別是對(duì)玻璃熔制過程中的熱力學(xué)性質(zhì)和玻璃成品的透光性。因此,石英砂除鐵技術(shù)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(duì)于有效控制石英砂產(chǎn)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(zhì)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(zhì)存在的狀態(tài)有:伴生的黏土中鐵雜質(zhì)及伴隨重礦物質(zhì)、顆粒表面的泥質(zhì)和薄膜鐵、石英砂顆粒內(nèi)部鐵雜質(zhì)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(chǎn)過程中要針對(duì)不同的鐵雜質(zhì)存在形式進(jìn)行除鐵工藝的選擇才能保證鐵含量的控制標(biāo)準(zhǔn)。

        目前,石英砂除鐵工藝一般先把原料進(jìn)行水洗脫泥,再通過選擇機(jī)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(zhì),提高石英砂的工業(yè)價(jià)值。

        機(jī)械擦洗除鐵

        機(jī)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(zhì)薄膜及吸附在石英砂表面的含鐵礦物,進(jìn)而達(dá)到除鐵的目的。機(jī)械擦洗工藝包括棒磨擦洗和傳統(tǒng)機(jī)械擦洗兩類。

        對(duì)于機(jī)械擦洗,一般認(rèn)為影響擦洗效果的因素主要是擦洗機(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。研究表明,砂礦擦洗濃度在50%~60%之間效果最好。

        擦洗時(shí)間原則上以初步達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量要求為基準(zhǔn),不宜過長,因?yàn)闀r(shí)間過長,會(huì)加大設(shè)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(qiáng)力擦洗,配合適當(dāng)?shù)墓に嚭驮O(shè)備,采用棒磨擦洗效果會(huì)更好,因?yàn)榧铀幙梢栽龃箅s質(zhì)礦物和石英顆粒表面的電斥力,增強(qiáng)雜質(zhì)礦物與石英顆粒相互間的分離效果。

        總體而言,機(jī)械擦洗除鐵工藝是目前應(yīng)用最為廣泛的石英砂除鐵工藝,其具有質(zhì)量好、產(chǎn)量大、成本低廉、操作簡單的特點(diǎn),能夠滿足浮法玻璃對(duì)優(yōu)質(zhì)硅砂的要求,是小規(guī)模生產(chǎn)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(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。磁選工藝正是利用這一性質(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。

        磁選分為干選和濕選。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。

        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。

        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。

        磁選除鐵主要針對(duì)石英顆粒間隙及與石英呈聯(lián)生體形式產(chǎn)出的磁性礦物,如赤鐵礦、褐鐵礦和黑云母等,但是對(duì)于表面吸附的鐵質(zhì)薄膜,該種方法的效果并不理想。

        浮選除鐵

        根據(jù)不同礦物密度及物理性質(zhì)的差異,可以利用浮選法來降低石英砂中雜質(zhì)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(qiáng)酸性條件下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)電性,而且可活化長石和云母。

        根據(jù)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(biāo)穩(wěn)定,但其污染較為嚴(yán)重,對(duì)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(duì)生態(tài)的破壞大大降低,但強(qiáng)酸提高了浮選設(shè)備的腐蝕損耗;第三種方法是無氟無酸法,這種方法技術(shù)要求較高,工藝流程復(fù)雜,目前應(yīng)用較少。

        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。

        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(zhì)礦物能被酸溶解的特點(diǎn),從而達(dá)到對(duì)石英砂的進(jìn)一步提純。酸浸法不僅僅能將鐵質(zhì)從石英砂中去除,同時(shí)對(duì)非金屬雜質(zhì)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(duì)雜質(zhì)比較單一的石英砂;旌纤峤ㄊ菍⒉煌乃峄旌显谝黄穑瑓f(xié)同去除石英砂中的各類雜質(zhì),去除效率更高,產(chǎn)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(duì)環(huán)境危害較小的草酸進(jìn)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?qū)﹄s質(zhì)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(shí)長,產(chǎn)量低且除雜效果不好;酸液濃度過高,不但會(huì)使成本增加,對(duì)設(shè)備的腐蝕加劇,而且同樣會(huì)使SiO2產(chǎn)量降低。

        酸浸溫度對(duì)石英中雜質(zhì)的除去率影響較大。溫度越低,反應(yīng)速度越慢,需時(shí)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(shí)間、礦物粒度及礦漿攪拌均對(duì)去除效果產(chǎn)生影響。

        當(dāng)經(jīng)一次酸浸后產(chǎn)品中雜質(zhì)含量達(dá)不到要求還可以進(jìn)行二次酸浸和多次酸浸,直到雜質(zhì)鐵的含量達(dá)到要求為止。

        一般來說使用硫酸、鹽酸、硝酸和氫氟酸費(fèi)用高,而且對(duì)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(diǎn)在于,浸出時(shí)形成了可溶性絡(luò)合物,該絡(luò)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(duì)礦石的粒度有一定的要求,一般要求把礦石磨細(xì)到平均粒徑20μm左右,處理礦石三小時(shí)以上,除鐵率可達(dá)80~100%。經(jīng)過酸浸處理后,可獲得SiO2純度達(dá)99.99%,F(xiàn)e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(chǎn)生沖擊波,沖擊波使得石英砂顆粒表面的含鐵雜質(zhì)脫離進(jìn)入溶液,達(dá)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(duì)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(shí)產(chǎn)生的空化效應(yīng),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(jìn)雜質(zhì)與酸充分反應(yīng)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(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。

        有研究發(fā)現(xiàn):1)用超聲波清洗技術(shù)生產(chǎn)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(dá)到最佳除鐵效果,必須綜合考慮清洗的條件,如:溫度、時(shí)間、pH值、浸出劑的濃度、攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)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(shù)。它是一種利用微生物的生理機(jī)能及其代謝產(chǎn)物經(jīng)氧化、溶解及分解等作用使石英砂表面的雜質(zhì)成分與石英母體分離的新型提純方法。

        研究結(jié)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(duì)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(shí)驗(yàn)指出,細(xì)菌與霉菌聯(lián)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(duì)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(shì),但是其浸出時(shí)間長,浸出效率低等缺點(diǎn)制約了在工業(yè)上的應(yīng)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(xué)

        趙亮等,石英砂粒度對(duì)超聲波除鐵效率的影響,安徽科技學(xué)院

        范培強(qiáng)等,國內(nèi)高純石英砂選礦與深加工研究現(xiàn)狀,昆明理工大學(xué)

        (中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安)

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        作者:平安

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