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石英砂常见的七种除铁方法



时间:作者:泗水鲁润环保材料有限公司 点击: 200

  石英砂中的铁杂质主要以白云母、黄铁矿和铁的氧化物等多种形式存在,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。那么铁杂质的来源有哪些了?有哪些方法可以去除铁杂质了?

  铁杂质的来源有哪些?

  石英中铁的来源主要有两方面:一是石英本身带有的杂质,可能是在常年累月在石英上衍生出的;二是外界混进来的铁。可分为以下几类:

  (1)石英表面的形成的氧化铁:石英在纯净的情况下是白色,受到污染后呈现灰色、褐色、黄色甚至红色等。氧化铁使石英砂表面为黄色或红色。

  (2)石英矿附着的矿泥中的铁:矿泥中的其他矿物质可能带有铁杂质。

  (3)石英砂内部的包裹体:是在常年累月中形成的。

  哪些方法可以去除铁杂质

  石英砂提纯是除去石英中少量或微量杂质,获得精制石英砂或高纯石英的高难度分离技术,近年来,国内外对石英提纯工艺研究主要围绕以下几个方面进行:

  (一)水洗、分级脱泥

  石英中的SiO2的品位随着石英粒度的变细而降低,铁质和铝制等杂志矿物的品位则正好相反,这种现象在含有大量粘土性质矿物石英中尤为明显。所以在入选前对石英原矿进行水选,分级脱泥是非常必要的,而且效果也是较为明显的。如江苏宿迁马陵山矿石英原矿化学组成为:SiO279.38%、Fe2O3 1.68%、AL2O311.28%,其粒度组成中-0.1mm粒级含量为27.65%。在对原矿进行预选水洗、分级脱泥后,SiO2的品位上升到86.36%,Fe2O3降低至0.49%,AL2O3降低至6.79%,除杂提纯效果较为显著。水洗、分级脱泥作为一种矿石入选前的预处理方法,应用的较早也很普遍,但对于存在于石英表面的薄膜铁和粘连性杂质矿物,其脱除效果尚不显著。

  (二)擦洗

  擦洗是借助机械力和砂粒间的磨剥力来除去石英砂表面的薄膜铁、粘结及泥性杂质矿物和进一步擦碎未成单体的矿物集合体,再经分级作业达到石英砂进一步提纯的效果,目前,主要有棒摩擦洗和机械擦洗两种方法,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,研究表明,砂矿擦洗浓度在50%-60%之间效果好,而且在一定程度上反而加大了石英提纯的难度;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。由于对于某些石英矿,机械擦洗擦除效果不太理想,因此,在我国棒磨擦洗工业应用较为普遍和相对成熟。如对某地石英原矿经水洗、分级脱泥后+0.3mm以上的石英砂进行棒磨擦洗,结果表明,经磨矿擦洗后,Fe2O3从0.19%降低到0.10%,铁的去除率达47.4%。我们在对云南某地石英采用加药效率高强力擦洗,配合适当的工艺和设备,结果发现比采用棒磨擦洗效果好,棒磨擦洗后收率为49%,而加药效率高强力擦洗回收率为73%。加药的目的是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。

  (三)磁选

  磁选工艺的采用,可以大限度的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。强磁选通常采用湿式强磁选机或高梯度磁选机。一般而言,对杂质以褐铁矿、赤铁矿、黑云母等弱磁性杂质矿物为主的石英,利用湿式强磁机在10000奥斯特以上可以选出;对含杂以磁铁矿为主的强磁性矿物,则采用弱磁机对或中磁机进行选别效果比较好,上村宏﹒田渊平次采用强磁机对濑户石英砂进行了实验条件研究,结果表明,磁选数和磁场强度选除铁效果有重要影响,随磁选次数的增加,含铁量逐渐减少,而一定的磁场强度下可除去大部分的铁质,但此后磁场强度即使提高很多,除铁率也无多大变化。另外,石英砂粒度越细,除铁效果越好,其原因是细粒石英砂中含铁杂质矿物量高的缘故。当石英砂原砂中含杂质矿物较多时,仅采用擦洗、脱泥和磁选是不能将石英砂提纯成高纯砂的,为了进一步提高石英的纯度和降除杂质。

石英砂

  (四)超声波除铁

  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。在处理十分钟时,除铁率一般可达46%-70%。在采用超声波除铁应注意及时排除废液,防止因二次粘附而降低除铁效果。超声波清洗与化学药剂(分散剂)相结合,除铁率可以提高15-30%。超声波除铁对于硅砂这种廉价资源来说,目前还显得比较昂贵,在大型选矿厂应用仍有困难,但用于那些要求纯度高、用量少的生产领域是可能的。

  (五)浮选

  考虑到含氟废水对环境的严重影响,国外于70年代出现了“无氟有酸浮洗法”如日本在实现长石与石英的分离中,采用硫酸或盐酸(PH=2)调浆,加高级脂肪族胺盐和石油磺酸钠混合捕收剂浮选获得成功,无氟无酸浮选法是近年来大力开发的石英长石浮选分离新工艺,唐甲莹等从1984年开始研究阴阳离子混合捕收剂浮选分离新工艺,该方法是在自然中性介质中,利用石英、长石结构组成的差异,合理调配阴阳离子捕收剂的配比,优先浮选出长石,实现二者的分离。但无氟无酸浮选法不如HF法和酸法成熟,目前尚未见到工业生产的应用的报道,云母与石英的等电点相近,分选难度大,采用酸性条件下阴离子捕收剂,或在碱性条件下阴-阳离子捕收剂两种方法浮选,可获得很好的效果。一般而言,经过擦洗、脱泥、磁选和浮选后,石英的纯度可达到99.3%-99.9%,基本上满足工业用砂的需求。

  (六)酸浸

  酸浸是利用石英不溶于酸(HF除外),其他杂质矿物能被酸液溶解的特点,从而可以实现对石英的进一步提纯。酸浸常用酸类有硫酸、盐酸、硝酸和氢氟酸等;还原剂有亚硫酸及其盐类等。研究发现,上述酸类对石英中的非金属杂质矿物均有良好的去除效果,但对不同的金属杂质,酸的种类及其浓度影响较为显著,一般认为各种稀酸对Fe和Al的去除均有显著效果,而对Ti和Cr的去除效果则采用较浓的硫酸、王水或HF进行酸浸处理。通常使用上述酸类组成的混合酸进行杂质矿物的酸浸脱除,考虑到HF对石英的溶解作用,故HF浓度一般不超过10%。除酸的浓度外,酸的用量、酸浸时间、温度及矿浆搅拌均可以影响石英酸浸效果。酸浸各种因素的控制应根据石英终品位要求,尽量降低酸的浓度,温度和用量,减少酸浸时间,以实现在较低的选矿成本下进行石英提纯。在一些欧美由于对石英中铁的要求比较严格,故比较系统的研究了石英酸浸提纯处理,并建立了酸浸的石英选矿提纯厂。经过酸浸处理后的石英,可获得纯度达99.99%的高纯石英。

  (七)微生物浸出

  用微生物浸除石英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,据国外研究结果表明,用黑曲霉素、青霉、假单胞菌、多粘菌素、杆菌等微生物对石英表面薄膜铁进行浸除时,均取得了良好的效果,其中以黑曲霉素浸除铁效果佳,Fe2O3的去除率多 在75%以上,精矿Fe2O3的品位低达0.007%。并且,发现用大多细菌和霉菌预先栽培好的培养液浸出铁的效果更好,就像其他菌种一样是由于他们的可溶性代谢物的作用。目前微生物除铁处于实验室研究阶段,规模化工业的生产尚需作进一步的实验研究。

  综上所述,不管是那种除铁方法,在石英砂提纯的整个工艺过程中,都有不可替代的作用。在实际应用中,往往是先用物理方法作预处理,如水洗和分级脱泥、擦洗、磁选、浮选和超声波法,除去大部分的杂质,再进行化学方法即酸浸法和络合法,进一步除去石英砂中的微量杂质。但是化学方法所使用的酸液对环境有着严重的污染,这就需要我们寻求一种新的、无污染的提纯方法并结合化学、物理、机械化学、电磁(波)化学等专业知识,研究高纯石英砂的提纯技术是今后重要的经济效益和社会效益。尤其是随着微电子、光电等行业的发展,高纯石英砂的优良性能是其他粉末无法替代的,市场前景即为广阔。