石英砂除铁:石英砂中的铁有哪些存在形式?如何去除?

发表于:2023-03-21 17:58:25 浏览次数:
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在全球范围内大力推进“碳中和”的背景下,石英砂不仅在传统制造业得到广泛应用,近年来逐渐在新能源产业和高新技术产业崭露头角。然而,越是高新技术行业,对石英砂的纯度要求就越高。例如,光伏玻璃石英砂的产品要求是:SiO2含量大于99. 99% ,铁杂质<0.5%。而石英砂中铁的存在形式是多种多样的,如何通过技术手段进行石英砂除铁,才能达到如此高的纯度呢?别着急,下面就对石英砂中铁的存在形式,以及石英砂除铁方法做简要介绍。

石英砂除铁

石英砂中铁的存在形式有哪些?

铁杂质在石英砂中的存在形式在行业内通俗来说有两种情况,即砂包铁和铁包砂。“铁包砂”即铁在砂的表面,“砂包铁”即铁被砂包裹在内部或存在于石英晶格中。一般来讲,铁包砂的情况下,除铁会比较容易,砂包铁的情况下,除铁会比较难。

一般来说,石英砂中铁的含量会随着粒度的降低而上升,这是因为,粒度较小的石英砂颗粒中含有的重矿物和长石较多,这些物质都不耐风化。

铁杂质具体的存在形式主要有以下五种:

1、存在于黏土矿物中

在出露地表的矿床中,含有较多的风化黏土,这种黏土的颗粒粒度一般小于10μm,主要成分有石英、云母、褐铁矿、方解石和绿泥石混合物等。

2、铁杂质存在于重矿物及磁性矿物中

重矿物是指密度>2.9的矿物,以及具有磁性或弱磁性的矿物,铁是这些矿物的基本组成元素。

3、铁杂质存在于轻矿物中

轻矿物主要指长石(通常为正长石或微斜长石)。长石中的氧化铝有时被氧化铁取代,其量可达0.5%-0.7%。此外,还有高岭石、白云母、方解石、白云石等。在这些轻矿物中,铁是以类质同象形式进入晶格中,由于它们的密度与石英十分接近,所以分离它们相当困难。

4、铁杂质存在于薄膜铁中

高纯石英砂的颜色为纯白色,如果收到污染,则会呈现出褐色、灰色、黄色,甚至是红色。这种被污染的石英砂,以铁质污染和泥质污染为主。在成矿过程中,某种矿物以薄膜或微粒状产生与石英矿物内部或者表面,这种成矿过程中产生的污染很难去除,薄膜铁就是这种情况。

5、铁杂质存在于连生体或石英晶格中

这种就属于上面我们说的砂包铁的情况,这种铁杂质很难去除。石英砂中的不同矿物基本上处于单体解离的状态,但是仍然有一部分石英砂与铁的连生体存在。这种连生体呈现为暗色矿物,有的铁包裹在颗粒内部,有的镶嵌在颗粒边缘,成为矿物集合体(即包裹铁)。

石英砂中的铁如何去除?

对于铁的几种赋存状态,包裹铁是无法去除的。假如要去除,需要进一步降低其粒度,使呈单体解离状态,但这与石英砂应用的粒级要求不一致。

从石英砂中除铁提纯有很多方法,但有一些目前只在试验室范围获得成功,尚未应用于工业生产。目前,石英砂除铁方法可分为三大类:

物理一机械法、化学法和微生物选矿法。

1、物理一机械方法

物理一机械方法主要有擦洗、重选、浮选、超声波选矿、磁选和水洗等,这些方法主要处理粗粒杂质。

(1)水洗和分级脱泥

因石英砂的粒度一般大于黏土矿物的粒度,简单的水洗就可以去除石英砂中的粘土矿物。同时,随着石英砂颗粒变细,颗粒中的重矿物和长石含量较大,它们不像石英那样耐风化,铁质和铝质等杂质品位反而上升,Si02的品位随之降低,故石英砂的水选和分级脱泥,不仅可去除黏土矿物,而且还除去0. 1mm以下的细粒矿物。但对于石英砂表面的薄膜铁难以去除。

(2)磁选

磁选法的优点是选择性强,在保持有效地去除杂质的同时,还能获得很高的石英砂产量。去除的杂质主要有以磁铁矿为主的强磁性矿物和以赤铁矿、褐铁矿和黑云母等为主的弱磁性杂质矿物。

对于强磁性杂质的矿物,采纳弱磁机或者中磁机进行磁选;对于弱磁性杂质矿物,常选用在106e以上的强磁机。不过石英砂中的强磁性矿物含量是很少的,几乎很少有哪个砂矿可以用弱磁机来降低铁含量,所以,适用于石英砂选矿的一般为强磁选机。

(3)擦洗

目前,擦洗主要有搅拌擦洗和棒磨擦洗。搅拌擦洗重要依靠叶片的猛烈搅拌造成颗粒之间的摩擦。其影响擦洗效果的重要因素是搅拌设备的结构和配置,以及工艺流程中的擦洗浓度和擦洗时间。

因其影响因素太多,同时砂子的强磨性,对设备的耐磨性提出了很高的要求。故搅拌擦洗的提纯效果不太理想。

然而与搅拌擦洗相比,棒磨擦洗不仅可以去除石英砂表面的杂质,而且可去除不均匀处及微小缝隙处的杂质,几乎是搅拌擦洗的两倍,然而对于石英砂表面的薄膜铁难以去除,故它只是

石英砂预处理的一种方法。

2、化学方法

化学方法处理重要用无机酸或还原剂来处理,适合于获得较高的提纯效果。酸浸及酸洗是一般化学处理方法。酸浸法可分为冷酸浸法和热酸浸法,常用酸类有盐酸、硫酸和氮氟酸,这些酸对石英砂中的金属杂质矿物均有较好的去除效果,特别对Fe和Al的去除效果明显。

影响酸浸提纯效果的重要因素是酸的构成、酸的浓度及用量、温度、时间等。经过酸浸,可得到纯度达99.99%的高纯石英砂甚至超高纯石英砂。

络合法是利用石英砂在酸浸过程中,酸能与杂质离子形成络合物再溶于水,从而达到提纯效果。络合法常用的酸类重要是草酸和醋酸。

国外曾报道过,F维格里奥等人使用草酸作浸出剂来除去石英砂中的铁杂质,石英砂中的Fe203含量从110ppm降低至1Oppm.其除铁率达到80-90%以上,不过其对石英砂的粒度有肯定的要求(平均粒径20um)。

3、生物法

微生物法除铁是新晋的一种技术,目前处于试验室和小型试验的讨论阶段。保加利亚S. N. Grudev等人的报告指出,他们试验了细菌和霉菌等微生物对石英砂进行除铁取得了较好的效果,黑曲霉菌除铁效果最佳,重要它产生一种重要成分为柠檬酸和草酸的细菌培育液,

在二段选矿中,石英砂在90℃温度下用培育液浸虑,可使石英砂中Fe203的含量降至0.012%,特别适合生产优质玻璃。

石英砂的提纯技术除了常见的几种外,还有静电提纯技术,辐射提纯技术等。静电提纯技术是以矿物的不同电导率为基础进行提纯,主要是为分别长石和石英。辐射提纯技术是以矿物中的一些元素的特别性质,作为一种新方法,特别适用于块状物的分选。

以上为您简要介绍了石英砂中铁杂质的赋存形式,以及石英砂除铁常用的几种方式。在实际生产中,应结合石英砂的具体情况,选择其中一种或几种方法联合,进而将铁杂质含量控制得更低,才能得到我们想要的高纯、超纯石英砂。


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