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    未來機械教你石英石除鐵的六種方法

    所屬分類:新聞資訊 發布時間:2023-03-28 瀏覽次數:844

    石英砂屬非金屬礦物,用途非常廣泛,在玻璃制品、建材、防水防腐材料等傳統領域及高新技術產業(如:電子材料、光纖通訊、SiO2薄膜材料等)領域都有應用。其中高新技術產業是新興產業,發展前景高,但是該領域對石英砂的純度要求非??量?,一般要求SiO2含量大于99. 99% ,雜質尤其是鐵的雜質被限制在很低的范圍內,這樣才能提高其使用價值,因此石英砂除鐵很有必要。

    一、石英砂中鐵雜質的存在形式

    石英砂中鐵雜質賦存形式較為復雜多樣,或存在于粘土或長石等礦相中,或以氧化鐵、含鐵礦形式附著于顆粒表面,或賦存于石英顆粒內部。

    (1)存在于黏土礦物中

    在某些出露地表的沉積砂礦床中,含有較多的風化黏土。這種黏土是由長石、石灰石、頁巖等風化而成的,黏土的成分是含有云母、石英、褐鐵礦、綠泥石、方解石和角閃石混合物的天然水成礬土硅酸鹽。其粒度很細,主要是由10μm以下的顆粒組成。

    (2)存在于重礦物及磁性礦物中

    重礦物系指相對密度大于2.9的礦物。這些礦物中大部分都具有磁性或弱磁性,鐵是這些礦物中的基本組成元素。所以我們也可以將它們稱為是存在于單體礦物中,如磁鐵礦、赤鐵礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦、鈦鐵礦、鉻鐵礦、鐵橄欖石、褐橄欖石、褐鐵礦、等。

    (3)存在于輕礦物中

    輕礦物主要指長石(通常為正長石或微斜長石)。長石中的氧化鋁有時被氧化鐵取代,其量可達0.5%-0.7%。此外,還有高嶺石、白云母、方解石、白云石等。在這些輕礦物中,鐵是以類質同象形式進入晶格中,由于它們的密度與石英十分接近,所以分離它們相當困難。

    (4)存在于薄膜鐵中

    石英砂中的石英顆粒,在純凈的情況下呈白色,受到污染后呈現灰色、褐色、黃色甚至紅色等。例如黏土可使之呈灰色或黃色,金屬礦物和其他暗色礦物能使之呈灰色,薄膜鐵使之呈黃色或紅色。我們平常見到的大都是受到污染的石英砂。

    從成分上說,石英顆粒的污染主要是鐵質污染和泥質污染。前者是指鐵的氧化物或氫氧化物對石英顆粒的污染。后者是指一系列層狀構造的鋁硅酸鹽的黏土類礦物污染。

    從成因上說,可分為原生污染和次生污染。原生污染是指由礦染作用而導致的在某一礦物表面或內部被它種礦物污染的現象。礦染作用是在成礦過程中某種礦物以微?;虮∧町a于它種礦物內部或表面的現象,是與成礦過程密切相關的。還有因吸附作用而導致的在石英顆粒表面被它種礦物(或離子)污染的現象,稱為次生污染。

    石英顆粒受黏土礦物污染是與石英表面凹陷及縫隙以及黏土的可塑性相關的。這種附于石英顆粒表面的黏土質比較容易去除,因為它們黏結并不牢固。而石英顆粒表面氧化鐵薄膜卻很難消除,這是因成礦作用造成的。實際上,所謂薄膜鐵主要是指這種情況。

    (5)存在于連生體或晶格中

    石英砂中的各種礦物基本上可以認為已經處于單體解離狀態,故無需再施破碎,但石英顆粒與其他含鐵礦物連生在一起的情況仍然存在。這些連生體多數是暗色礦物,它們有的包裹在石英顆粒內部,有的鍍嵌在石英顆粒的邊緣,成為礦物集合體,所謂包裹鐵主要是指這種情況。

    二、六種石英砂除鐵方法

    1、機械擦洗除鐵

    機械擦洗是借助機械外力和砂粒問的碰撞與摩擦來除去石英砂表面的薄膜鐵及粘附在石英砂表面的含鐵礦物。目前,擦洗技術主要是棒磨擦洗和機械擦洗。對于機械擦洗,一般認為影響擦洗效果因素主要是擦洗機的結構特點和配置形式,其次為工藝因素,包括擦洗時間和擦洗濃度。機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。

    與其它除鐵工藝相比較該方法有以下特點:

    1)產品質量好、可以達到浮法玻璃對優質硅砂的質量要求;

    2)產量大?,F在一些小規模的生產企業和加工企業使用這種方法除鐵的較多,因為它成本低操作簡單,但除鐵率相對較低。

    2、磁選除鐵

    石英砂中主要礦物—石英,是反磁性物質,在磁場中不能被磁化。而石英砂中含鐵的雜質礦物:赤鐵礦、褐鐵礦、磁鐵礦、針鐵礦等,大部分都是磁性物質在磁場中可以被磁化。在磁選工藝上就是利用這一性質上的差異,通過磁選除去石英砂中的這些含鐵雜質礦物。為了達到除去含鐵礦物目的,使磁性礦物與非磁性礦物分離,作用在磁性礦物上的磁力必須滿足如下條件:作用于磁性礦粒上的磁力大于作用于磁性礦粒上的所有機械力的合力。

    磁選分為干選和濕選。把干選和濕選兩種工藝進行比較發現,濕式強磁選存在磁選機耗電量大、介質易磨損、生產用水量大、運行和維修成本高等缺陷。干式強磁選工藝操作方便,運行和維修成本比濕式低。

    在磁選工藝中,濕式強磁選機可以最大限度地清除包括連生體顆粒在內的赤鐵礦、褐鐵礦和黑云母等弱磁性雜質礦物。一般而言,對含雜以弱磁性雜質礦物為主的石英砂,利用濕式強磁機在10000奧斯特以上可以選出;對含雜質以磁鐵礦為主的強磁性礦物,則采用弱磁機或中磁機進行選取效果比較好。在生產中采用濕式強磁選機最佳可獲得Fe2O3為0.036%的優質石英砂精礦。濕式強磁選機除鐵效果受給料量、沖洗水量、磁場強度等參數影響,其中以磁場強度影響最大。另外,磁選次數越多,石英砂粒度越細,除鐵效果越好。

    3、超聲波除鐵

    超聲波是一種依靠媒質來傳播的高頻率(頻率大于20000Hz)聲波,它具有機械能,在傳播的過程中會與媒質發生相互作用,產生機械效應、熱效應及空穴效應。當超聲波在水(或溶液)中發出時,會產生許多壓縮、膨脹區域,導致了無數微氣泡(空化泡)的形成和破裂,這種情況被稱為空化現象。在空化過程中,液體內部壓強發生突變,從而伴有沖擊波,其壓力可達幾千至幾萬個大氣壓。在這種沖擊波的作用下,粘附在顆粒表面的含鐵雜質便從顆粒表面脫落下來進人液相,從而達到除鐵的目的。

    超聲波除鐵與機械擦洗相比此法不僅可消除礦物表面雜質,而且可以清除顆粒解理縫隙處的雜質,因而,其除鐵效果更好。超聲波除鐵對于硅砂這種廉價資源來說,目前還顯得比較昂貴,在大型選礦廠應用仍有困難,但用于那些要求純度高、用量少的生產領域是可能的。

    4、浮選除鐵

    浮選法主要是用來分離石英砂中的長石,也可用來除去石英砂中的云母等粘土礦物以及次生鐵。最典型工藝是以氫氟酸為活化劑,在強酸性下(pH?2~3)采用胺類陽離子捕收劑進行浮選。浮選鐵時,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,H2SO4不僅可以在被浮的長石表面產生定位吸附,降低表面負龜性,而且可活化長石和云母。

    浮選法可分為3種:

    第一種是有氟有酸法。這種方法因其浮選效果好、容易控制、指標穩定而被廣泛采用。但氟離子對土地的侵蝕作用及對周同生態環境的破壞很大。

    第二種是無氟有酸法。這種方法的最大優點是避免使用對環境有破壞性作用的氟離子,生產指標穩定,但強酸對選礦設備的腐蝕作用不容忽視。對浮選設備有較高要求。

    第三種是無氟無酸法。在自然pH條件下,通過對陰陽離子捕收劑的合理調配,創造一個獨特的高濃度礦漿浮選環境,達到優先浮選雜質礦物的目的。但由于這種方法對原砂處理及礦漿環境有較嚴格的要求,生產上不容易控制,目前未能得到廣泛應用。浮選法對去除賦存于重礦物中的鐵效果很好,美國硅砂選礦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。該工藝對擴大我國石英砂資源的利用范圍起到了積極的作用。

    5、酸浸除鐵

    酸浸除鐵是利用石英不溶于酸(HF除外),含Fe的雜質礦物能被酸液溶解的特點,從而可以實現從石英砂中除去含鐵礦物的目的。酸浸法不僅可以從石英砂中除去含鐵礦物,對石英中的非金屬雜質礦物均有良好的去除效果。

    6、生物除鐵

    用微生物浸除石英砂顆粒表面的薄膜鐵或浸染鐵是新近發展起來的一種除鐵技術,目前處于實驗室和小型試驗的研究階段。據國外研究結果表明,黑曲霉菌、青霉菌、梨形毛菌、假單胞菌類、桿菌類、多粘芽胞桿菌、乳酸小球菌等微生物對石英表面氧化鐵進行浸除時,均取得了較好的效果,其中以黑曲霉素菌浸除鐵效果最佳,Fe2O3的去除率最高達88.8%,石英砂中Fe2O3的品位低達0.008%。研究還發現用細菌和霉菌預先栽培好的培養液浸出鐵的效果更好。厭氧菌種分解鐵的速率比需氧菌種要慢些。不同氧化鐵礦物的細菌浸出靈敏性不同,從褐鐵礦中溶解鐵比從針鐵礦中要慢,但是比從赤鐵礦中要快得多。值得指出的是,浸出后的最終鐵含量與浸出前最初的鐵含量無關,而與鐵在礦物原料中的存在形式有關。只有不位于礦物晶格點陣中的鐵才能通過此方法除掉。


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