中國(guó)粉體網(wǎng)訊 石英砂是重要的非金屬礦物原料，主要成分為SiO2,，是光伏,、半導(dǎo)體、通信,、航空航天等高科技產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)原材料,。石英砂主要通過石英礦物深度提純的方式制備,，石英礦中雜質(zhì)元素會(huì)顯著影響石英產(chǎn)品的性能,，其中鐵等過渡金屬會(huì)影響石英制品的光透過率和電導(dǎo)率。
在石英砂中,，主要礦物是石英,，還含有一些其他雜質(zhì)礦物，其中含鐵元素的雜質(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,。
在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，先把原料進(jìn)行水洗脫泥,，再采用機(jī)械擦洗,、磁選、浮選,、酸浸等工藝來除去石英砂中的鐵元素,，提高石英砂的使用價(jià)值。
1機(jī)械擦洗
機(jī)械擦洗是用機(jī)械力和砂粒之間的剝離力去除石英砂表面的雜質(zhì)鐵,、粘結(jié)和礦物泥,。擦洗使石英砂礦物前期可以有效地排出一部分雜質(zhì)，清潔石英砂顆粒的表面,，從而順利進(jìn)行后面的提純工作,。機(jī)械擦洗工藝包括棒磨擦洗和傳統(tǒng)機(jī)械擦洗兩類,，擦洗機(jī)的結(jié)構(gòu)和配置形式、擦洗工藝等因素共同控制了石英砂的除鐵效果,。
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(jiǎn)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,。
2磁選
石英砂中含鐵的雜質(zhì)礦物具有可磁化的特性，利用外界磁場(chǎng)可以將石英砂中的可磁化礦物與非磁性礦物分離,，進(jìn)而達(dá)到除去鐵質(zhì)的目的,。
常見磁選工藝分為濕式磁選工藝和干式磁選工藝，濕式磁選工藝所采用的有永磁筒式磁選機(jī),、強(qiáng)磁板式磁選機(jī),、智能立環(huán)高梯度磁選機(jī)和電磁漿料磁選機(jī)；干式磁選工藝所采用的磁選設(shè)備有強(qiáng)磁稀土輥式磁選機(jī)和電磁干粉磁選機(jī),。
對(duì)于弱磁性雜質(zhì)礦物常選用強(qiáng)磁機(jī),，對(duì)于強(qiáng)磁性雜質(zhì)的礦物常采用弱磁機(jī)或者是中磁機(jī)進(jìn)行磁選。一般來說,，磁選次數(shù)和磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)磁選除鐵效果有重要影響,，隨磁選次數(shù)的增加，含鐵量逐漸減少,；而在一定的磁場(chǎng)強(qiáng)度下可除去大部分的鐵質(zhì),，但此后磁場(chǎng)強(qiáng)度即使提高很多，除鐵率也無(wú)多大變化,。
磁選可以最大限度的去除石英砂中的磁性雜質(zhì),，包括以赤鐵礦、褐鐵礦和黑云母等為主的弱磁性雜質(zhì)礦物和以磁鐵礦為主的強(qiáng)磁性礦物,。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。
3浮選
浮選是通過加入表面活性劑來改變不同礦物顆粒表面的物理和化學(xué)性質(zhì),，使它們的差異擴(kuò)大,，從而在溶液中把不同的雜質(zhì)浮選上來。浮選法主要用以清除石英砂中的長(zhǎng)石,、云母和次生鐵以及各種非磁性伴生雜質(zhì)為主,。
根據(jù)所采用活化劑的差異，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(jiǎn)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(wú)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(wú)氟無(wú)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,。
4酸浸
酸浸法除鐵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)，從而實(shí)現(xiàn)從石英砂中除去含鐵礦物的目的,。酸浸處理是化學(xué)提純最主要,、研究最廣的浸出工藝,，在酸浸中,，酸的種類對(duì)石英的浸出效率有很大的影響，常用的酸有鹽酸,、硫酸,、氫氟酸、草酸和硝酸等,，通常使用上述多種酸組成混合酸來浸出脫除石英雜質(zhì),，其他影響因素還有酸浸溫度、時(shí)間和攪拌強(qiáng)度等,。
（1）有氟浸出
氫氟酸酸洗可以除去石英表面大部分的雜質(zhì),，對(duì)石英、云母和長(zhǎng)石都有不錯(cuò)的溶解作用,，二聚物(HF)2和HF2-是氫氟酸溶液中主要活性成分之一,，會(huì)對(duì)Si原子產(chǎn)生親核性侵蝕，使Si—O鍵斷裂,，溶解包裹體周圍的石英,，促進(jìn)金屬雜質(zhì)浸出。
（2）無(wú)氟浸出
隨著社會(huì)的發(fā)展,，人們?cè)絹碓街匾暪I(yè)發(fā)展中的生態(tài)效益,，氫氟酸會(huì)造成環(huán)境污染等問題，還會(huì)降低石英的收率,，造成資源浪費(fèi),，因此高純石英無(wú)氟浸出是未來研究的趨勢(shì),。
（3）超聲輔助浸出
為提高浸出效率，使用超聲波輔助浸出是一種常用的手段,。超聲波是一種高頻率的機(jī)械波,，在液體中傳播會(huì)產(chǎn)生空化作用，產(chǎn)生局部較大的空化作用力,，使石英顆粒表面的液體包裹體受到作用力沖擊破裂并進(jìn)入液相,，達(dá)到輔助浸出的作用。
5氯化焙燒
氯化焙燒是去除石英晶格雜質(zhì),、堿金屬等間隙原子類雜質(zhì)最主要的方法,，氯化焙燒是在一定溫度和氛圍條件下，將雜質(zhì)組分離子轉(zhuǎn)化為低沸點(diǎn)的氯化物,，進(jìn)而將雜質(zhì)組分分離的過程,。
氯化焙燒提純工藝中，常用的氯化劑有氯氣,、氯化氫,、氯化銨、氯化鈉,、氯化鉀和氯化鈣等,，氯化焙燒按產(chǎn)物形態(tài)可分為高溫焙燒（氯化揮發(fā)法）、中溫焙燒（氯化焙燒-浸出法）,、氯化-離析,。
氯化焙燒對(duì)堿金屬K、Na的去除率最好,，1200℃時(shí)K,、Na可降至最低；氯化焙燒對(duì)Fe,、Li有一定的去除作用,，其他雜質(zhì)Al、Ti,、Ca,、Mg未見明顯的去除效果。
6微生物除鐵
微生物浸出是指使用微生物浸除石英砂顆粒外表的薄膜鐵或浸染鐵,，這是新近發(fā)展起來的一種除鐵技術(shù),。
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,。
微生物浸出由于其需要很高的要求，如微生物的培養(yǎng),、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的選擇和溫度的控制都有嚴(yán)格要求,，其工藝的復(fù)雜程度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)有的提純工藝,。
7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，到達(dá)除鐵的目的,。超聲波除鐵可以有效去除石英砂顆粒表面的次生鐵質(zhì)薄膜,，但其工藝方法比較昂貴，多用于高附加值,、精密硅產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域,。
參考來源：
【1】武志超，等.高純石英應(yīng)用及化學(xué)提純技術(shù)研究進(jìn)展*.
【2】張大朋,，等.石英砂除鐵方法.
【3】胡宏坤,，等. 石英砂除鐵方法簡(jiǎn)述———以鳳陽(yáng)縣石英砂礦企業(yè)為例
【4】平安.高純石英砂“殺手級(jí)”提純技術(shù)——氯化焙燒.
【5】鄭翠紅，等.石英砂提純方法研究.
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）
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