铁杂质在石英矿中的赋存状态，决定了选矿法可否将它们去除以及去除的程度。了解铁杂质是存在于哪些矿相中、是以何种形式存在、含量及其分布等情况，是拟定选矿提纯方案和预测分选指标的重要依据。

1、石英砂中铁杂质的存在形式

石英砂中铁杂质赋存形式较为复杂多样，或存在于粘土或长石等矿相中，或以氧化铁、含铁矿形式附着于颗粒表面，或赋存于石英颗粒内部。

（1）存在于黏土矿物中

在某些出露地表的沉积砂矿床中，含有较多的风化黏土。这种黏土是由长石、石灰石、页岩等风化而成的，黏土的成分是含有云母、石英、褐铁矿、绿泥石、方解石和角闪石混合物的天然水成矾土硅酸盐。其粒度很细，主要是由10μm以下的颗粒组成。

（2）存在于重矿物及磁性矿物中

重矿物系指相对密度大于2.9的矿物。这些矿物中大部分都具有磁性或弱磁性，铁是这些矿物中的基本组成元素。所以我们也可以将它们称为是存在于单体矿物中，如磁铁矿、赤铁矿、黄铁矿、磁黄铁矿、钛铁矿、铬铁矿、铁橄榄石、褐橄榄石、褐铁矿等。

（3）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）存在于薄膜铁中

石英砂中的石英颗粒，在纯净的情况下呈白色，受到污染后呈现灰色、褐色、黄色甚至红色等。例如黏土可使之呈灰色或黄色，金属矿物和其他暗色矿物能使之呈灰色，薄膜铁使之呈黄色或红色。我们平常见到的大都是受到污染的石英砂。

从成分上说，石英颗粒的污染主要是铁质污染和泥质污染。前者是指铁的氧化物或氢氧化物对石英颗粒的污染。后者是指一系列层状构造的铝硅酸盐的黏土类矿物污染。

从成因上说，可分为原生污染和次生污染。原生污染是指由矿染作用而导致的在某一矿物表面或内部被它种矿物污染的现象。矿染作用是在成矿过程中某种矿物以微粒或薄膜状产于它种矿物内部或表面的现象，是与成矿过程密切相关的。还有因吸附作用而导致的在石英颗粒表面被它种矿物（或离子）污染的现象，称为次生污染。

石英颗粒受黏土矿物污染是与石英表面凹陷及缝隙以及黏土的可塑性相关的。这种附于石英颗粒表面的黏土质比较容易去除，因为它们黏结并不牢固。而石英颗粒表面氧化铁薄膜却很难消除，这是因成矿作用造成的。实际上，所谓薄膜铁主要是指这种情况。

（5）存在于连生体或晶格中

石英砂中的各种矿物基本上可以认为已经处于单体解离状态，故无需再施破碎，但石英颗粒与其他含铁矿物连生在一起的情况仍然存在。这些连生体多数是暗色矿物，它们有的包裹在石英颗粒内部，有的镀嵌在石英颗粒的边缘，成为矿物集合体，所谓包裹铁主要是指这种情况。

2、石英砂除铁方法及选择原则

石英砂的除铁方法一般可分为三大类：

第一类：物理-机械方法，如磁选、重选、浮选、超声波选矿和水洗等，这些方法适用于处理粗粒杂质；

第二类：化学方法，是以无机酸进行浸取，通过化学反应去除细粒铁钛矿物或石英颗粒上的氧化铁薄膜。这种方法虽然效率较高，但成本也较高，技术条件苛刻并对环境产生危害；

第三类：是微生物选矿法，是以各种细菌分离氧化矿中的铁，其过程较慢，目前工业化还有一定的难度。

（1）水洗脱泥

从石英砂中去除黏土矿物及细粒矿物是十分简单的。因为二者的粒度存在明显差别，一般石英砂粒度范围为0.075-1.0mm，而黏土矿物粒度小于50μm，一般小于20μm。因此，简单的水洗就可以去除黏土矿物。

洗矿一般是选矿中的准备作业。但对于石英砂来说，几乎都离不开洗矿作业，这是因为石英砂矿中往往含有较多的风化黏土。这些黏土甚至将石英颗粒包裹起来形成胶结块。因此可以说洗矿作业在石英砂选矿中是一个独立的选别作业。有时经过洗矿之后，就可以得到合格的石英砂。

清洗之前，通常要进行粗筛（如孔径5cm）以除去沙砾，然后用0.5-1.0mm的湿筛除去有碍于玻璃生产的粗砂粒。由于在筛上设有喷水装置以助筛分，所以筛下物中，石英砂和黏土矿物就可以在水介质中相互分离。

清洗可用不同的设备，如清洗槽、旋流器、上升水流水力分级机等。目前应用较多的是上升水流水力分级机。细粒矿物以泥浆方式由顶部溢流中排出，较粗和较重的颗粒由底部排出。

需要指出的是，石英砂的水洗脱泥，不仅是去除黏土矿物，而且还除去0.1mm以下的细粒矿物。它们主要还是石英，但长石及重矿物含量更高一些，除去它们可以大幅度降低含铁量，同时其粒度范围更加符合玻璃工业的要求。

（2）重选

当石英砂中的铁主要是以重矿物（相对密度大于2.9的矿物）形式存在时，应考虑用重选。重选往往能有效地用在石英砂全部粒级范围内；而浮选往往对粒级范围的上限是无效的，相反，对于混合颗粒、片状颗粒、轻矿物颗粒及中等密度矿物，重选就变得困难。

重选的判断准则是：E=（重矿物密度-介质密度）/（轻矿物密度-介质密度），当E大于2.5时，易于重选分离，该值减小则重选效率降低，当该值小于1.25时，则不适于重选法。

（3）磁选

磁选的优点是选择性强，在保持有效地去除杂质矿物的同时，还能获得很高的石英砂产量。石英砂中的强磁性矿物（如磁铁矿）含量是很少的。几乎没有哪一个砂矿可以用弱磁场磁选机降低铁量。

所以，适用于石英砂选矿的主要是强磁场选机。磁选的投资额是比较高的，但操作很简单，生产成本较低。

（4）浮选

为了去除含铁的重矿物，浮选是比较简单的。对含铁氧化物用的普通捕收剂是石油磺酸钠。石油磺酸盐也可以用脂肪酸代替。

如果要进行石英和长石的分离，浮选则比较困难。从石英中分离出长石，主要是为了降低氧化铝含量。铁含量通常是伴随着铝的降低而降低。过去采用的都是有氟浮选，即用氢氟酸（HF）作调整剂，用胺做捕收剂进行浮选。但由于含氟物对环境的巨大危害，以及环境保护的标准不断提高，现在已没有理由再发展这种方法了。因而无氟浮选工艺得到了很大发展。这种方法是在用盐酸或硫酸调节的酸性条件下，用十二烷基丙撑二胺（简称十二胺）作捕收剂进行浮选的。

用浮选去除矿物中的铁，可以达到比其他方法更好的结果。因为它不仅可以去除单体的含铁矿物，也可以去除带有铁质薄膜的石英颗粒，以及黏土矿物。所以，国外很多石英砂选矿厂都采用了浮选法。

浮选法的缺点是，要想去除铁杂质，就需要进一步降低石英砂的粒度，使之呈单体解离状态，因此，浮选对于粗粒来说适应性差，而石英砂的粒度范围对浮选来说是较粗的。此外，还要特别考虑浮选药剂对周围环境污染的问题。

（5）薄膜铁的去除方法

由于薄膜铁的存在，往往经过简单的水洗及重磁选流程仍然不能满足生产合格砂的要求。因此，去除薄膜铁是一个很普遍的问题。去除薄膜铁的方法，主要有搅拌式擦洗、超声波清洗及酸洗等方法。

①搅拌擦洗

这种方法一般可以去除那些黏附于石英表面的黏土矿物以及部分较为疏松的氧化物，但由于氧化铁薄膜很薄，也很牢固，所以这种方法不太可能去除它们。必要时可采取添加化学剂的方法。

②超声波清洗

原理是清洗液中引入超声波，使清洗液中产生强烈的空化作用，由空化作用产生强大的机械力，将矿物表面黏附的杂质剥落。超声振动的频率和矿物在超声波作用区停留的时间，取决于表面矿物的性质以及它们与主要矿物结合的牢固程度。在超声波的作用下，矿物表面的薄膜及其他杂质解离下来，并以细泥的形式进入液相，通过洗涤和脱水使之除去。

该方法法不仅可以清除石英表面的杂质，而且也可清除不均匀处及微小缝隙处和杂质，这就保证了获得高纯度的清洗效果。为了提高超声清洗效果，可以添加少量的试剂（如碳酸钠）、表面活性剂（如水玻璃）。

③化学处理

化学处理石英砂的除铁效果较好，但其成本较为昂贵，技术条件要求比较苛刻，对环境有危害。但为了获得更高纯度的石英砂，今后采用化学方法处理，也将是不可避免的。

酸浸及酸洗是普通化学处理方法，可分为冷酸处理和热酸处理。在静态条件下，靠酸对矿物的溶解作用进行的处理叫做酸浸；在酸性介质中进行擦洗的作业可称为酸洗。酸浸需要相当长的时间，特别是冷酸溶解需要的时间很长。

碱处理法：常用的碱性药剂有NaOH和Na2CO3。其作用原理是使不溶性的有价金属转化为可溶性的金属钠盐，从而达到硅砂净化的目的。

氯化法：将氯气.、氯化钠、氯化铵与石英砂一起加热，使砂中的铁成为FeCl3气体挥发，也可达到除铁的目的。

需要指出的是，化学处理并不仅仅限于处理氧化铁薄膜，它们对薄膜铁及细粒黏土中的铁有效，对其他含铁的矿物也都具有部分溶解的作用。

（6）微生物法

研究表明：黑曲霉菌株能除去石英砂中的铁，但处理时间较长。可以单独或联合使用各种物理机械方法和化学方法除去石英砂中的铁，它们的效率在很大程度上取决于处理矿物原料的性质。

（7）石英砂选矿提纯工艺的选择原则

在实际应用中，只单独使用一种方法就可以生产合格砂的情况是少见的。一般都需要多种方法配合使用。

对于某一种石英砂来说，选矿流程的确定要考虑下列因素：

1）待处理石英砂的原始成分及铁的赋存状态；

2）用户对石英砂精矿的质量要求；

3）选矿厂的投资和生产成本的限度；

4）对周围环境的污染问题。

2024第三届江苏国际石英产业大会暨展览会

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会议：10月16日

展览：10月16-18日

地点：连云港工业展览中心

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