中國粉體網訊 石英砂是重要的非金屬礦物原料，主要成分為SiO2，是光伏、半導體、通信、航空航天等高科技產業的基礎原材料。石英砂主要通過石英礦物深度提純的方式制備，石英礦中雜質元素會顯著影響石英產品的性能，其中鐵等過渡金屬會影響石英制品的光透過率和電導率。
在石英砂中，主要礦物是石英，還含有一些其他雜質礦物，其中含鐵元素的雜質礦物主要包括：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。石英砂鐵雜質存在的狀態有：伴生的黏土中鐵雜質及伴隨重礦物質、顆粒表面的泥質和薄膜鐵、石英砂顆粒內部鐵雜質及分布于晶體中的原生包裹體等幾種形式。
在現實生產中，先把原料進行水洗脫泥，再采用機械擦洗、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值。
1機械擦洗
機械擦洗是用機械力和砂粒之間的剝離力去除石英砂表面的雜質鐵、粘結和礦物泥。擦洗使石英砂礦物前期可以有效地排出一部分雜質，清潔石英砂顆粒的表面，從而順利進行后面的提純工作。機械擦洗工藝包括棒磨擦洗和傳統機械擦洗兩類，擦洗機的結構和配置形式、擦洗工藝等因素共同控制了石英砂的除鐵效果。
機械擦洗除鐵工藝是目前應用最為廣泛的石英砂除鐵工藝，其具有質量好、產量大、成本低廉、操作簡單的特點，能夠滿足浮法玻璃對優質硅砂的要求，是小規模生產加工企業的首選。
2磁選
石英砂中含鐵的雜質礦物具有可磁化的特性，利用外界磁場可以將石英砂中的可磁化礦物與非磁性礦物分離，進而達到除去鐵質的目的。
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、強磁板式磁選機、智能立環高梯度磁選機和電磁漿料磁選機；干式磁選工藝所采用的磁選設備有強磁稀土輥式磁選機和電磁干粉磁選機。
對于弱磁性雜質礦物常選用強磁機，對于強磁性雜質的礦物常采用弱磁機或者是中磁機進行磁選。一般來說，磁選次數和磁場強度對磁選除鐵效果有重要影響，隨磁選次數的增加，含鐵量逐漸減少；而在一定的磁場強度下可除去大部分的鐵質，但此后磁場強度即使提高很多，除鐵率也無多大變化。
磁選可以最大限度的去除石英砂中的磁性雜質，包括以赤鐵礦、褐鐵礦和黑云母等為主的弱磁性雜質礦物和以磁鐵礦為主的強磁性礦物。但是對于表面吸附的鐵質薄膜，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性質，使它們的差異擴大，從而在溶液中把不同的雜質浮選上來。浮選法主要用以清除石英砂中的長石、云母和次生鐵以及各種非磁性伴生雜質為主。
根據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、操作簡單、指標穩定，但其污染較為嚴重，對生態破壞較大；第二種是無氟有酸法，相較第一種方法，減少氟的使用使得其對生態的破壞大大降低，但強酸提高了浮選設備的腐蝕損耗；第三種方法是無氟無酸法，這種方法技術要求較高，工藝流程復雜，目前應用較少。
4酸浸
酸浸法除鐵主要是利用石英不溶于酸（氫氟酸除外），其它雜質礦物能被酸溶解的特點，從而實現從石英砂中除去含鐵礦物的目的。酸浸處理是化學提純最主要、研究最廣的浸出工藝，在酸浸中，酸的種類對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，其他影響因素還有酸浸溫度、時間和攪拌強度等。
（1）有氟浸出
氫氟酸酸洗可以除去石英表面大部分的雜質，對石英、云母和長石都有不錯的溶解作用，二聚物(HF)2和HF2-是氫氟酸溶液中主要活性成分之一，會對Si原子產生親核性侵蝕，使Si—O鍵斷裂，溶解包裹體周圍的石英，促進金屬雜質浸出。
（2）無氟浸出
隨著社會的發展，人們越來越重視工業發展中的生態效益，氫氟酸會造成環境污染等問題，還會降低石英的收率，造成資源浪費，因此高純石英無氟浸出是未來研究的趨勢。
（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械波，在液體中傳播會產生空化作用，產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入液相，達到輔助浸出的作用。
5氯化焙燒
氯化焙燒是去除石英晶格雜質、堿金屬等間隙原子類雜質最主要的方法，氯化焙燒是在一定溫度和氛圍條件下，將雜質組分離子轉化為低沸點的氯化物，進而將雜質組分分離的過程。
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，氯化焙燒按產物形態可分為高溫焙燒（氯化揮發法）、中溫焙燒（氯化焙燒-浸出法）、氯化-離析。
氯化焙燒對堿金屬K、Na的去除率最好，1200℃時K、Na可降至最低；氯化焙燒對Fe、Li有一定的去除作用，其他雜質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，這是新近發展起來的一種除鐵技術。
研究結果表明，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、營養物質的選擇和溫度的控制都有嚴格要求，其工藝的復雜程度，遠遠超過現有的提純工藝。
7超聲波除鐵
超聲波除鐵工藝是利用超聲波在水中發生空化過程中產生沖擊波，沖擊波使得石英砂顆粒表面的含鐵雜質脫離進入溶液，到達除鐵的目的。超聲波除鐵可以有效去除石英砂顆粒表面的次生鐵質薄膜，但其工藝方法比較昂貴，多用于高附加值、精密硅產業領域。
參考來源：
【1】武志超，等.高純石英應用及化學提純技術研究進展*.
【2】張大朋，等.石英砂除鐵方法.
【3】胡宏坤，等. 石英砂除鐵方法簡述———以鳳陽縣石英砂礦企業為例
【4】平安.高純石英砂“殺手級”提純技術——氯化焙燒.
【5】鄭翠紅，等.石英砂提純方法研究.
（中國粉體網編輯整理/星耀）
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