中国粉体网讯 石英砂是重要的非金属矿物原料，主要成分为SiO2，是光伏、半导体、通信、航空航天等高科技产业的基础原材料。石英砂主要通过石英矿物深度提纯的方式制备，石英矿中杂质元素会显著影响石英产品的性能，其中铁等过渡金属会影响石英制品的光透过率和电导率。
在石英砂中，主要矿物是石英，还含有一些其他杂质矿物，其中含铁元素的杂质矿物主要包括：针铁矿、赤铁矿、褐铁矿、钛铁矿、磁黄铁矿、电气石、角闪石、黑云母等。石英砂铁杂质存在的状态有：伴生的黏土中铁杂质及伴随重矿物质、颗粒表面的泥质和薄膜铁、石英砂颗粒内部铁杂质及分布于晶体中的原生包裹体等几种形式。
在现实生产中，先把原料进行水洗脱泥，再采用机械擦洗、磁选、浮选、酸浸等工艺来除去石英砂中的铁元素，提高石英砂的使用价值。
1机械擦洗
机械擦洗是用机械力和砂粒之间的剥离力去除石英砂表面的杂质铁、粘结和矿物泥。擦洗使石英砂矿物前期可以有效地排出一部分杂质，清洁石英砂颗粒的表面，从而顺利进行后面的提纯工作。机械擦洗工艺包括棒磨擦洗和传统机械擦洗两类，擦洗机的结构和配置形式、擦洗工艺等因素共同控制了石英砂的除铁效果。
机械擦洗除铁工艺是目前应用最为广泛的石英砂除铁工艺，其具有质量好、产量大、成本低廉、操作简单的特点，能够满足浮法玻璃对优质硅砂的要求，是小规模生产加工企业的首选。
2磁选
石英砂中含铁的杂质矿物具有可磁化的特性，利用外界磁场可以将石英砂中的可磁化矿物与非磁性矿物分离，进而达到除去铁质的目的。
常见磁选工艺分为湿式磁选工艺和干式磁选工艺，湿式磁选工艺所采用的有永磁筒式磁选机、强磁板式磁选机、智能立环高梯度磁选机和电磁浆料磁选机；干式磁选工艺所采用的磁选设备有强磁稀土辊式磁选机和电磁干粉磁选机。
对于弱磁性杂质矿物常选用强磁机，对于强磁性杂质的矿物常采用弱磁机或者是中磁机进行磁选。一般来说，磁选次数和磁场强度对磁选除铁效果有重要影响，随磁选次数的增加，含铁量逐渐减少；而在一定的磁场强度下可除去大部分的铁质，但此后磁场强度即使提高很多，除铁率也无多大变化。
磁选可以最大限度的去除石英砂中的磁性杂质，包括以赤铁矿、褐铁矿和黑云母等为主的弱磁性杂质矿物和以磁铁矿为主的强磁性矿物。但是对于表面吸附的铁质薄膜，该种方法的效果并不理想。
3浮选
浮选是通过加入表面活性剂来改变不同矿物颗粒表面的物理和化学性质，使它们的差异扩大，从而在溶液中把不同的杂质浮选上来。浮选法主要用以清除石英砂中的长石、云母和次生铁以及各种非磁性伴生杂质为主。
根据所采用活化剂的差异，可划分为三种：第一种是有氟有酸法，该种方法效果好、操作简单、指标稳定，但其污染较为严重，对生态破坏较大；第二种是无氟有酸法，相较第一种方法，减少氟的使用使得其对生态的破坏大大降低，但强酸提高了浮选设备的腐蚀损耗；第三种方法是无氟无酸法，这种方法技术要求较高，工艺流程复杂，目前应用较少。
4酸浸
酸浸法除铁主要是利用石英不溶于酸（氢氟酸除外），其它杂质矿物能被酸溶解的特点，从而实现从石英砂中除去含铁矿物的目的。酸浸处理是化学提纯最主要、研究最广的浸出工艺，在酸浸中，酸的种类对石英的浸出效率有很大的影响，常用的酸有盐酸、硫酸、氢氟酸、草酸和硝酸等，通常使用上述多种酸组成混合酸来浸出脱除石英杂质，其他影响因素还有酸浸温度、时间和搅拌强度等。
（1）有氟浸出
氢氟酸酸洗可以除去石英表面大部分的杂质，对石英、云母和长石都有不错的溶解作用，二聚物(HF)2和HF2-是氢氟酸溶液中主要活性成分之一，会对Si原子产生亲核性侵蚀，使Si—O键断裂，溶解包裹体周围的石英，促进金属杂质浸出。
（2）无氟浸出
随着社会的发展，人们越来越重视工业发展中的生态效益，氢氟酸会造成环境污染等问题，还会降低石英的收率，造成资源浪费，因此高纯石英无氟浸出是未来研究的趋势。
（3）超声辅助浸出
为提高浸出效率，使用超声波辅助浸出是一种常用的手段。超声波是一种高频率的机械波，在液体中传播会产生空化作用，产生局部较大的空化作用力，使石英颗粒表面的液体包裹体受到作用力冲击破裂并进入液相，达到辅助浸出的作用。
5氯化焙烧
氯化焙烧是去除石英晶格杂质、碱金属等间隙原子类杂质最主要的方法，氯化焙烧是在一定温度和氛围条件下，将杂质组分离子转化为低沸点的氯化物，进而将杂质组分分离的过程。
氯化焙烧提纯工艺中，常用的氯化剂有氯气、氯化氢、氯化铵、氯化钠、氯化钾和氯化钙等，氯化焙烧按产物形态可分为高温焙烧（氯化挥发法）、中温焙烧（氯化焙烧-浸出法）、氯化-离析。
氯化焙烧对碱金属K、Na的去除率最好，1200℃时K、Na可降至最低；氯化焙烧对Fe、Li有一定的去除作用，其他杂质Al、Ti、Ca、Mg未见明显的去除效果。
6微生物除铁
微生物浸出是指使用微生物浸除石英砂颗粒外表的薄膜铁或浸染铁，这是新近发展起来的一种除铁技术。
研究结果表明，黑曲霉素菌、青霉菌、梨形毛菌、假单胞菌类、杆菌类、多粘芽孢杆菌、乳酸小球菌等微生物菌群对石英砂表面氧化铁，具有较好的去除效果。其中以黑曲霉素菌浸除铁效果最佳。
微生物浸出由于其需要很高的要求，如微生物的培养、营养物质的选择和温度的控制都有严格要求，其工艺的复杂程度，远远超过现有的提纯工艺。
7超声波除铁
超声波除铁工艺是利用超声波在水中发生空化过程中产生冲击波，冲击波使得石英砂颗粒表面的含铁杂质脱离进入溶液，到达除铁的目的。超声波除铁可以有效去除石英砂颗粒表面的次生铁质薄膜，但其工艺方法比较昂贵，多用于高附加值、精密硅产业领域。
参考来源：
【1】武志超，等.高纯石英应用及化学提纯技术研究进展*.
【2】张大朋，等.石英砂除铁方法.
【3】胡宏坤，等. 石英砂除铁方法简述———以凤阳县石英砂矿企业为例
【4】平安.高纯石英砂“杀手级”提纯技术——氯化焙烧.
【5】郑翠红，等.石英砂提纯方法研究.
（中国粉体网编辑整理/星耀）
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