石英砂滤料加工提纯方法的注意事项

石英砂又称硅砂，是一种常见的非金属矿物原料，其应用领域十分广泛。我国的石英砂选矿提纯及深加工开发利用的比较晚，并且主要用于建筑工业，玻璃制造，陶瓷工业和铸造工业，这些领域的一个共同点就是石英砂的需求量大，原料质量要求低。对于我国一些产地的石英砂而言，基本上不经过选矿提纯或略经提纯，即可满足工业用砂需求。

目前，国外以美国的石英砂选矿提纯技术为，特点是工业化产量大、装备化和生产自动化程度高，其产品已发展到六代。经过选矿提纯制成的高纯和超高纯石英砂已广泛应用于航空航天、原子能技术、激光、光缆通讯、军工等高科技领域。
石英砂提纯是除去石英砂中少量或微量杂质，获得精制石英砂或高纯石英砂（如电子级产品）的高难度分离技术，近年来，国内外对石英砂提纯工艺主要围绕以下几个方面进行。
1、水洗、分级脱泥:石英砂中的SiO2的品位随着石英砂粒度的变细而降低，铁质和铝制等杂质矿物的品位则正好相反，这种现象在含有大量粘土性质矿物石英砂中尤为明显。所以在入选前对石英砂原矿进行水选，分级脱泥是非常必要的，而且效果也是较为明显的。如江苏宿迁马陵山矿石英砂原矿化学组成为：SiO279.38%、Fe2O31.68%、Al2O311.28%，其粒度组成中-0.1mm粒级含量为27.65%。在对原矿进行预选水洗、分级脱泥后，SiO2的品位上升到86.36%，Fe2O3降低至0.49%，Al2O3降低至6.79%，除杂提纯效果较为显著。水洗、分级脱泥作为一种矿石入选前的预处理方法，应用的较早也很普遍，但对于存在于石英砂表面的薄膜铁和粘连性杂质矿物，其脱除效果尚不显著。
2、擦洗:擦洗是借助机械力和砂粒间的磨剥力来除去石英砂表面的薄膜铁、粘结及泥性杂质矿物和进一步擦碎未成单体的矿物集合体，再经分级作业达到石英砂进一步提纯的效果，目前，主要有棒摩擦洗和机械擦洗两种方法，对于机械擦洗，一般认为影响擦洗效果的因素主要是来自擦洗机的结构特点和配置形式，其次为工艺因素，包括擦洗时间和擦洗浓度，研究表明，砂矿擦洗浓度在50%-60%之间效果好，而且在一定程度上反而加大了石英砂提纯的难度；擦洗时间原则上以初步达到产品质量要求为基准，不宜过长，因时间过长，会加大设备磨损，提高能耗和造成选矿提纯成本的增加。由于对于某些石英砂矿，机械擦洗擦除效果不太理想，因此，在我国棒磨擦洗工业应用较为普遍和比较成熟。
3、磁选:磁选工艺的采用，可以大限度的清除包括连生体颗粒在内的赤铁矿、褐铁矿和黑云母等弱磁性杂质矿物。强磁选通常采用湿式强磁选机或高梯度磁选机。一般而言，对杂质以褐铁矿、赤铁矿、黑云母等弱磁性杂质矿物为主的石英砂，利用湿式强磁机在10000奥斯特以上可以选出；对含杂以磁铁矿为主的强磁性矿物，则采用弱磁机对或中磁机进行选别效果比较好，日本采用强磁机对濑户石英砂进行了实验条件研究，结果表明，磁选数和磁场强度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。另外，石英砂粒度越细，除铁效果越好，其原因是细粒石英砂中含铁杂质矿物量高的缘故。当石英砂原砂中含杂质矿物较多时，仅采用擦洗、脱泥和磁选是不能将石英砂提纯成高纯砂，所以还需要进一步提纯加工。
4、浮选:考虑到含氟废水对环境的严重影响，国外于70年代出现了“无氟有酸浮洗法”如日本在实现长石与石英的分离中，采用硫酸或盐酸（PH=2）调浆，加高级脂肪族胺盐和石油磺酸钠混合捕收剂浮选获得成功，无氟无酸浮选法是近年来大力开发的石英长石浮选分离新工艺。目前尚未见到工业生产的应用的报道，云母与石英的等电点相近，分选难度大，采用酸性条件下阴离子捕收剂，或在碱性条件下阴-阳离子捕收剂两种方法浮选，可获得很好的效果。一般而言，经过擦洗、脱泥、磁选和浮选后，石英砂的纯度可达到99.3%-99.9%，基本上满足工业用砂的需求。
5、酸浸:酸浸是利用石英不溶于酸（HF除外），其他杂质矿物能被酸液溶解的特点，从而可以实现对石英的进一步提纯。酸浸常用酸类有硫酸、盐酸、硝酸和氢氟酸等；还原剂有亚硫酸及其盐类等。经验表明，上述酸类对石英中的非金属杂质矿物均有良好的去除效果，但对不同的金属杂质，酸的种类及其浓度影响较为显著，一般认为各种稀酸对Fe和Al的去除均有显著效果，而对Ti和Cr的去除效果则采用较浓的硫酸、王水或HF进行酸浸处理。通常使用上述酸类组成的混合酸进行杂质矿物的酸浸脱除，考虑到HF对石英的溶解作用，故HF浓度一般不超过10%。
除酸的浓度外，酸的用量、酸浸时间、温度及矿搅拌均可以影响石英酸浸效果。酸浸各种因素的控制应根据石英终品位要求，尽量降低酸的浓度，温度和用量，减少酸浸时间，以实现在较低的选矿成本下进行石英提纯。在一些欧美由于对石英中铁的要求比较严格，故比较系统的研究了石英酸浸提纯处理，并建立了酸浸的石英选矿提纯厂。经过酸浸处理后的石英砂，可获得纯度达99.99%的高纯石英砂。
6、微生物浸出:用微生物浸除石英砂颗粒表面的薄膜铁或浸染铁是新近发展起来的一种除铁技术，据国外研究结果表明，用黑曲霉素、青霉、假单胞菌、多粘菌素、杆菌等微生物对石英表面薄膜铁进行浸除时，均取得了良好的效果，其中以黑曲霉素浸除铁效果佳，Fe2O3的去除率多 在75%以上，精矿Fe2O3的品位低达0.007%。目前微生物除铁处于实验室研究阶段，规模化工业的生产尚需作进一步的实验研究。
随着科学技术的进步，高科技用硅的需求量也将大量增加，而天然水晶资源的日趋枯竭使得人们不得不将目光转向天然水晶的替代品—高纯和超高纯石英砂上。因此，积探求和推动石英砂选矿提纯技术的进步，实现精制石英砂、高纯和超高纯石英砂的成本、大批量工业化生产、对弥补天然水晶资源的不足，满足高科技用硅需求具有重要的现实意义。