不同品味石英砂除铁设计方案参考

不同品味石英砂除铁设计方案选择

石英砂除铁工艺设计需结合矿石特性、铁杂质赋存状态、目标产品纯度要求及成本效益等因素，系统性地选择技术路线。以下是完整的工艺设计流程及关键要点：

一、工艺设计前期准备

1.     原料分析

矿物组成：通过XRD、MLA（矿物解离分析）确定石英砂中主要矿物（石英、长石、云母）及含铁矿物（磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、铁钛矿等）。

铁赋存状态：

独立矿物（如磁铁矿颗粒）：适合磁选或浮选；

包裹体铁（石英晶格内或裂隙铁）：需酸浸或高温处理；

表面吸附铁（如黏土中的铁）：可通过擦洗或酸洗去除。

粒度分布：激光粒度仪分析，确定是否需要粉碎/分级（如微细粒铁需高梯度磁选或酸浸）。

2.     目标指标

工业级石英砂：Fe₂O₃ ≤ 0.05%；

光伏/电子级石英砂：Fe₂O₃ ≤ 0.001%；

根据用途调整工艺深度（如半导体级需多级联合工艺）。

二、核心工艺设计流程

1. 预处理阶段

破碎与分级：

粗碎（颚式破碎机）→ 细碎（圆锥破碎机）→ 筛分（振动筛）至目标粒度（通常0.1-0.5mm）；

过细颗粒（<0.075mm）可能增加后续处理难度，需控制粉碎强度。

擦洗脱泥：

擦洗机（转速300-500rpm） + 水，去除表面黏附铁和泥质；

添加分散剂（如六偏磷酸钠）防止细泥团聚。

2. 主除铁工艺

根据铁杂质性质选择核心工艺组合：

方案1：磁性铁主导（如磁铁矿）

粗选：中磁场磁选机（磁场强度0.4-0.8T），去除80%以上磁性铁；

精选：高梯度磁选机（1.5-2.0T），处理微细粒残留铁；

酸洗强化：稀盐酸（5-10%）+ 超声波（40kHz）辅助，处理包裹体铁。

方案2：非磁性铁主导（如赤铁矿、褐铁矿）

浮选：阴离子捕收剂（油酸钠）+ 活化剂（草酸），pH 8-9，去除赤铁矿；

酸浸：浓硫酸（20-30%）加热至70℃反应2-4小时，溶解铁氧化物；

微生物辅助：氧化亚铁硫杆菌浸出（pH 2.0，30℃），适合环保要求高的项目。

方案3：超纯石英砂（Fe₂O₃ ≤ 50ppm）

高温氯化：石英砂与氯气在1200℃反应，Fe→FeCl₃↑（需石英管式炉）；

多级酸浸：草酸（5%）+氢氟酸（2%）混合酸，去除晶格内铁；

纯水清洗：电阻率≥18MΩ·cm的超纯水冲洗至中性。

3. 后处理与质量控制

脱水干燥：压滤机脱水 + 回转窑干燥（200-300℃）；

深度除杂：静电分选（20-30kV）去除残余导电矿物；

检测：

XRF快速检测Fe含量；

ICP-MS用于超纯石英砂痕量元素分析。

三、工艺参数优化要点

1.     磁选参数：

磁场强度：赤铁矿需≥1.2T，磁铁矿0.6-0.8T；

矿浆浓度：20-30%（过高降低分选效率）。

2.     酸浸控制：

酸浓度：草酸3-5%、盐酸10-15%（避免过度腐蚀）；

温度：60-80℃（每升高10℃，反应速率提高2倍）；

时间：2-6小时（过长导致石英溶损）。

3.     浮选药剂：

捕收剂用量：100-500g/t（过量导致泡沫过多）；

pH调节：脂肪酸类捕收剂需碱性环境（pH 8-9）。

四、成本与环保控制

1.     成本控制

低品位矿：优先磁选+擦洗（吨处理成本约20-50元）；

高纯度需求：酸浸+浮选（吨成本200-500元）；

高温氯化法：仅用于附加值≥5万元/吨的超纯石英砂。

2.     环保措施

酸浸废水：石灰中和至pH 6-9，沉淀后回收Fe(OH)₃；

浮选尾水：活性炭吸附+膜过滤，实现闭路循环；

氯气处理：碱液（NaOH）吸收塔，生成NaClO回收利用。

五、典型工艺流程图

六、案例参考

1.     光伏玻璃用石英砂（Fe₂O₃ ≤ 0.015%）

工艺：擦洗 → 高梯度磁选（1.8T） → 草酸浸出（6%） → 纯水冲洗；

成本：约180元/吨，成品售价600-800元/吨。

2.     半导体级石英砂（Fe₂O₃ ≤ 0.0005%）

工艺：浮选（油酸钠） → 氢氟酸浸（40℃, 4h） → 高温氯化（1200℃） → 超纯水清洗；

成本：≥5000元/吨，售价可达10-20万元/吨。

七、设计注意事项

1.     避免过粉碎：过细颗粒会增加酸浸难度和石英损失；

2.     防腐蚀材料：酸浸槽需采用PP或衬胶设备，高温氯化需石英/石墨坩埚；

3.     小试先行：实验室验证工艺可行性（建议取50kg原矿做全流程试验）；

4.     自动化控制：在线pH计、磁场强度传感器提升稳定性。

通过以上设计，可针对不同品位的石英砂实现高效、低耗的除铁工艺，满足从建材到尖端科技的多元化需求。

实际选型需结合矿石性质（铁赋存状态、粒度分布）、产品标准（Fe₂O₃含量要求）、投资预算等因素综合评估。建议先通过矿物学分析（如MLA、SEM-EDS）明确铁的存在形式，再针对性设计工艺。