石英砂磁选—酸洗除铁机理研究.pdf

6 4 有色金属 选矿部分2 0 1 7 年第4 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 7 ．0 4 ．0 1 4 石英砂磁选一酸洗除铁机理研究 刘加威1 ’2 ，李京伟1 ，白枭龙1 ，班伯源1 ，孙继飞1 ，陈 健1 1 ．中国科学院合肥物质科学研究院应用技术研究所中科院光伏与节能材料重点实验室， 合肥2 3 0 0 8 8 ；2 ．安徽大学物理与材料科学学院，合肥2 3 0 6 0 1 摘要为了提高石英砂的杂质去除率，采用磁选加混酸酸洗工艺，并研究了酸洗反应动力学模型，对石英砂酸浸除杂进 行理论指导。试验结果表明，铁去除率随着粒径减小而增大，1 5 0 ～1 8 0p ．m 石英砂磁选效果最好。通过研究不同酸洗组合，发 现混酸 硝酸 盐酸 氢氟酸 对铁的去除效果最好；使用混酸 I ，酸啄 1 1 ，9 0 ℃水浴反应3 6 0r a i n ，石英砂中铁去除率 可达8 8 ．3 ％，铁杂质含量降为2 4 ．7 6 斗g ／g ，达到了精制石英砂的纯度要求。利用液固多相未反应核模型拟合发现，石英砂的 酸洗过程控速步骤为产物内扩散控制，计算得出反应激活能E 。 5 1 ．7 3k J ／m o l 。 关键词石英砂；磁选；酸洗；铁杂质；未反应核模型 中图分类号T D 9 2 4 文献标志码A 文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 7 0 4 - 0 0 6 4 - 0 7 I r o nR e m o v a lM e c h n i s mo fS i l i c aS a n dP u r i 疗c a t i o nb yM a g n e t i c S e p a r a t i o na n dA c i dL e a c h i n g L l UJ i a w e i i ”．L IJ i n g w e i i ，B A IX i a o l o n g t ，B A NB o y u a n i ，S U NJ i f e i i ，C H E NJ i a n l J ．K e yL a b o r a t o r yo fP h o t o v o l a t i ca n dE n e r g yC o n s e r v a t i o nM a t e r i a l s ，I n s t h u t eo fA p p l i e dT e c h n o l o g y ， C h i n e s eA c a d e m yo fS c i e n c e s ，H e f e i2 3 0 0 8 8 ，C h i n a ；2 ．S c h o o lo fP h y s i c sa n dM a t e r i a l sS c i e n c e ， A n h u iU n i v e r s i t y ，H e f e i2 3 0 6 0 1 ，C h i n a A b s t r a c t I no r d e rt oi m p r o v ei r o ni m p u r i t yr e m o v Me f f i c i e n c yo fi m p u r i t i e sf r o ms i l i c as a n d ，m a g n e t i c s e p a r a t i o na n dm i x e da c i dl e a c h i n gw e r eu s e d ．a n di r o nr e m o v i n gk i n e t i ch a sb e e na n a l y z e d ．吼er e s u l t ss h o wt h a t i r o nr e m o v a lr a t ei sn e g a t i v ec o r r e l a t e dw i t hp a r t i c l es i z ea n dt h er e m o v a lr a t eo fi r o ni st h eh i g h e s tw h e nt h ep a r t i c l e s i z ei s1 5 0 ～1 8 0 “m ．I ti sf o u n dt h a tm i x e da c i d H N 0 3 H C l H F h a sab e t t e rp e r f o r m a n c e ，a n dt h er e m o v M r a t ec a nr e a c h8 8 ．3 ％，t h ec o n t e n to fi r o ni m p u r i t yi sr e d u c e dt o2 4 ．7 6 斗g ／gu n d e rc o n d i t i o n s 比i d n a t e 。 1 1 ， a c i dl e a c h i n gt e m p e r a t u r ei s9 0o C ．1 e a c h i n gt i m ei s3 6 0m i n ．T h i sm e e t st h eq u a l i f i c a t i o no fr e f i n e dq u a r t zs a n d ． T h ek i n e t i c sa n a l y s i sr e v e a l st h a tp r o d u c tl a y e rd i f f u s i o ni nh e t e r o g e n e o u sr e a c t i o ns y s t e mi st h er a t e - c o n t r o lf a c t o r a n dt h ea c t i v a t i o ne n e r g yi s51 ．7 3k J ／t 0 0 1 ． K e yw o r d s s i l i c as a n d ；m a g n e t i cs e p a r a t i o n ；a c i dl e a c h i n g ；i r o ni m p u r i t y ；s h r i n k i n gc o r em o d e l 高纯石英砂作为重要的战略资源，是光纤通讯、 微电子、太阳能等领域重要的原材料引。本试验所 用安徽脉石英矿，外表呈灰白色，半透明，多用做制 造玻璃原材料。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；钾、钠等碱金属杂质含量过高会 降低石英制品的耐高温性能，进而影响其热稳定性 和光学特性1 。 目前，石英砂提纯方法有磁选、酸洗、浮选、微生 物法和络合法。4 引等。磁选仅能去除磁铁矿、褐铁矿 等磁性杂质矿物；浮选能除去石英砂中长石、云母等 非磁性伴生杂质矿物，但产生的氟离子对生态环境 有极大污染；酸洗则利用氢离子与矿相反应，相较于 单一类型酸，混酸能产生协同效应，去除率更高。 “Js 等训利用盐酸加草酸超声辅助，8 0 ℃水浴反 应1 2 0m i n ，石英砂中铝杂质去除率为5 3 ％；L iX 等利用盐酸、草酸和坏血酸超声辅助酸洗石英 砂，8 0 ℃水浴反应1 2 0m i n 后，石英砂中铁、铝杂质 去除率最高可达7 9 ．1 ％和4 2 ．3 ％；V e g l i 6F 等纠 使用硫酸加草酸9 0 ℃时酸洗4 ～5h ，铁杂质可去除 基金项目国家自然科学基金资助 5 1 4 7 4 2 0 1 、5 1 4 0 4 2 3 1 ；安徽省自然科学基金 1 5 0 8 0 8 5 Q E 8 1 ；支持”率先行动”中国博士后科学基金会与中国 科学院联合资助优秀博士后项目 2 0 1 6 L H 0 0 1 7 ；中国科学院”百人计划”项目 2 0 1 2 0 6 5 收稿日期2 0 1 7 - 0 1 1 9修回日期2 0 1 7 - 0 5 - 2 4 作者简介刘加威 1 9 9 2 一 ，男，安徽蚌埠人，硕士研究生。 万方数据 2 0 1 7 年第4 期刘加威等石英砂磁选一酸洗除铁机理研究 6 5 3 5 ％一4 5 ％；T u n c u kA 等引研究了硫酸、盐酸、磷 酸、高氯酸等酸组合对石英砂酸洗效果的影响，发现 浓度1m o l ／L 硫酸在9 0 ℃时反应1 2 0m i n ，铁去除率 最高，为8 6 ．8 ％。通过以上文献发现，石英砂酸洗效 果跟酸液种类、酸浓度、酸洗温度等因素密切相关， 酸种类过多或酸液用量过大都会增加成本和造成浪 费，本文结合磁选加酸洗工艺，通过对三种常用酸 盐酸、硝酸、氢氟酸 所有组合方式进行酸洗对比， 得出三元混酸酸洗效果最佳，一次酸洗处理即可由 普通石英砂得到精制石英砂。通过酸洗动力学分析 发现石英砂混酸酸洗反应符合产物内扩散控制，加 快产物层的扩散可以提高酸洗提纯效果。 本文以风阳地区石英砂为原料，采用磁选一酸 洗的组合工艺，探讨了磁场强度和石英砂目数关系； 比较了不同类型酸、酸洗温度、酸浓度对石英砂除铁 表1 T a b l e1 的影响规律；运用未反应核模型对试验数据进行拟 合，得到酸洗条件下的反应控制步骤，并对酸洗反应 机理进行了对比分析。 1矿石性质 利用电感耦合等离子体发射光谱 I C P O E S 对 石英砂进行化学成分分析，结果如表l 。由表1 可以 看出，石英砂中主要杂质元素为铝、钾、铁、钙、钛、镁 和钠，原矿中总杂质含量为25 9 1 ．4 9 恤g ／g 。本试验 所用凤阳地区脉石英外表呈灰白色，半透明；石英颗 粒呈粗粒他形晶，表面和裂隙包裹大量杂质矿相，具 有交叉网状纹理；主要的杂质矿物包括钾长石、白云 母、岩盐、重晶石、赤铁矿、磁铁矿和其它氧化物等。 其中，铁杂质主要以赤铁矿、磁铁矿和白云母的形式 存在于颗粒表面或晶体内部包裹体中。 石英中杂质含量 C h e m i c a la n a l y s e so fs i l i c as a n ds a m p l e s ／ 斗g g _ 2 试验方法 2 ．1 石英砂预处理 将石英砂用破碎机破碎，筛选出1 0 6 ～1 5 0 、1 5 0 ～1 8 0 、1 8 0 ～2 5 0 、2 5 0 4 2 5 和4 2 5 ～8 8 0 “m 五个粒 径范围，保持干燥密封待用，1 8 0 ～2 5 0 斗m 石英原矿 杂质含量见表l 。 2 ．2 磁选处理 每组分别称取上述五个粒径范围内石英砂1 0 0 g ，固定磁选管磁场强度为2 0 0m T ，每组砂样分两次 磁选，磁选完烘干密封，经I C P O E S 测试分析，得出 磁选效果最好的粒径范围。选用此粒径范围内石英 砂，经磁选管充分磁选后用于酸洗试验。1 8 0 ～2 5 0 斗m 石英砂磁选后杂质含量见表1 。 2 ．3 酸洗试验 对盐酸、硝酸和氢氟酸进行七种组合，保持每种 类型酸溶液中氢离子含量为2m o L ／L ，液固比l l ，使 用6 0 ℃水浴加热，反应9 0 0m i n ；每组使用石英砂 1 0 0g 。对比每组除铁效果，得出酸液最佳组合。 对酸液浓度和酸洗温度因素进行试验。每组称 取石英砂样品1 0 0g ，石英砂经过磁选处理，杂质含 量如表1 。将称取的石英砂置于烧杯中，使用水浴锅 加热保持稳定的酸洗温度，配制一定浓度的混酸，混 酸的体积比V H 。。V 。№V 。， 3 3 1 ，再将} 昆酸用水 稀释，混酸与水体积比 ％‰ 分别为1 1 、l 1 ．5 、 l 2 、1 3 和1 4 ；液固比 l 1 ，将混酸倒人装有石 英砂样品的烧杯中，水浴加热后每隔一段时间取出 试样用去纯水冲洗五遍，p H 值试纸测试为中性后置 于加热板烘干待测。水浴锅加热温度分别为2 0 、 4 0 、6 0 、7 5 和9 0o C ；酸洗时间间隔分别为1 0 、3 0 、6 0 、 1 8 0 、3 6 0 、6 0 0 、9 0 0 和1 4 4 0m i n ，每组共有八个试样。 3 试验结果与讨论 3 ．1 粒径对磁选除铁影响 乜位／““ 图1不同粒径石英砂2 0 0m T 磁场强度下除铁效果 F i g ．1 E f f e c to fp a n i c l es i z e so ni r o nr e m o v Mr a t e b ym a g n e t i cs e p a r a t i o nu n d e r2 0 0m Tm a g n e t i cf i e l d 图1 为在2 0 0m T 磁场强度下，不同粒径石英砂 磁选前后铁含量的变化规律。由图1 可知，磁选前 石英砂中铁含量与粒径负相关；铁去除率与粒径正 相关，且粒径较大时，铁去除率上升较快，随着粒径 万方数据 6 6 有色金属 选矿部分2 0 1 7 年第4 期 减小，铁去除率趋于平缓，粒径1 5 0 1 8 0 斗m 时有最 大去除率2 4 ．9 ％，是4 2 5 8 8 0 “m 时去除率的2 ．8 倍。细化矿石的粒度，可以促使铁和其它矿物颗粒 分离，提高其纯度，但粒径进一步变小，磁选去除率 不再提高，分离效果减弱‘1 ⋯。 3 ．2 不同类型酸对除铁影响 图2 表示石英砂经不同类型酸溶液处理后铁含 量和去除率值。由图2 可知，三元酸去除率为 6 7 ．7 ％；二元酸分别为4 3 ．4 ％、5 8 ．1 ％和4 4 ．8 ％；一 元酸为5 1 ．2 ％、2 8 ．4 ％和4 6 ．8 ％。单独使用硝酸酸 洗，铁去除率最低；二元酸 盐酸 氢氟酸 去除率为 5 8 ．1 ％，仅次于三元混酸6 7 ．7 ％去除率；盐酸和氢氟 酸单独使用也有较好的效果。结果表明，三元混酸 酸洗除铁效果最好。其中，盐酸具有良好的金属溶 解能力，且对铁离子有络合性；硝酸能有效的氧化金 属元素生成可溶性盐，但单独使用时效果欠佳；氢氟 酸对二氧化硅、云母、长石等都具有明显的溶蚀作 用旧’1 0 ’”J ，加入氢氟酸可明显提升除铁效果；混酸酸 洗可产牛协同敬市，有利于提高杂嗳去除效率一 囫铁含自} ‘ 霸鬻鬻蓊鋈霾 H C I H N O 、H FH C I H N O H C I H FH N O ， H FH C I H 、I l H F 不同酸种类 图2 不同酸组合处理后石英砂 铁含量及对铁去除率影响 F i g ．2 E f f e c to fa c i dt y p e so ni r o nc o n t e n ti ns i l i c a s a n d a f t e rt r e a t m e n ta n di r o nr e m o v a lr a t e 3 ．3 反应温度对除铁影响 图3 为石英砂在不同温度下酸洗铁去除率曲 线，试验中使用三元混酸 ％‰ 1 2 ，水浴温度 为6 0 ℃。由图3 可知，铁去除率随着时间延长而变 大，酸洗温度较高时去除率较大，且去除率曲线短时 间内上升较快，随后趋于平缓。9 0 ℃水浴时，酸洗 1 8 0r a i n 时达到拐点，反应至3 6 0m i n ，铁去除率有最 大值8 8 ．3 ％，此时铁杂质含量为2 4 ．7 6I 山g ／g 。2 0 、 4 0 、6 0 、7 5 和9 0 ℃下反应至1 4 4 0m i n 时铁去除率分 别2 7 ．4 ％、4 8 ．5 ％、8 1 ．5 ％、8 4 ．8 ％和8 7 ％，6 0 、7 5 和 9 0 ℃反应至1 4 4 0m i n 铁去除率相近，6 0 ℃铁去除率 比4 0 ℃铁去除率提高了3 3 ％，而7 5 ℃铁去除率只 比6 0 ℃时提高3 ．3 ％。由此可知，酸洗温度的提升 会加快反应速率和提高铁去除率，但这种提升效果 会随着温度的增高趋于减弱． 图3 不同酸洗温度对石英砂中铁去除率影响 F i g ．3 E f f e c to ft e m p e r a t u r eo np e r c e n t a g e s o fi r o nl e a c h i n gf r o ms i l i c as a n d 3 ．4 酸浓度对除铁影响 图4 为用不同浓度三元混酸酸洗石英砂铁去除 率曲线，试验中酸洗温度为6 0 ℃。由图4 可知，铁 去除率随着时间延长和酸浓度增高而变大；铁去除 率曲线可以分为三个阶段1 0 ～6 0m i n 斜率较大，反 应激烈；6 0 ～3 6 0r a i n 斜率减小，反应放缓；3 6 0 ～ 1 4 4 0m i n 斜率趋近零，反应极其缓慢。酸洗反应至 1 4 4 0m i n 时，酸浓度由l 1 到1 4 铁去除率分别为 8 7 ．1 ％、8 4 ．3 ％、8 1 ．5 ％、6 6 ．4 ％和6 3 ．3 ％，酸浓度 1 1 时去除率最高，且酸浓度1 1 到1 2 三个浓度下 铁去除率接近，酸浓度1 3 和1 4 去除率接近，对比 于酸浓度1 3 、1 2 时有较大提升率。酸液浓度增大 会推动反应的正向进行，激活更多的活化分子，提升 除铁率，但浓度过高会迅速生成产物层限制反应进 行，铁去除率增幅变缓。 9 0 8 0 7 0 婕6 0 斛5 0 妹 蔫4 0 3 0 2 0 1 0 ∞∞舳加∞∞∞如如m 0 m ∞ 加 ∞ 舳 ∞ ∞ ∞ 0 万方数据 2 0 1 7 年第4 期刘加威等石英砂磁选一酸洗除铁机理研究 6 7 3 ．5 反应动力学模型 对于石英砂的酸洗试验数据，采用均相反应模 型来拟合8 | ，如下面公式 1 、 2 为一级和二级反 应方程，其中K 。，和K 。。分别为一二级反应速率常数， 石为反应分数，t 代表反应时间。 一I n 1 一石 K h f t 1 1 一戈 一1 1 K h ；t 2 图5 a 和5 b 分别为一l n 1 一戈 和 1 一z 一 一l 在不同酸洗温度下拟合曲线，相关系数R 2 分别 在0 ．8 8 9 6 ～0 ．9 8 8 5 和0 ．9 4 1 8 ～0 ．9 8 6 0 ，平均值分别 为0 ．9 5 6 0 和0 ．9 7 1 4 ，拟合相关关系较弱，均相反应 模型不能很好地拟合此酸洗反应。 ‘『．一j “ J ／I , ⋯】『二『．- ，㈦I ；J ／, i ⋯l 图5 酸洗反应在不同温度下均相反应与时间拟合线 a 一l n 1 一戈 与时间关系 b 1 一戈 ～一1 与时间关系 F i g ．5F i t t i n go fe x p e r i m e n t a ld a t af o rd i f f e r e n tt e m p e r a t u r e so fh o m o g e n e o u sr e a c t i o n a p l o t o f I n 1 一z w i t ht i m e b p l o to f 1 一戈 一1 1w i t ht i m e 考虑到液一固多相反应的复杂性，使用收缩未 反应芯模型来拟合酸洗反应“1 7 。该模型提出液一 固多相非催化反应由五个步骤控制，其中主要由反 应物外扩散、化学反应和产物内扩散三步来控制，如 图6 所示，此时反应形成产物层包裹住未反应芯，酸 液中离子需穿过滞流膜和产物层与未反应芯界面接 触，进而侵蚀颗粒- 。主要控速步骤表达式如下 外扩散控制1 一 1 一z Ⅳ3 K 。，t 3 化学反应控制1 一 1 一戈 Ⅳ3 K 。，t 4 产物内扩散控制l 一3 1 一戈 加 2 1 一X K l e d t 5 式中K Ⅱ、K 。和K 。。是反应速率常数，戈为反应分 数，t 代表反应时间。 图7 a 和 b 分别是产物内扩散控制方程对石 英砂在不同温度和不同酸浓度反应的拟合曲线，由 图7 可知，该酸洗反应速率随酸洗温度和酸浓度的 增高而变大。表2 为方程 4 、 5 和 6 对不同温 度下酸洗反应拟合K K 。K 。d 和相关系数形值。由 表2 可知，外扩散控制K ，对应的砰在0 ．8 9 8 6 0 ．9 9 5 5 范围内，平均值为0 ．9 6 0 3 ；化学反应K 。对应 的R 2 在0 ．9 2 8 7 0 ．9 9 2 5 内，平均值为0 ．9 6 7 8 ；产物 内扩散控制K 刊对应的R 2 在0 ．9 7 6 0 ～0 ．9 9 0 9 内，平 均值为0 ．9 8 5 1 。产物内扩散控制砰值在2 0 ℃和9 0 ℃时均在0 ．9 9 以上，外扩散控制和化学反应模拟尺2 值只在9 0 ℃时达到0 ．9 9 ，且产物内扩散控制模拟 尺2 最小值和平均值都更接近1 ，且好于图5 中均相 反应拟合相关度。由此可知，产物内扩散控制更符 合此酸洗眨鹿 图6 未反应核模型局部颗粒反应示意图 F i g ．6 S c h e m a t i ci l l u s t r a t i o n o fap a r t i c l e t o p o c h e m i c M l yr e a c t e da c c o r d i n gt o t h es h r i n k i n gc o r em o d e l 反观均相反应 1 一戈 ～一1 模型，砰平均值为 0 ．9 7 1 4 ，好于外扩散控制和化学反应控制，说明均相 反应模型对酸洗反应有一定的拟合效果，在酸洗反 应初期，产物层未对反应速率起主导作用，均相反应 万方数据 6 8 有色金属 选矿部分2 0 1 7 年第4 期 模型可用来拟合该反应- l8 | 。但随着产物的生成，逐 渐聚集成产物层包裹未反应芯，产物层的扩散速度 决定了反应的快慢，均相模型不再适用。 H u a n gH 等8 ‘利用草酸酸洗石英砂 4 5 ～9 0 o C ，发现反应为产物层扩散控制，9 0 ℃时反应速率 常数K I e d 比7 5 ℃时提高了5 0 0 ％；P e c i n aT 等Ⅲo 使 用硫酸结合过氧化氢于2 5 ～6 0 ℃酸洗闪锌矿，1 6 0 r ／m i n 搅拌，发现该反应为化学反应控制，并形成以 硫元素为主的产物层，加入柠檬酸、草酸和磷酸等络 合性酸产生协同作用，可有效地与矿物中金属离子 反应，减弱产物层对酸浸反应的干扰，增大锌元素的 回收率；M a r t i n e z L u 6 v a n o sA 等引用草酸酸洗高岭 土，研究发现反应控速步骤为产物层内扩散控制； S a f a r iV 等口叫研究了硫酸酸洗锌矿石，酸洗反应中 形成聚硅酸产物层，呈凝胶状“外壳”包裹住矿物颗 粒，温度较低时，该酸洗反应主要由产物层内扩散控 制，高温时反应速率由化学反应和产物层内扩散共 同控制。 r ￡『，川川／l | I I。■J i , f | I IJ ／m i I l 图7 酸洗多相反应与时间拟合线 a 不同温度下1 3 1 一戈 2 门 2 1 一z 与时间拟合线； b 不同浓度下多相反应1 3 1 一z ∽ 2 1 一戈 与时间拟合线 F i g ．7 F i t t i n go fe x p e r i m e n t a ld a t ao fh o m o g e n e o u sr e a c t i o n a p l o to fl 一3 1 一z ∥3 2 1 一x w i t ht i m e f o rd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n s ； b p l o to f1 3 1 一z 2 门 2 1 一戈 w i t ht i m ef o rd i f f e r e n tt e m p e r a t u r e s 表2 T a b l e2 多相反应模型K ，、K ，、K 。。和R 2 计算值 C o e f f i c i e n t sK 、K r 、K 砒n dR 2o fh e t e r o g e n e o u sm o d e l 3 ．6 反应活化能计算 反应速率常数K 和温度丁符合阿累尼乌斯 方程 l n K I n K 0 一 E 。／R ／T 6 其中K 是反应速率常数 m i n ‘1 ，K 为因子常 数 m i n 一 ，E a 为反应活化能 J ／m 0 1 ，尺是摩尔气 体常数[ 8 ．3 1 4J ／ m o l K ] ，丁是绝对温度 K 。 用I n K 对1 0 0 0 ／T K 作图，结果如图8 ，回归计算可 得E 。 5 1 ．7 3k J ／m 0 1 ．相关度R 2 0 ．9 5 3 3 。张阳 等旧1 ‘研究了硫酸加双氧水对电池芯粉的浸出试验， 发现此酸浸反应前期 5 ～3 0m i n 为化学反应控制， 后期 6 0 ～1 5 0m i n 为产物内扩散控制，计算活化能 分别为1 2 ．0 1k J ／m o l 和1 5 ．1 4k J ／m o l ，随着反应进 行，生成难溶物附着在物料表面，浸出困难，导致活 化能增大；且酸浸体系加入双氧水后反应活化能由 3 1 ．9 5k J ／t o o l 降到1 2 ．0 1k J ／m o l ，说明双氧水的加入 可降低活化能，提高钴元素浸出率。L e eSO 等旧2 j 研究了草酸酸洗赤铁矿试验，反应形成草酸铁产物 层，减缓反应速率，且酸洗温度的高低对产物层有很 大影响，温度较高时，I n K 值急剧上升，高温区 8 0 ℃ 一1 0 0 0 C E 。 5 0 ．7k J ／m o l ，低温区 2 5 ℃～8 0 ℃ E 。 1 2 ．2k J ／m o l ，E 。快速上升说明高温时反应更容易 形成产物层。W a n gJ 等∞引对盐酸酸洗石英砂进行 了研究，发现该酸洗反应为产物层扩散控制，使用超 万方数据 2 0 1 7 年第4 期刘加威等石英砂磁选一酸洗除铁机理研究 6 9 声辅助酸洗反应会降低反应活化能，使用超声辅助 后活化能由6 7 ．5k J ／m o l 将为4 3 ．6k J ／m o l ，降幅达 3 5 ％，说明辅助手段可促进石英砂的酸洗。 1 0 0 0 ／H K 图8 酸洗反应阿累尼乌斯曲线 F i g ．8 A r r h e n i u sp l o tf o rl e a c h i n gs i l i c as a n d 以上文献说明，利用辅助手段可降低反应活化 能，提高反应效率，辅助手段包括物理性手段，比如 搅拌‘23 | 、超声m3 等和化学性手段，包括加入氧化 剂‘1 8 ’2 1 1 、络合剂‘1 8 1 等；提高酸洗温度能加快反应速 率 K 涮增大 ㈦’2 2 1 ，但更容易形成产物层阻碍反应 进程。 4结论 1 研究了磁选加酸洗提纯石英砂的工艺，优化 了石英砂磁选工艺参数。结果表明，三元混酸 硝酸 盐酸 氢氟酸 除铁效果最好；％‰ 1 1 ，9 0 ℃水浴反应3 6 0m i n ，石英砂中铁去除率最高 可达8 8 ．3 ％，铁杂质含量为2 4 ．7 6 斗g ／g ； 2 石英砂的酸洗过程控速步骤为产物层内扩散 控制，去除率 戈 对反应时间 t 的关系式1 3 1 一 菇 们 2 1 一戈 K t e dt ，反应活化能E 。 5 1 ．7 3 k J ／m o l 。采用辅助方法抑制产物层形成或加速产物 层流动可降低反应活化能，提高酸洗提纯效果。 参考文献 [ 1 ] Z H A N GZ ，L IJ ，L IX ，e ta 1 ．H i 【g he f f i c i e n c yi r o nr e m o v a l f r o mq u a r t zs a n du s i n g p h o s p h o r i ca c i d [ J ] ．I n t e r n a t i o n a l J o u r n a lo fM i n e r a lP r o c e s s i n g ，2 0 1 2 ，11 4 3 0 3 4 ． [ 2 ] D A LM A R T E L L OE ，T R A N E L LG ，G A A LS ，e ta 1 ．S t u d y o fp e l l e t sa n dl u m p sa sr a wm a t e r i a l si ns i l i c o np r o d u c t i o n f r o mq u a r t za n ds i l i c o n c a r b i d e [ J ] ．M e t a l l u r g i c a la n d M a t e r i a l sT r a n s a c t i o n sB ，2 0 1 1 ，4 2 5 9 3 9 - 9 5 0 ． [ 3 ] S A N T O SMFM ，F U J I W A R AE ，S C H E N K E LEA ，e ta 1 ． P r o c e s s i n go fq u a r t zl u m p sr e j e c t e db ys i l i c o ni n d u s t r yt o o b t a i nar a wm a t e r i a lf o r s i l i c ag l a s s [ J ] ．I n t e r n a t i o n a l J o u r n a lo fM i n e r a lP r o c e s s i n g ，2 0 1 5 ，1 3 5 6 5 - 7 0 ． [ 4 ] P R A K A S HS ，D A SB ，M O H A N T YJK ，e ta 1 ．T h er e c o v e r y o f f i n e i r o nm i n e r a l sf r o mq u a r t za n dc o r u n d u mm i x t u r e s u s i n gs e l e c t i v em a g n e t i cc o a t i n g [ J ] ．I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo f M i n e r a lP r o c e s s i n g ，1 9 9 9 ，5 7 2 8 7 1 0 3 ． [ 5 ] D UF ，L IJ ，uX ，e ta 1 ．I m p r o v e m e n to fi r o nr e m o v a lf r o m s i l i c as a n d u s i n gu l t r a s o u n d a s s i s t e do x a l i ca c i d [ J ] ． U l t r a s o n i c sS o n o c h e m i s t r y ，2 0 11 ，1 8 1 3 8 9 - 9 3 ． [ 6 ] V I E I R AAM ，P E R E SAEC ．T h ee f f e c t o fa m i n et y p e ， p H ，a n ds i z er a n g ei nt h ef l o t a t i o no fq u a r t z [ j ] ．M i n e r a l s E n g i n e e r i n g ，2 0 0 7 ，2 0 1 0 1 0 0 8 1 0 1 3 ． [ 7 ] M O W L AD ，K A R I M IG ，O S T A D N E Z H A DK ．R e m o v a lo f h e m a t i t ef r o ms i l i c as a n do r eb yr e v e r s ef l o t a t i o n t e c h n i q u e [ J ] ．S e p a r a t i o n P u r i f i c a t i o nT e c h n o l o g y ，2 0 0 8 ，5 8 3 4 1 9 - 4 2 3 ． [ 8 ] T Y R I A K O V 6I ，T Y R I A KI ，K R A U SI ，e ta 1 ． B i o d e s t r u c t i o na n dd e f e r r i t i z a t i o no f q u a r t z s a n d s b y B a c i l l u ss p e c i e s [ J ] ．M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 0 3 ，1 6 8 7 0 9 - 7 1 3 ． [ 9 ] T U N C U KA ，A K C I LA ．I r o nr e m o v a li np r o d u c t i o no f p u r i f i e dq u a r t zb yh y d r o m e t a l l u r g i c a lp r o c e s s [ J ] ． I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo fM i n e r a lP r o c e s s i n g ，2 0 1 6 ，1 5 3 4 4 - 5 0 ． [ 1 0 ] uJs ，uxX ，S H E NQ ，e ta 1 ．F u r t h e rp u r i f i c a t i o no f i n d u s t r i a lq u a r t zb ym u c hm i l d e rc o n d i t i o n sa n dah a r m l e s s m e t h o d [ J ] ．E n v i r o n m e n t a lS c i e n c e ＆T e c h n o l o g y ，2 0 1 0 ， 4 4 1 9 7 6 7 3 - 7 ． [ 1 1 ] L Ix ，L IT ，G A OJ ，e ta 1 ．An o v e l ”g r e e n ”s o l v e n tt o d e e p l yp u r i f yq u a r t zs a n dw i t hh i g hy i e l d s A c a s es t u d y [ J ] ．J o u r n a lo fI n d u s t r i a la n dE n g i n e e r i n gC h e m i s t r y ， 2 0 1 6 ，3 5 3 8 3 - 3 8 7 ． [ 1 2 ] V E