石英砂选矿提纯一般是以去除铁杂质为主要目的，铁杂质在石英矿中的赋存状态，决定了选矿法可否将它们去除以及去除的程度。了解铁杂质是存在于哪些矿相中、是以何种形式存在、含量及其分布等情况，是拟定选矿提纯方案和预测分选指标的重要依据。

一、石英砂中铁杂质的存在形式

石英砂中铁杂质赋存形式较为复杂多样，或存在于粘土或长石等矿相中，或以氧化铁、含铁矿形式附着于颗粒表面，或赋存于石英颗粒内部。

（1）存在于黏土矿物中

在某些出露地表的沉积砂矿床中，含有较多的风化黏土。这种黏土是由长石、石灰石、页岩等风化而成的，黏土的成分是含有云母、石英、褐铁矿、绿泥石、方解石和角闪石混合物的天然水成矾土硅酸盐。其粒度很细，主要是由10μm以下的颗粒组成。

（2）存在于重矿物及磁性矿物中

重矿物系指相对密度大于2.9的矿物。这些矿物中大部分都具有磁性或弱磁性，铁是这些矿物中的基本组成元素。所以我们也可以将它们称为是存在于单体矿物中，如磁铁矿、赤铁矿、黄铁矿、磁黄铁矿、钛铁矿、铬铁矿、铁橄榄石、褐橄榄石、褐铁矿、等。

（3）存在于轻矿物中

轻矿物主要指长石（通常为正长石或微斜长石）。长石中的氧化铝有时被氧化铁取代，其量可达0.5%-0.7%。此外，还有高岭石、白云母、方解石、白云石等。在这些轻矿物中，铁是以类质同象形式进入晶格中，由于它们的密度与石英十分接近，所以分离它们相当困难。

（4）存在于薄膜铁中

石英砂中的石英颗粒，在纯净的情况下呈白色，受到污染后呈现灰色、褐色、黄色甚至红色等。例如黏土可使之呈灰色或黄色，金属矿物和其他暗色矿物能使之呈灰色，薄膜铁使之呈黄色或红色。我们平常见到的大都是受到污染的石英砂。

从成分上说，石英颗粒的污染主要是铁质污染和泥质污染。前者是指铁的氧化物或氢氧化物对石英颗粒的污染。后者是指一系列层状构造的铝硅酸盐的黏土类矿物污染。

从成因上说，可分为原生污染和次生污染。原生污染是指由矿染作用而导致的在某一矿物表面或内部被它种矿物污染的现象。矿染作用是在成矿过程中某种矿物以微粒或薄膜状产于它种矿物内部或表面的现象，是与成矿过程密切相关的。还有因吸附作用而导致的在石英颗粒表面被它种矿物（或离子）污染的现象，称为次生污染。

石英颗粒受黏土矿物污染是与石英表面凹陷及缝隙以及黏土的可塑性相关的。这种附于石英颗粒表面的黏土质比较容易去除，因为它们黏结并不牢固。而石英颗粒表面氧化铁薄膜却很难消除，这是因成矿作用造成的。实际上，所谓薄膜铁主要是指这种情况。

（5）存在于连生体或晶格中

石英砂中的各种矿物基本上可以认为已经处于单体解离状态，故无需再施破碎，但石英颗粒与其他含铁矿物连生在一起的情况仍然存在。这些连生体多数是暗色矿物，它们有的包裹在石英颗粒内部，有的镀嵌在石英颗粒的边缘，成为矿物集合体，所谓包裹铁主要是指这种情况。

二、六种石英砂除铁方法

1、机械擦洗除铁

机械擦洗是借助机械外力和砂粒问的碰撞与摩擦来除去石英砂表面的薄膜铁及粘附在石英砂表面的含铁矿物。目前，擦洗技术主要是棒磨擦洗和机械擦洗。对于机械擦洗，一般认为影响擦洗效果因素主要是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。机械擦洗的效率随矿浆浓度增加而提高，原因是增加矿浆浓度可以使颗粒之间碰撞的几率增加。

与其它除铁工艺相比较该方法有以下特点：

1)产品质量好、可以达到浮法玻璃对优质硅砂的质量要求;

2)产量大。现在一些小规模的生产企业和加工企业使用这种方法除铁的较多，因为它成本低操作简单，但除铁率相对较低。

2、磁选除铁

石英砂中主要矿物—石英，是反磁性物质，在磁场中不能被磁化。而石英砂中含铁的杂质矿物：赤铁矿、褐铁矿、磁铁矿、针铁矿等，大部分都是磁性物质在磁场中可以被磁化。在磁选工艺上就是利用这一性质上的差异，通过磁选除去石英砂中的这些含铁杂质矿物。为了达到除去含铁矿物目的，使磁性矿物与非磁性矿物分离，作用在磁性矿物上的磁力必须满足如下条件：作用于磁性矿粒上的磁力大于作用于磁性矿粒上的所有机械力的合力。

磁选分为干选和湿选。把干选和湿选两种工艺进行比较发现，湿式强磁选存在磁选机耗电量大、介质易磨损、生产用水量大、运行和维修成本高等缺陷。干式强磁选工艺操作方便，运行和维修成本比湿式低。

在磁选工艺中，湿式强磁选机可以最大限度地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。一般而言，对含杂以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;对含杂质以磁铁矿为主的强磁性矿物，则采用弱磁机或中磁机进行选取效果比较好。在生产中采用湿式强磁选机最佳可获得Fe2O3为0.036%的优质石英砂精矿。湿式强磁选机除铁效果受给料量、冲洗水量、磁场强度等参数影响，其中以磁场强度影响最大。另外，磁选次数越多，石英砂粒度越细，除铁效果越好。

3、超声波除铁

超声波是一种依靠媒质来传播的高频率(频率大于20000Hz)声波，它具有机械能，在传播的过程中会与媒质发生相互作用，产生机械效应、热效应及空穴效应。当超声波在水(或溶液)中发出时，会产生许多压缩、膨胀区域，导致了无数微气泡(空化泡)的形成和破裂，这种情况被称为空化现象。在空化过程中，液体内部压强发生突变，从而伴有冲击波，其压力可达几千至几万个大气压。在这种冲击波的作用下，粘附在颗粒表面的含铁杂质便从颗粒表面脱落下来进人液相，从而达到除铁的目的。

超声波除铁与机械擦洗相比此法不仅可消除矿物表面杂质，而且可以清除颗粒解理缝隙处的杂质，因而，其除铁效果更好。超声波除铁对于硅砂这种廉价资源来说，目前还显得比较昂贵，在大型选矿厂应用仍有困难，但用于那些要求纯度高、用量少的生产领域是可能的。

4、浮选除铁

浮选法主要是用来分离石英砂中的长石，也可用来除去石英砂中的云母等粘土矿物以及次生铁。最典型工艺是以氢氟酸为活化剂，在强酸性下(pH?2～3)采用胺类阳离子捕收剂进行浮选。浮选铁时，NaOH可用来抑制被金属离子活化的石英;浮选长石、云母等粘土矿时，H2SO4不仅可以在被浮的长石表面产生定位吸附，降低表面负龟性，而且可活化长石和云母。

浮选法可分为3种：

第一种是有氟有酸法。这种方法因其浮选效果好、容易控制、指标稳定而被广泛采用。但氟离子对土地的侵蚀作用及对周同生态环境的破坏很大。

第二种是无氟有酸法。这种方法的最大优点是避免使用对环境有破坏性作用的氟离子，生产指标稳定，但强酸对选矿设备的腐蚀作用不容忽视。对浮选设备有较高要求。

第三种是无氟无酸法。在自然pH条件下，通过对阴阳离子捕收剂的合理调配，创造一个独特的高浓度矿浆浮选环境，达到优先浮选杂质矿物的目的。但由于这种方法对原砂处理及矿浆环境有较严格的要求，生产上不容易控制，目前未能得到广泛应用。浮选法对去除赋存于重矿物中的铁效果很好，美国硅砂选矿厂采用在酸性条件下，以石油磺酸钠、煤油为捕收剂，分离出黑云母及含铁矿，使Fe2O3含量从0.12%～0.18%降至0.06%～0.065%。浮选法除铁工艺简单、成本低、效果好。该工艺对扩大我国石英砂资源的利用范围起到了积极的作用。

5、酸浸除铁

酸浸除铁是利用石英不溶于酸(HF除外)，含Fe的杂质矿物能被酸液溶解的特点，从而可以实现从石英砂中除去含铁矿物的目的。酸浸法不仅可以从石英砂中除去含铁矿物，对石英中的非金属杂质矿物均有良好的去除效果。

6、生物除铁

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，目前处于实验室和小型试验的研究阶段。据国外研究结果表明，黑曲霉菌、青霉菌、梨形毛菌、假单胞菌类、杆菌类、多粘芽胞杆菌、乳酸小球菌等微生物对石英表面氧化铁进行浸除时，均取得了较好的效果，其中以黑曲霉素菌浸除铁效果最佳，Fe2O3的去除率最高达88.8%，石英砂中Fe2O3的品位低达0.008%。研究还发现用细菌和霉菌预先栽培好的培养液浸出铁的效果更好。厌氧菌种分解铁的速率比需氧菌种要慢些。不同氧化铁矿物的细菌浸出灵敏性不同，从褐铁矿中溶解铁比从针铁矿中要慢，但是比从赤铁矿中要快得多。值得指出的是，浸出后的最终铁含量与浸出前最初的铁含量无关，而与铁在矿物原料中的存在形式有关。只有不位于矿物晶格点阵中的铁才能通过此方法除掉。