长石－石英浮选分离工艺研究

1引言 石英砂资源，由于其含有较多的长石等杂质，铝、铁含量较高，原砂中SiO2含量有时仅74%，远不能满足玻璃行业对石英砂纯度的要求。采用选矿方法提高石英砂纯度，对开发利用石英砂资源有重要意义。

本次试验通过对某钾、钠长石的浮选试验研究，成功地实现了钾长石与石英等杂质矿物的有效分离，并对浮选分离的机理进行了初步研究。

2矿石性质 送选的钾和钠长石原矿样的物相分析见表1。

表1 长石多元素分析(%)

矿样通过较系统的试验，两种长石原矿在常规酸性和碱性条件下都不能有效地分离，得不到合格的长石与石英精矿产品。只有在采用HF作抑制剂的条件下，通过粗精再磨，才能最终得到合格的长石、石英精矿产品，其小型试验结果见表2。

表2 小型试验结果(%)

石英与长石都属于架状结构硅酸盐矿物，具有相同的晶体结构：硅(铝)氧四面体与4个硅氧四面体共角顶相互联结，形成在三维空间无限延伸的架状结构。两者在水溶液中的荷电机理也基本相同：矿物经破碎后，晶体破裂、硅(铝)氧键断裂;在水溶液中吸附定位离子生成羟基表面;在介质不同pH值条件下，产生解离或吸附，形成不同的表面电位。

由于矿物破碎断面上极化程度较高、亲水性很强，所以石英和长石在很宽的pH值范围内均呈现负电性，零电点都很低。

由于长石结构中，铝氧四面体对硅氧四面体的取代，导致两者在很多方面也有细徽的差别：

Al3+与Si4+电价不同，为补偿Al3+对Si4+的取代所造成的电价不平衡，而引进K+、Na+等碱土金属离子，这些金属离子与O2-之间的离子键键强低、联结力弱、易在水中解离，使矿物表面留有负电荷的品格，这使得通常情况下长石的零电点比石英低。同时由于Al-O键比Si-O键键强低，破碎时Al-O键更易于断裂，使长石表面暴露大量Al3+化学活性区。这些差异导致石英和长石的可浮性略有不同，为石英与长石的浮选分离提供了依据。

3试验研究(一)原矿除铁试验

长石中含铁杂质矿物主要是磁铁矿、黑云母、褐铁矿。磁铁矿具有磁性，黑云母、褐铁矿具有弱磁性，故用高梯度磁选可将其分离出一部分。在磨矿过程中，对不同细度检查筛析没有筛分出黑云母片，因而不能用筛分或分级等方法将黑云母与长石分离，只能用高梯度磁选分离出含铁矿物。为了去除含铁杂质，选用Slon-100实验型脉动高梯度磁选机进行试验。流程见图1，结果见表3。

图1 原矿除铁试验流程

表3 -200目占70%时不同磁场强度除铁效果(%)

从表3结果看：随着磁场强度的提高，在1.0T时铁矿物的产率有所回落，但到1.2T时，产率较0.8T时约提高了0.3%。故最佳条件为原矿细度-200目占81%，磁场强度1.2T。

图2 pH值条件试验流程

(二)硫酸法长石-石英分离试验

1、 pH值条件试脸

试验流程见图2，结果见表4。

表4 硫酸法PH值条件试验结果(%)

2、捕收剂用量试验

试验流程与图2相同，采用硫酸作抑制剂，pH值为2，改变不同的组合捕收剂用量，其试验结果见表5。

表5 硫酸法组合捕收剂用量试验结果(%)

该法是在强酸(一般为H2SO4)性(pH=2～3)条件下，用阴阳离子混合捕收剂优先浮选长石。据K. H.拉奥等的研究表明：pH值正处于石英零电点附近，而比长石零电点(pH =1.5)高，因此在此条件下长石表面负电荷，石英表面不带电荷。需要特别指出，实现浮选选择性的关键是矿浆溶液的pH值，即：在该pH值下，长石和石英表面所带电荷不同，因而胺类捕收剂吸附在长石表面上，而不吸附在石英表面上，阴离子捕收剂再与阳离子捕收剂络合而共同吸附，增大矿物表面疏水性;而石英则因表面接近中性，对阴阳离子均不吸附，因而亲水难浮。还有人指出，阴阳离子混合捕收剂使长石表面疏水性大大增强的原因是在该pH值下，长石表面既有活性Al3+对阴离子捕收剂的特性吸附，又有表面配衡金属离子K+或Na+因溶于矿浆而在矿物表面形成的正电荷空洞，对阳离子捕收剂的静电和分子吸附，多种吸附互相促进，协同作用，使长石可浮性大大优于石英。

由表4、5可见，采用硫酸作抑制剂，不论捕收剂用量多少，石英和长石均不能有效的分离，这可能是由于矿石单体解离度不够而造成的。

(三) HF法钾长石-石英分选试验

试验流程见图3，结果见表6。

图3 HF法长石-石英分选试验流程

表6 钾长石-石英HF法分选结时(%)

(四)HF法钠长石-石英分选试验

试验流程同图3，试验结果见表7。

表7 钠长石-石英HF法分选试验结果(%)

由表6、7看出，由于原矿嵌布粒度较细，既使采用HF法也不能有效地分离长石-石英，所得石英产品的SiO2含量还是较低。

(五)二段磨矿长石-石英分选试验

为了得到合格的石英产品，针对原矿中长石、石英粒度较细及嵌布特性复杂的特点，增加了一段浮选后所得石英进行二段磨矿，再以HF法进行二次选别。其试验流程见图4、结果见表8。

图4 二段磨选HF法长石-石英分离流程

表8 二段磨选HF法长石-石英分离结果(%)

从表8的结果看，石英粗精矿再磨后，再以HF法进行分选，所得石英产品Sio2含量达到96.74%，符合用户质量要求;长石产品也能达到一级品的要求。该法是在石英、长石矿浆中加人HF酸，在pH=2～3时，用阳离子捕收剂胺类优先浮选长石。

随着矿浆pH值下降，上述矿浆中石英、长石表面的解离平衡被打破。[H+]浓度提高，使解离平衡左移，石英、长石表面负电性减小。当pH=2～3时，石英表面动电位接近零;由于HF酸对Si-O键的刻蚀，使长石表面Al3+突出而成为活性中心。同时溶液中很快形成的[SiF6]2-络离子，能与长石表面Al3+、K+、Na+形成稳定的络合物，附于长石表面，从而又形成长石表面相当的负电性。当阳离子捕收剂RNH3+加入该体系时，会静电吸附于长石表面，进而使长石表面疏水而优先浮出。

4矿石难选因素分析 1、由于钾长石和石英物理性质、化学组成、结构构造等方面的相似是造成分离困难的主要原因。它们都是硅酸盐架状结构，不同点在于石英结构中1/4的Si4+被Al3+取代，即变为长石。由于Al3+取代Si4+，而在相应的四面体构造单元中则充入K+或Na+作为金属配衡离子，以保持矿物的中电性。因而根据K+或Na+含量的多少，长石可分为钾长石和钠长石。

2、由于矿物本身含有微量碳酸盐，在酸性介质中会溶出部分Ca2+、Mg2+，而Ca2+、Mg2+在矿浆中的浓度较高时，会影响长石表面的正电荷空洞对捕收剂的静电和分子吸附，最终影响长石的优先浮出。所以试验中要进行酸洗脱水。

3、在试验中，当pH>4.5或<1.5时，既使加入阴阳离子混合捕收剂，长石和石英也不能有效分离，这说明矿浆pH对浮选非常重要：当pH控制在2.0～3.0时，单独加入阴离子或阳离子捕收剂也都不能有效浮出长石。这说明捕收剂对长石的作用是：1)强酸性使长石表面的解离平衡向左移，负电性下降;2)长石晶格中区域的空隙配衡金属离子K+或Na+被溶解于矿浆中，表面形成正电荷空洞，当阴阳离子混合捕收剂加入该矿浆中时，在石英表面仅形成微弱的静电和分子吸附，而在长石表面则有活性Al(s)3+对阴离子捕收剂的特性吸附和正电荷空洞对阳离子捕收剂的静电和分子吸附，这数种吸附互相促进、共同作用，使长石表面的捕收剂吸附量远大于石英表面，从而导致长石优先浮出。

5结语 1)试验矿石属物质组成比较复杂、嵌布粒度微细的难分选矿石。

2)采用中性条件，一般的酸法与碱法都不能进行石英-长石的有效分离，得不到合格的长石、石英精矿产品。

3)采用HF法加上粗精矿再磨再选，可以得到合格的长石、石英精矿。