一、引言
石英砂資源，由于其含有較多的長(cháng)石等雜質(zhì)，鋁、鐵含量較高，原砂中SiO2含量有時(shí)僅74％，遠不能滿(mǎn)足玻璃行業(yè)對石英砂純度的要求。采用選礦方法提高石英砂純度，對開(kāi)發(fā)利用石英砂資源有重要意義。
本次試驗通過(guò)對某鉀、鈉長(cháng)石的浮選試驗研究，成功地實(shí)現了鉀長(cháng)石與石英等雜質(zhì)礦物的有效分離，并對浮選分離的機理進(jìn)行了初步研究。
二、礦石性質(zhì)
送選的鉀和鈉長(cháng)石原礦樣的物相分析見(jiàn)表1。
表1 長(cháng)石多元素分析（％）
| 組分 |
K2O |
Na2O |
SiO2 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
Fe2O3 |
| 鉀長(cháng)石 |
5.45 |
3.05 |
74.02 |
10.65 |
0.57 |
0.53 |
1.36 |
| 鈉長(cháng)石 |
4.79 |
2.74 |
74.78 |
11.54 |
0.91 |
0.62 |
0.90 |
礦樣通過(guò)較系統的試驗，兩種長(cháng)石原礦在常規酸性和堿性條件下都不能有效地分離，得不到合格的長(cháng)石與石英精礦產(chǎn)品。只有在采用HF作抑制劑的條件下，通過(guò)粗精再磨，才能最終得到合格的長(cháng)石、石英精礦產(chǎn)品，其小型試驗結果見(jiàn)表2。
表2 小型試驗結果（％）
| 產(chǎn)品 |
產(chǎn)率 |
品位 |
回收率 |
| K2O |
Na2O |
SiO2 |
K2O |
Na2O |
SiO2 |
| 長(cháng)石1 |
65.90 |
6.50 |
3.04 |
67.81 |
78.59 |
65.68 |
60.21 |
| 長(cháng)石2 |
12.07 |
5.48 |
3.45 |
70.50 |
12.13 |
13.65 |
11.46 |
| 石英 |
21.28 |
|
|
96.74 |
|
|
27.34 |
| N雜 |
0.75 |
|
|
58.89 |
|
|
0.59 |
| 給礦 |
100.00 |
5.45 |
3.05 |
74.22 |
100.00 |
100.00 |
100.00 |
石英與長(cháng)石都屬于架狀結構硅酸鹽礦物，具有相同的晶體結構：硅（鋁）氧四面體與4個(gè)硅氧四面體共角頂相互聯(lián)結，形成在三維空間無(wú)限延伸的架狀結構。兩者在水溶液中的荷電機理也基本相同：礦物經(jīng)破碎后，晶體破裂、硅（鋁）氧鍵斷裂；在水溶液中吸附定位離子生成羥基表面；在介質(zhì)不同pH值條件下，產(chǎn)生解離或吸附，形成不同的表面電位。
由于礦物破碎斷面上極化程度較高、親水性很強，所以石英和長(cháng)石在很寬的pH值范圍內均呈現負電性，零電點(diǎn)都很低。
由于長(cháng)石結構中，鋁氧四面體對硅氧四面體的取代，導致兩者在很多方面也有細徽的差別：
Al3+與Si4+電價(jià)不同，為補償Al3＋對Si4＋的取代所造成的電價(jià)不平衡，而引進(jìn)K+、Na＋等堿土金屬離子，這些金屬離子與O2－之間的離子鍵鍵強低、聯(lián)結力弱、易在水中解離，使礦物表面留有負電荷的品格，這使得通常情況下長(cháng)石的零電點(diǎn)比石英低。同時(shí)由于A(yíng)l－O鍵比Si－O鍵鍵強低，破碎時(shí)Al－O鍵更易于斷裂，使長(cháng)石表面暴露大量Al3+化學(xué)活性區。這些差異導致石英和長(cháng)石的可浮性略有不同，為石英與長(cháng)石的浮選分離提供了依據。
三、試驗研究
（一）原礦除鐵試驗
長(cháng)石中含鐵雜質(zhì)礦物主要是磁鐵礦、黑云母、褐鐵礦。磁鐵礦具有磁性，黑云母、褐鐵礦具有弱磁性，故用高梯度磁選可將其分離出一部分。在磨礦過(guò)程中，對不同細度檢查篩析沒(méi)有篩分出黑云母片，因而不能用篩分或分級等方法將黑云母與長(cháng)石分離，只能用高梯度磁選分離出含鐵礦物。為了去除含鐵雜質(zhì)，選用Slon-100實(shí)驗型脈動(dòng)高梯度磁選機進(jìn)行試驗。流程見(jiàn)圖1，結果見(jiàn)表3。
圖1 原礦除鐵試驗流程
表3 －200目占70%時(shí)不同磁場(chǎng)強度除鐵效果（％）
| 磁場(chǎng)強度/T |
產(chǎn)品 |
產(chǎn)率 |
鐵含量 |
鐵回收率 |
0.8
|
鐵礦物 |
2.72 |
21.06 |
44.40 |
| 除鐵礦品 |
97.28 |
0.74 |
55.60 |
| 原礦 |
100.00 |
1.29 |
100.00 |
1.0
|
鐵礦物 |
2.30 |
22.96 |
39.11 |
| 除鐵礦品 |
97.70 |
0.84 |
60.89 |
| 原礦 |
100.00 |
1.35 |
100.00 |
1.2
|
鐵礦物 |
3.11 |
20.74 |
48.13 |
| 除鐵礦品 |
96.86 |
0.72 |
51.87 |
| 原礦 |
100.00 |
1.34 |
100.00 |
從表3結果看：隨著(zhù)磁場(chǎng)強度的提高，在1.0T時(shí)鐵礦物的產(chǎn)率有所回落，但到1.2T時(shí)，產(chǎn)率較0.8T時(shí)約提高了0.3％。故最佳條件為原礦細度-200目占81％，磁場(chǎng)強度1.2T。
圖2 pH值條件試驗流程
（二）硫酸法長(cháng)石－石英分離試驗
1、 pH值條件試臉
試驗流程見(jiàn)圖2，結果見(jiàn)表4。
表4 硫酸法PH值條件試驗結果（％）
| pH值 |
產(chǎn)品 |
產(chǎn)率 |
SiO2品位 |
SiO2回收率 |
3
|
K長(cháng)石 |
13.87 |
65.38 |
12.10 |
| X石英 |
86.13 |
76.43 |
87.90 |
| 原礦 |
100.00 |
74.90 |
100.00 |
2
|
K長(cháng)石 |
11.17 |
63.36 |
9.51 |
| X石英 |
88.83 |
75.84 |
90.49 |
| 原礦 |
100.00 |
74.44 |
100.00 |
2、捕收劑用量試驗
試驗流程與圖2相同，采用硫酸作抑制劑，pH值為2，改變不同的組合捕收劑用量，其試驗結果見(jiàn)表5。
表5 硫酸法組合捕收劑用量試驗結果（％）
| 捕收劑用量/g·t－1 |
產(chǎn)品 |
產(chǎn)率 |
SiO2品位 |
SiO2回收率 |
| 十二胺：十二烷基磺酸鈉 |
K長(cháng)石 |
13.61 |
64.36 |
11.68 |
| 粗選：50∶200 |
X石英 |
86.39 |
76.70 |
88.32 |
| 掃選：25∶100 |
原礦 |
100.00 |
75.02 |
100.00 |
| 十二胺：十二烷基磺酸鈉 |
K長(cháng)石 |
13.56 |
65.44 |
11.84 |
| 粗選：50∶200 |
X石英 |
86.44 |
76.44 |
88.16 |
| 掃選：25∶100 |
原礦 |
100.00 |
74.95 |
100.00 |
| 十二胺：十二烷基磺酸鈉 |
K長(cháng)石 |
14.26 |
67.62 |
12.84 |
| 粗選：50∶200 |
X石英 |
85.74 |
76.36 |
87.16 |
| 掃選：25∶100 |
原礦 |
100.00 |
75.11 |
100.00 |
該法是在強酸（一般為H2SO4）性（pH＝2～3）條件下，用陰陽(yáng)離子混合捕收劑優(yōu)先浮選長(cháng)石。據K. H.拉奧等的研究表明：pH值正處于石英零電點(diǎn)附近，而比長(cháng)石零電點(diǎn)（pH =1.5）高，因此在此條件下長(cháng)石表面負電荷，石英表面不帶電荷。需要特別指出，實(shí)現浮選選擇性的關(guān)鍵是礦漿溶液的pH值，即：在該pH值下，長(cháng)石和石英表面所帶電荷不同，因而胺類(lèi)捕收劑吸附在長(cháng)石表面上，而不吸附在石英表面上，陰離子捕收劑再與陽(yáng)離子捕收劑絡(luò )合而共同吸附，增大礦物表面疏水性；而石英則因表面接近中性，對陰陽(yáng)離子均不吸附，因而親水難浮。還有人指出，陰陽(yáng)離子混合捕收劑使長(cháng)石表面疏水性大大增強的原因是在該pH值下，長(cháng)石表面既有活性Al3＋對陰離子捕收劑的特性吸附，又有表面配衡金屬離子K+或Na＋因溶于礦漿而在礦物表面形成的正電荷空洞，對陽(yáng)離子捕收劑的靜電和分子吸附，多種吸附互相促進(jìn)，協(xié)同作用，使長(cháng)石可浮性大大優(yōu)于石英。
由表4、5可見(jiàn)，采用硫酸作抑制劑，不論捕收劑用量多少，石英和長(cháng)石均不能有效的分離，這可能是由于礦石單體解離度不夠而造成的。
（三） HF法鉀長(cháng)石－石英分選試驗
試驗流程見(jiàn)圖3，結果見(jiàn)表6。
圖3 HF法長(cháng)石－石英分選試驗流程
表6 鉀長(cháng)石－石英HF法分選結時(shí)（％）
| 浮選pH值 |
產(chǎn)品 |
產(chǎn)率 |
SiO2品位 |
SiO2回收率 |
粗選1.5
|
N雜 |
1.15 |
65.06 |
1.00 |
| K長(cháng)石 |
57.20 |
68.10 |
52.13 |
掃選2.0
|
X石英 |
41.65 |
84.10 |
46.87 |
| 原礦 |
100.00 |
74.73 |
100.00 |
（四）HF法鈉長(cháng)石－石英分選試驗
試驗流程同圖3，試驗結果見(jiàn)表7。
表7 鈉長(cháng)石－石英HF法分選試驗結果（％）
| 浮選pH值 |
產(chǎn)品 |
產(chǎn)率 |
SiO2品位 |
SiO2回收率 |
粗選1.5
|
N雜 |
6.11 |
59.40 |
5.00 |
| Na長(cháng)石 |
78.08 |
71.32 |
76.67 |
掃選2.0
|
X石英 |
15.81 |
84.20 |
18.33 |
| 原礦 |
100.00 |
72.63 |
100.00 |
由表6、7看出，由于原礦嵌布粒度較細，既使采用HF法也不能有效地分離長(cháng)石－石英，所得石英產(chǎn)品的SiO2含量還是較低。
（五）二段磨礦長(cháng)石－石英分選試驗
為了得到合格的石英產(chǎn)品，針對原礦中長(cháng)石、石英粒度較細及嵌布特性復雜的特點(diǎn)，增加了一段浮選后所得石英進(jìn)行二段磨礦，再以HF法進(jìn)行二次選別。其試驗流程見(jiàn)圖4、結果見(jiàn)表8。
圖4 二段磨選HF法長(cháng)石－石英分離流程
表8 二段磨選HF法長(cháng)石－石英分離結果（％）
| 產(chǎn)品 |
產(chǎn)率 |
品位 |
回收率 |
| K2O |
Na2O |
SiO2 |
K2O |
Na2O |
SiO2 |
| K長(cháng)石1 |
65.90 |
6.50 |
3.04 |
67.81 |
78.59 |
65.68 |
60.21 |
| K長(cháng)石2 |
12.07 |
5.48 |
3.45 |
70.50 |
12.13 |
13.65 |
11.46 |
| N雜 |
0.75 |
|
|
58.89 |
|
|
0.59 |
| X石英 |
21.28 |
|
|
96.74 |
|
|
27.34 |
| 原礦 |
100.00 |
5.45 |
3.05 |
74.22 |
100.00 |
100.00 |
100.00 |
從表8的結果看，石英粗精礦再磨后，再以HF法進(jìn)行分選，所得石英產(chǎn)品Sio2含量達到96.74％，符合用戶(hù)質(zhì)量要求；長(cháng)石產(chǎn)品也能達到一級品的要求。該法是在石英、長(cháng)石礦漿中加人HF酸，在pH=2～3時(shí)，用陽(yáng)離子捕收劑胺類(lèi)優(yōu)先浮選長(cháng)石。
隨著(zhù)礦漿pH值下降，上述礦漿中石英、長(cháng)石表面的解離平衡被打破。［H＋］濃度提高，使解離平衡左移，石英、長(cháng)石表面負電性減小。當pH=2～3時(shí)，石英表面動(dòng)電位接近零；由于HF酸對Si－O鍵的刻蝕，使長(cháng)石表面Al3+突出而成為活性中心。同時(shí)溶液中很快形成的［SiF6］2－絡(luò )離子，能與長(cháng)石表面Al3+、K+、Na＋形成穩定的絡(luò )合物，附于長(cháng)石表面，從而又形成長(cháng)石表面相當的負電性。當陽(yáng)離子捕收劑RNH3＋加入該體系時(shí)，會(huì )靜電吸附于長(cháng)石表面，進(jìn)而使長(cháng)石表面疏水而優(yōu)先浮出。
四、礦石難選因素分析
1、由于鉀長(cháng)石和石英物理性質(zhì)、化學(xué)組成、結構構造等方面的相似是造成分離困難的主要原因。它們都是硅酸鹽架狀結構，不同點(diǎn)在于石英結構中1/4的Si4+被Al3+取代，即變?yōu)殚L(cháng)石。由于A(yíng)l3＋取代Si4＋，而在相應的四面體構造單元中則充入K+或Na+作為金屬配衡離子，以保持礦物的中電性。因而根據K＋或Na+含量的多少，長(cháng)石可分為鉀長(cháng)石和鈉長(cháng)石。
2、由于礦物本身含有微量碳酸鹽，在酸性介質(zhì)中會(huì )溶出部分Ca2＋、Mg2＋，而Ca2＋、Mg2＋在礦漿中的濃度較高時(shí)，會(huì )影響長(cháng)石表面的正電荷空洞對捕收劑的靜電和分子吸附，最終影響長(cháng)石的優(yōu)先浮出。所以試驗中要進(jìn)行酸洗脫水。
3、在試驗中，當pH＞4.5或＜1.5時(shí)，既使加入陰陽(yáng)離子混合捕收劑，長(cháng)石和石英也不能有效分離，這說(shuō)明礦漿pH對浮選非常重要：當pH控制在2.0～3.0時(shí)，單獨加入陰離子或陽(yáng)離子捕收劑也都不能有效浮出長(cháng)石。這說(shuō)明捕收劑對長(cháng)石的作用是：1)強酸性使長(cháng)石表面的解離平衡向左移，負電性下降；2)長(cháng)石晶格中區域的空隙配衡金屬離子K+或Na+被溶解于礦漿中，表面形成正電荷空洞，當陰陽(yáng)離子混合捕收劑加入該礦漿中時(shí)，在石英表面僅形成微弱的靜電和分子吸附，而在長(cháng)石表面則有活性Al(s)3+對陰離子捕收劑的特性吸附和正電荷空洞對陽(yáng)離子捕收劑的靜電和分子吸附，這數種吸附互相促進(jìn)、共同作用，使長(cháng)石表面的捕收劑吸附量遠大于石英表面，從而導致長(cháng)石優(yōu)先浮出。
五、結語(yǔ)
1）試驗礦石屬物質(zhì)組成比較復雜、嵌布粒度微細的難分選礦石。
2）采用中性條件，一般的酸法與堿法都不能進(jìn)行石英－長(cháng)石的有效分離，得不到合格的長(cháng)石、石英精礦產(chǎn)品。
3）采用HF法加上粗精礦再磨再選，可以得到合格的長(cháng)石、石英精礦。
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