長(cháng)石和石英是兩種在地殼分布很廣的造巖礦物，可應用于陶瓷、耐火材料、玻璃等諸多領(lǐng)域。由于石英和長(cháng)石同屬架狀結構硅酸鹽礦物，在物化性質(zhì)等方面相似，如均無(wú)磁性、密度接近，目前主要采用浮選法進(jìn)行分離。雖然氫氟酸法能較好地分離石英和長(cháng)石，但由于HF對環(huán)境和設備污染嚴重，因此目前研究和應用比較多的是無(wú)氟浮選。
　　
　　1、無(wú)氟浮選原理
　　目前無(wú)氟浮選法有兩種，即無(wú)氟有酸法和無(wú)氟無(wú)酸法。
　　無(wú)氟有酸法的基本原理是陰陽(yáng)離子混合捕收劑與在強酸性條件下呈電中性的石英表面僅能形成作用力較弱的靜電吸附和分子吸附，而與呈負電性的長(cháng)石表面的A1³⁺形成特性吸附，同時(shí)長(cháng)石晶格中用于平衡電價(jià)的K⁺、Na⁺溶于礦漿時(shí)在表面形成正電荷空洞對陽(yáng)離子捕收劑形成靜電吸附和分子吸附，這三種吸附作用使長(cháng)石表面捕收劑吸附量大于石英表面，因此長(cháng)石優(yōu)先浮出。
　　無(wú)氟無(wú)酸法一般是指在中性條件下加入陰陽(yáng)離子混合捕收劑分選石英和長(cháng)石。常用的捕收劑有胺和石油磺酸鈉，其基本原理是在中性條件下，石英、長(cháng)石表面均呈負電，捕收劑在二者表面都有靜電吸附，只是在長(cháng)石表面，由于A(yíng)1³⁺的存在，會(huì )形成特性吸附，當陰陽(yáng)離子混合捕收劑濃度合適時(shí)，再輔以高濃度調漿等獨特工藝，會(huì )使這種吸附加速進(jìn)行，最終在長(cháng)石表面生成一層難溶性的疏水性膜，使得長(cháng)石表面由親水變成親氣，易于浮出。對于石英，捕收劑在其表面的靜電吸附還會(huì )隨著(zhù)調漿的進(jìn)行，吸附量逐漸下降，從而使長(cháng)石優(yōu)先于石英浮出。
 
　　2、擴大長(cháng)石、石英表面性質(zhì)差異的方法
　　由上述無(wú)氟浮選原理可見(jiàn)，由于石英和長(cháng)石的相似結構和性質(zhì)，要使石英和長(cháng)石有效分離，就需要尋找二者成分和結構上的微小差異，如何有效發(fā)揮長(cháng)石表面Al³⁺的活性最為關(guān)鍵主要包括以下幾個(gè)方面。
 
　?。?/strong>1）調節礦漿pH值
　　調節礦漿pH值，主要是調節礦漿溶液中的H⁺或OH^-濃度。
　　當溶液pH=2-3時(shí)，長(cháng)石表面呈負電，石英表面呈中性，帶正電的胺類(lèi)陽(yáng)離子會(huì )優(yōu)先吸附于長(cháng)石表面負電荷區，其另一端再與陰離子捕收劑發(fā)生絡(luò )合作用，這些絡(luò )合物具有更高的表面活性，將大幅增強長(cháng)石表面疏水性，使得長(cháng)石上浮，當陰陽(yáng)離子捕收劑的摩爾比小于1時(shí)，有利于礦物的疏水上浮。
　　在自然中性條件下，石英與長(cháng)石表面都帶負電，油酸根離子在二者表面有不同的吸附。石英表面雖然總體呈負電，但仍有局部區域呈正電，正是這些呈正電的區域會(huì )與油酸根離子之間產(chǎn)生靜電力和氫鍵作用等輕微的不穩定吸附，在加入抑制劑六偏磷酸鈉之后這種吸附即可脫除。
　　長(cháng)石與油酸根離子之間主要有3種作用，即Al³⁺與油酸根離子產(chǎn)生化學(xué)吸附生成油酸鋁、靜電吸附、氫鍵或分子吸附，雖然這3種吸附的作用力很強，但仍不能導致大量長(cháng)石上浮，這時(shí)如果加入胺類(lèi)陽(yáng)離子捕收劑，可與油酸根離子發(fā)生吸附作用，形成類(lèi)似氟化鋁的絡(luò )合物，使胺類(lèi)捕收劑牢固吸附在長(cháng)石上以分離石英和長(cháng)石。
　　在PH=11-12的條件下，以烷基磺酸鈉為捕收劑，堿土金屬離子為活化劑，可優(yōu)先浮選出石英，如果再加入1-十二烷醇等非離子表面活性劑，可急劇提升石英回收率，且對長(cháng)石影響不大。其基本原理是金屬陽(yáng)離子與烷基磺酸鈉可生成中性絡(luò )合物，這些絡(luò )合物再與游離磺酸鹽離子結合在一起，共同吸附在石英表面，具有半膠束促進(jìn)劑作用，使得石英上浮。因在高堿條件下，堿金屬離子增多，高于酸性溶液中的堿金屬離子含量，因此在高堿條件下，不利于外加金屬陽(yáng)離子的吸附。
 
　?。?/strong>2）改變捕收劑種類(lèi)
　　在不同pH條件下，使用的捕收劑也不相同。以H₂SO₄作調整劑的酸性條件下，使用的正浮選長(cháng)石的捕收劑有：
　　十二胺
　　十二烷基磺酸鈉（以下簡(jiǎn)稱(chēng)：SDSO）
　　十二胺：石油磺酸鈉=1:4
　　石油磺酸鈉與烷基丙撐二胺
　　油胺：石油磺酸鈉=1:1
　　混合胺與石油磺酸鈉
　　油酸鈉與十二胺
　　十八胺與十二烷基磺酸鈉
　　十八胺與十二烷基苯磺酸鈉
　　油胺與石油磺酸鈉；
　　十二胺：陰離子捕收劑PS=1:6
　　酸性條件下，石英正浮選的研究較少，主要是考慮到長(cháng)石的零電點(diǎn)在1.5左右，在接近石英的零電點(diǎn)pH=2-3處，石英不荷電，長(cháng)石表面荷負電，因此在該pH值條件下，長(cháng)石優(yōu)先浮選出的可能性較大。優(yōu)先浮選石英所用的捕收劑有十二烷基二胺與十六烷基乙醚聚氧乙烯。
　　在堿性條件（NaOH為調整劑）下，以堿土金屬離子為活化劑，烷基磺酸鈉為捕收劑，先浮選出石英，目前只限于實(shí)驗室研究。在自然中性條件下，常用胺和石油磺酸鈉陰陽(yáng)離子混合捕收劑優(yōu)先浮選出長(cháng)石[4]。
　　石英長(cháng)石捕收劑種類(lèi)的研究表明，單一的陽(yáng)離子捕收劑在無(wú)氟條件下不可能有效分離石英和長(cháng)石，或者效果很差，因此采用的捕收劑多以陰陽(yáng)離子組合捕收劑為主。
 
　?。?/strong>3）改變抑制劑和活化劑種類(lèi)
　　礦物加工中加入抑制劑的主要目的是對己經(jīng)吸附在礦物表面上的藥劑進(jìn)行解吸，或者是阻止捕收劑吸附到礦物表面。
　　常用于抑制石英的有六偏磷酸鈉和水玻璃，后者也有分散劑作用。六偏磷酸鈉對石英的抑制作用主要體現在對己經(jīng)吸附在石英表面的油酸進(jìn)行解吸，阻止捕收劑十二胺對石英的吸附。研究認為，六偏磷酸鈉對石英的選擇性抑制作用與油酸鈉對長(cháng)石的選擇性活化是互為依存的。六偏磷酸鈉對石英的抑制效果會(huì )在溶液pH高于某值后消失。鑒于六偏磷酸鈉對石英的抑制作用，可用于石英提純的反浮選作業(yè)。除了六偏磷酸鈉之外，如果各種藥劑配比不當，也會(huì )對礦物產(chǎn)生抑制作用，如NaOH、過(guò)量的月桂酸、過(guò)量的油酸對于鈣離子活化后的石英等有抑制作用，因為油酸會(huì )與吸附在石英表面的Ca²⁺發(fā)生反應，生成Ca-（OOCR）₂。
　　在溶液中外加金屬陽(yáng)離子，可改善長(cháng)石與石英的可浮性。石英和長(cháng)石經(jīng)Cu²⁺、Ca²⁺、Pb³⁺活化后，以油酸鈉為捕收劑時(shí)，石英對Cu²⁺的吸附能力最弱，但比對Pb3+的吸附要稍好些，對Ca²⁺的吸附能力比Cu²⁺、Pb³⁺好，被這3種離子活化后的石英可浮性最好的是Ca²⁺。這是因為Cu²⁺、Ca²⁺、Pb³⁺在水溶液中多呈羥基絡(luò )合物八面體狀態(tài)存在，更易穩定地與其他多面體共棱連接結合，而石英表面具有大量橋氧和Si-O官能團，只能以共角頂的方式結合金屬離子，因此作用力較弱，這就是石英對這3種離子的吸附能力都不是很好的主要原因。而吸附于石英表面的Cu²⁺、Ca²⁺完全暴露在外，且有較強的剩余鍵價(jià)，與油酸根的結合力大于金屬離子與石英表面的結合力，這是石英能被Cu²⁺、Ca²⁺很好活化的原因。配位能力很強的鉛離子，更傾向于與金屬離子氧多面體共棱相連，而石英表面不能滿(mǎn)足其配位要求，因此石英不能很好地被鉛離子活化。長(cháng)石對這3種離子的吸附和被活化的規律與石英類(lèi)似，但效果均不及石英，特別是在銅離子活化下，筆者認為，這是由于長(cháng)石在溶液中。有較多的金屬離子溶出，如Al³⁺、K⁺、Na⁺等，這些溶出的離子會(huì )與吸附于長(cháng)石表面的金屬離子作用，一定程度上減少了與油酸根離子結合的吸附于長(cháng)石表面的金屬離子的數量和鍵價(jià)。有學(xué)者研究了以Ca²⁺、Ba²⁺、Sr²⁺、Mg²⁺ 4種堿土金屬陽(yáng)離子作活化劑，烷基磺酸鈉作陰離子捕收劑時(shí)，從長(cháng)石中分離石英的可能性。結果表明，在pH值較高（11.2）時(shí)，在有Ca²⁺、Ba²⁺、Sr²⁺存在的情況下，采用磺酸鹽進(jìn)行浮選，石英才會(huì )上浮。與Ca²⁺、Ba²⁺、Sr²⁺-十二烷基磺酸鈉系統相比，Mg²⁺-十二烷基磺酸鈉系統的捕收能力較差，原因是Mg-十二烷基磺酸鈉的溶解度較高。
　　金屬離子對石英的浮選活化作用機理目前主要有羥基絡(luò )合物學(xué)說(shuō)和表面氫氧化物沉淀學(xué)說(shuō)兩種觀(guān)點(diǎn)。丁浩通過(guò)研究Ca²⁺對石英的活化作用，發(fā)現Ca²⁺對石英的活化作用開(kāi)始于pH為4.5時(shí)，之后，隨著(zhù)pH值增大，回收率明顯上升，在pH=10時(shí)，回收率最大，在pH大于10之后，回收率下降，并通過(guò)溶液化學(xué)對該現象進(jìn)行了解釋?zhuān)岢隽嗽谕榘冯p甲基磷酸浮選石英體系中，Ca²⁺的活化不是通過(guò)生成羥基絡(luò )合物來(lái)實(shí)現，而是生成了Ca（OH）沉淀，且Ca²⁺對石英的活化作用在礦水界面區域完成。另有觀(guān)點(diǎn)認為，金屬離子的存在影響石英與長(cháng)石的分選，主要原因是金屬離子會(huì )與藥劑反應或與捕收劑競爭吸附在礦物表面。筆者認為，金屬離子對于長(cháng)石石英分離浮選是否起到促進(jìn)作用，取決于金屬離子的含量及金屬離子的存在狀態(tài)。
 
　?。?/strong>4）表面預處理
　　磨礦過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生部分礦泥，特別是長(cháng)石，隨著(zhù)粒度變小，很易泥化，這部分礦泥粒度很細，比表面能大，在浮選過(guò)程中會(huì )優(yōu)先與捕收劑分子作用，使捕收劑消耗量增大，導致浮選效果不佳。對于本身含有微量碳酸鹽的礦石，在酸性介質(zhì)中會(huì )溶出濃度較高的Ca²⁺、Mg²⁺，這些離子使長(cháng)石表面的正電荷空洞對捕收劑的靜電吸附和分子吸附變弱，最終影響長(cháng)石的優(yōu)先浮選。有的礦石中含有別的礦物，如常與長(cháng)石石英伴生的云母等，或者是長(cháng)石表面被風(fēng)化或被氧化鐵薄膜包裹等，在除去這些礦物后，礦樣表面會(huì )被藥劑污染，因此，在對這種長(cháng)石與石英進(jìn)行浮選分離之前，應進(jìn)行一些預處理，如脫、擦洗、酸浸等。常見(jiàn)的脫泥有沉降脫泥和浮選脫泥，田敏等通過(guò)對比這兩種脫泥效果，認為利用自制的羥基羧酸進(jìn)行浮選脫泥鉀長(cháng)石損失率小于沉降脫泥，但浮選脫泥后再浮選所得鉀長(cháng)石精礦的K₂O、Na₂O回收率低于沉降脫泥后浮選所得鉀長(cháng)石精礦。
 
　　3、其他方面的影響
　　長(cháng)石與石英是地殼中最常見(jiàn)的兩種礦物，但由于二者結構、性質(zhì)的相似而不易有效分離，除了以上所述的捕收劑、調整劑、pH值等影響外，還有一些其他因素影響二者的有效浮選分離。如筆者通過(guò)大量試驗研究認為，長(cháng)石與石英含量不同時(shí)，對于浮選分離應利用何種藥劑或流程都會(huì )有所不同，這也許就是非金屬礦比一般鐵礦物難選的原因之一，如含少量長(cháng)石的石英提純、含少量石英的長(cháng)石提純、當二者含量相當時(shí)的浮選分離等。
　　其他的因素如長(cháng)石是否云母化、長(cháng)石的風(fēng)化程度、嵌布粒度及嵌布狀態(tài)、原礦石中是否含有粘土礦物等都會(huì )對二者浮選分離時(shí)所采用的工藝流程和藥劑制度以及是否進(jìn)行預處理等具有一定的影響。
 
　　4、結論
　　長(cháng)石和石英能否在無(wú)氟條件下達到有效分離的關(guān)鍵在于能否提高長(cháng)石表面Al³⁺的活性，為了提高這一活性或為了擴大石英與長(cháng)石的差異性，可以通過(guò)調節礦漿或溶液的pH值、改變捕收劑的種類(lèi)、利用合理的抑制劑和活化劑以及對礦石進(jìn)行預處理等實(shí)現。
　　合理的長(cháng)石和石英無(wú)氟有效分離工藝及藥劑制度的建立是以原礦性質(zhì)研究為基礎的，這些研究包括分析礦石中石英和長(cháng)石的相對含量、礦石的風(fēng)化程度、目的礦物的嵌布特征等。
 
　　5、展望
　　長(cháng)石和石英的無(wú)氟浮選有效分離是長(cháng)石和石英分離技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向，特別是無(wú)氟無(wú)酸條件下的浮選還有許多需要解決的問(wèn)題，如尋找增強長(cháng)石表面Al³⁺活性或與之結合能力強的藥劑、促進(jìn)長(cháng)石表面與藥劑定位吸附的各種研究等，通過(guò)這些研究，可以從根本上解決目前長(cháng)石和石英分離離不開(kāi)酸和分離不徹底的局面，這樣將大大提高我國長(cháng)石礦和石英礦的附加值，同時(shí)保護選別設備和礦山環(huán)境。
　　來(lái)源：石英長(cháng)石無(wú)氟浮選分離的研宄現狀及進(jìn)展，作者：聶軼苗, 劉淑賢,王森等
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