石英是一種由氧原子和硅原子組成的連續四面體結構的礦物，每個(gè)氧原子由兩個(gè)四面體共享，形成無(wú)限延伸的架狀結構。
長(cháng)石與石英同屬于架狀硅酸鹽礦物，兩者的晶體結構相似，不同之處在于長(cháng)石是石英結構中1/4的Si4+被Al3+所取代，形成由AlO45－和SiO44－共角的四面體長(cháng)石晶格，它們連接在無(wú)限的三維結構中。而在被取代的相應四面體構造單元中需引進(jìn)K+、Na+等堿金屬離子來(lái)補償Al3+替代Si4+所造成的電價(jià)的不平衡。
相似的晶體結構和相近的化學(xué)組成，使得長(cháng)石與石英的密度、硬度等物化性質(zhì)相近，較難通過(guò)重選、磁選、擦洗、分級等方法進(jìn)行分離。
浮選法是長(cháng)石與石英分選可行性最高的方法，其機理是基于長(cháng)石與石英的表面性質(zhì)差異，在適宜的浮選條件下，添加單一陽(yáng)離子捕收劑或陰陽(yáng)離子組合捕收劑，以實(shí)現長(cháng)石與石英分離。但二者相似的晶體結構和化學(xué)組成，使得長(cháng)石與石英的荷電類(lèi)型和荷電量基本相同，導致以靜電吸附為主的胺類(lèi)等陽(yáng)離子捕收劑在長(cháng)石與石英上的吸附無(wú)選擇性。胺類(lèi)等陽(yáng)離子捕收劑在捕收長(cháng)石的同時(shí)也會(huì )捕收石英，兩者的浮選分離困難。
目前，長(cháng)石和石英浮選分離技術(shù)可分為氫氟酸法、無(wú)氟有酸法和無(wú)氟無(wú)酸法。
1、氫氟酸法
氫氟酸法，是以氫氟酸為長(cháng)石的活化劑，采用胺類(lèi)等陽(yáng)離子捕收劑，在礦漿pH值在2～3的條件下優(yōu)先選出長(cháng)石，從而實(shí)現石英與長(cháng)石的浮選分離。
針對HF酸的作用機理，國內外研究提出了多種假設性機理。大部分學(xué)者認為：HF酸的加入可使解離平衡被打破并左移，降低長(cháng)石與石英表面的負電性。同時(shí)HF酸可刻蝕Si－O鍵并在溶液中形成［SiF6］2－絡(luò )合離子，與長(cháng)石表面的Al3(s+)、Na(+s)、K(+s)形成穩定的絡(luò )合物吸附于長(cháng)石表面，以擴大長(cháng)石與石英的表面電性差異。長(cháng)石表面變得更負，而石英表面趨于零。胺類(lèi)等陽(yáng)離子捕收劑通過(guò)靜電吸附選擇性吸附在長(cháng)石表面，造成長(cháng)石表面疏水，實(shí)現長(cháng)石石英的浮選分離。
HF酸法可靠性高的原因，在于一方面可擴大長(cháng)石與石英表面電性的差異;同時(shí)HF酸對Si－O鍵的刻蝕作用，使長(cháng)石表面的Al3(s+)更加突出，增加長(cháng)石表面的Al活性位點(diǎn)，強化胺類(lèi)等捕收劑在長(cháng)石表面的靜電吸附。
但東北大學(xué)印萬(wàn)忠等提出不同的看法，他們認為HF酸在酸性條件下對石英有清洗作用，可有效去除石英表面的OH－，使Si4+在石英表面富集，降低石英的負電性。而HF酸能與長(cháng)石表面的Al3+產(chǎn)生鋁氟絡(luò )合物而增加長(cháng)石表面負電性，從而擴大長(cháng)石和石英的電性差異，實(shí)現長(cháng)石和石英的浮選分離。
氫氟酸法是目前最為成熟的長(cháng)石和石英分離的方法，能較好地分離石英和長(cháng)石。但其作用機理仍存在著(zhù)一些分歧，需繼續進(jìn)行深入的機理分析。同時(shí)由于HF酸價(jià)格昂貴，環(huán)境危害大，氫氟酸法已不被工業(yè)生產(chǎn)接受。從20個(gè)世紀70年代開(kāi)始，科研人員開(kāi)始研究不使用氟離子對長(cháng)石石英進(jìn)行浮選分離的方法。石英長(cháng)石浮選分離從氫氟酸法向無(wú)氟有酸法和無(wú)氟無(wú)酸法兩種浮選新方法轉變。
2、無(wú)氟有酸法
無(wú)氟有酸法，是指在不添加氫氟酸的條件下，以強酸為調整劑并調節礦漿pH值到2～3，用單一胺類(lèi)捕收劑或陰陽(yáng)離子組合捕收劑優(yōu)先浮出長(cháng)石，從而實(shí)現長(cháng)石與石英浮選分離的方法。其分離原理主要是依據長(cháng)石和石英的Zeta電位不同，用強酸調節pH至石英零電點(diǎn)附近，即此時(shí)石英表面不帶電，長(cháng)石表面荷負電，使用陽(yáng)離子捕收劑或組合捕收劑使長(cháng)石上浮分離。
關(guān)于其作用機理，廣泛地認為:強酸性使得長(cháng)石石英的表面解離平衡左移，降低長(cháng)石和石英的電負性，同時(shí)長(cháng)石晶格構造中的K+、Na+可溶出，使長(cháng)石表面形成Al3(s+)區正電荷空洞。陰離子捕收劑的加入可以靜電吸附或特性吸附的方式吸附在長(cháng)石表面，陽(yáng)離子捕收劑的加入再與陰離子捕收劑作用，使得礦物疏水上浮，實(shí)現長(cháng)石與石英的分離。
目前無(wú)氟有酸法是使用最為廣泛的分離方法，且工業(yè)應用較為成熟。目前主要集中在藥劑的研究等方面，包括調整劑與陰陽(yáng)離子組合捕收劑等。由于無(wú)氟有酸法是在強酸性條件下進(jìn)行分選，對設備腐蝕問(wèn)題嚴重，同時(shí)含酸廢水的處理也是工業(yè)生產(chǎn)中的一大問(wèn)題。因此無(wú)氟無(wú)酸法成為目前科研人員研究的重點(diǎn)。
3、無(wú)氟無(wú)酸法
無(wú)氟無(wú)酸法，即不添加氟化物和酸，在中性、弱堿性或強堿性的礦漿體系下添加單一或者陰陽(yáng)離子組合捕收劑將長(cháng)石和石英進(jìn)行浮選分離。但研究人員發(fā)現，在中性或弱堿性介質(zhì)中，長(cháng)石表面荷負電，僅加入陰離子捕收劑時(shí)，荷負電的長(cháng)石表面會(huì )與加入的陰離子捕收劑間產(chǎn)生靜電排斥力，阻礙陰離子捕收劑的靠近，掩蓋了長(cháng)石表面Al3(s+)的活性，導致浮選性能很差。因而目前無(wú)氟無(wú)酸法常采用陰陽(yáng)離子組合捕收劑進(jìn)行長(cháng)石石英的浮選分離。
針對陰陽(yáng)離子組合捕收劑的作用機理，大部分認為:在中性或堿性條件下，長(cháng)石和石英表面均是荷負電，加入陰陽(yáng)離子組合捕收劑后，雖然陽(yáng)離子捕收劑在石英和長(cháng)石表面上都有吸附，但這種吸附主要是以較弱的靜電吸附為主。由于長(cháng)石表面有Al3(s+)微區的存在，會(huì )對陰離子捕收劑形成特性吸附。當兩種類(lèi)型捕收劑添加的比例合適時(shí)，就會(huì )在長(cháng)石表面形成一層疏水薄層。而石英表面因缺少Al3(s+)微區，從而無(wú)法形成陰離子捕收劑的定位特性吸附，只形成吸附強度較弱的靜電吸附。隨著(zhù)調漿過(guò)程的進(jìn)行，石英表面靠靜電吸附的捕收劑吸附量下降，從而長(cháng)石優(yōu)先浮出。還有一些研究認為:陽(yáng)離子捕收劑能以靜電吸附于長(cháng)石表面負電區，降低長(cháng)石表面的電負性，進(jìn)而降低長(cháng)石與陰離子捕收劑之間的靜電斥力，使長(cháng)石表面Al3(s+)活性顯現。陰離子捕收劑再與長(cháng)石發(fā)生特性吸附，實(shí)現浮選分離。
目前，研究的難點(diǎn)與熱點(diǎn)主要集中在陰陽(yáng)離子組合捕收劑的設計與開(kāi)發(fā)、調整劑的開(kāi)發(fā)、金屬離子活化等方面。但無(wú)氟無(wú)酸法的研究還只停留在實(shí)驗室階段，尚未有統一且詳細的機理解釋?zhuān)I(yè)上對于該工藝的應用報道也很少。
4、其他方法
近年來(lái)，許多研究者提出可通過(guò)其他方法(如擦洗、微波技術(shù)、煅燒水淬技術(shù)、超聲等)擴大長(cháng)石與石英的可浮性差異，以增強長(cháng)石與石英的分離效果。
黃杰等人研究了煅燒對石英和長(cháng)石分離效果的影響，結果表明，煅燒可擴大石英與長(cháng)石的浮選差異。煅燒后以十二烷基磺酸鈉和十二胺為捕收劑，六偏磷酸鈉為調整劑，經(jīng)脫泥—磁選—反浮選流程，可有效分離石英與長(cháng)石，獲得SiO2含量為99.93%的石英精礦。從鍵能的角度分析，煅燒能加大Al-O鍵的斷裂幾率，使Al原子較多地暴露于斷面上，增多長(cháng)石表面的活性位點(diǎn)。
近年來(lái)，研究人員還將超聲技術(shù)用于長(cháng)石與石英的浮選分離中。由于捕收劑在石英表面的吸附只是靜電吸附，G.Gurpinar等發(fā)現超聲波處理可加快捕收劑在石英表面的脫附，導致石英回收率的降低。
近年來(lái)新興的預處理方法為長(cháng)石與石英的分離提供了更寬廣的解決思路，但還需要更加深入、更加系統地研究，同時(shí)還需對作用機理進(jìn)行相應地研究。
資料來(lái)源：《李?lèi)?ài)民.我國石英與長(cháng)石浮選分離的研究進(jìn)展[J].礦產(chǎn)保護與利用,2021,41(06):27-34》，由【粉體技術(shù)網(wǎng)】編輯整理，轉載請注明出處！
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