中國粉體網(wǎng)訊 石英是由二氧化硅組成的礦物，是世界分布最廣的礦物之一，主要應(yīng)用于玻璃、陶瓷、塑料、橡膠、鑄造、化工、冶金、建筑、磨具、電子封裝等行業(yè)。作為一種應(yīng)用極其廣泛的工業(yè)礦物原料，石英具備諸多優(yōu)異性能，主要體現(xiàn)為壓電效應(yīng)、獨(dú)特的光學(xué)特性、高度絕緣性、耐高溫、耐腐蝕性等[1]。與石英礦物共生的含鋁的硅酸鹽礦物是常見的脈石礦物，比如云母、高嶺土和長石等。云母、高嶺土和長石具有相似的物理性質(zhì)及化學(xué)性質(zhì)，一般的選礦方法很難達(dá)到很好的分選效果，而選用浮選工藝能達(dá)到其他工藝難以達(dá)到的良好的分選效果[2]。
1 浮選工藝及浮選藥劑
1.1 浮選工藝
浮選是通過添加藥劑選擇性改變礦物表面疏水性和親水性，或者利用礦物的天然可浮性，使礦物選擇性地粘附在泡沫表面，隨泡沫浮出礦漿的選礦方法。在礦業(yè)中，泡沫浮選利用礦物中物質(zhì)疏水性差異分離礦物與脈石。通過使用表面活性劑和潤濕劑，增加了有價(jià)值礦物和脈石之間的疏水性差異[2]。
浮選即利用有用礦物與脈石礦物之間在可浮性方面的差異來進(jìn)行礦物的分選。影響浮選效果的主要因素有：機(jī)械因素，如浮選機(jī)類型、空氣流動(dòng)狀態(tài)、礦漿流動(dòng)狀態(tài)及槽列組成等；人為操作因素，如給礦速度和溫度等；化學(xué)因素，即浮選藥劑[2]。
1.2 浮選藥劑的種類
浮選藥劑的種類很多，按在浮選試驗(yàn)中的作用，分為捕收劑、起泡劑、調(diào)整劑。
捕收劑：能夠在礦漿中通過吸附在礦物表面從而形成一層疏水薄膜，疏水薄膜改變了水溶液的接觸角，使礦物表面的潤濕性能降低，從而使得礦物的疏水性增大，同時(shí)礦物的可浮性也隨之變大。高效捕收劑應(yīng)具有足夠的活性和良好的選擇性、較好的捕收能力以及原料豐富、制取工藝簡單、使用方便等特點(diǎn)[2]。
起泡劑：溶于水中時(shí)能使氣泡穩(wěn)定的藥劑。起泡劑的分子的一端為極性，親水；另一端顯非極性，親空氣。起泡劑分子的親水基插入水相，親油基插入空氣或油相，在液體界面上成定向排列，從而降低了界面的表面張力，起到了穩(wěn)定泡沫和起泡的作用。在浮選過程中，向礦漿中添加一定量起泡劑，能形成大小和強(qiáng)度適當(dāng)?shù)姆�(wěn)定氣泡，從而達(dá)到更佳的浮選效果。常用的起泡劑有松油及其制品2號油。
調(diào)整劑：除捕收劑與起泡劑以外，浮選過程中所使用的浮選藥劑均屬于調(diào)整劑。根據(jù)調(diào)整劑在浮選中作用的不同，可分為以下幾類：
（1）抑制劑：指能減退或者破壞所需要分選的礦物與捕收劑發(fā)生作用的化學(xué)藥劑；
（2）活化劑：指可以促進(jìn)礦物和捕收劑之間發(fā)生作用的化學(xué)藥劑；
（3）pH調(diào)整劑：主要用于調(diào)節(jié)礦漿的酸堿度；
（4）分散劑與絮凝劑：分別是對礦泥起分散作用和聚結(jié)成團(tuán)作用的藥劑[2]。
2 長石與石英的浮選分離
大部分的脈石礦物與石英的物化性質(zhì)和浮游性差異較大，通過擦洗、脫泥、磁選、重選、浮選等方法可有效去除石英礦中的大部分脈石礦物。由于石英和長石同屬架狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物，在物化性質(zhì)等方面相似，如均無磁性、密度接近，因此采用常規(guī)的重選、磁選等方法都不能使之有效分離，目前主要采用浮選法進(jìn)行分離。
浮選法是長石與石英分選可行性最高的方法，其機(jī)理是基于長石與石英的表面性質(zhì)差異，在適宜的浮選條件下，添加單一陽離子捕收劑或陰陽離子組合捕收劑，以實(shí)現(xiàn)長石與石英分離。但二者相似的晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成，使得長石與石英的荷電類型和荷電量基本相同，導(dǎo)致以靜電吸附為主的胺類等陽離子捕收劑在長石與石英上的吸附無選擇性。胺類等陽離子捕收劑在捕收長石的同時(shí)也會(huì)捕收石英，兩者的浮選分離困難[3]。
目前石英浮選的方法有三種：無氟有酸法、無氟無酸法、有氟有酸法。其中有氟有酸法的技術(shù)最為成熟，分離效果也最好，但由于加入的氫氟酸具有毒性和強(qiáng)腐蝕性，在實(shí)際生產(chǎn)中已逐漸被淘汰[4]。目前，國內(nèi)外研究長石和石英浮選分離的主要方法為無氟有酸法和無氟無酸法，已有多種技術(shù)取得了較好的分離效果，但這些技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中都具有一定的局限性。在浮選過程中，浮選藥劑的選擇、礦漿的濃度、礦漿的pH值，石英粒度等因素均會(huì)影響浮選的效果[5]。
2.1 氫氟酸法
氫氟酸法是一種傳統(tǒng)的長石石英的分離方法，在pH為2~3，一種陽離子表面活性劑（胺類作捕收劑），HF作催化劑時(shí)，長石可以從石英礦中分離出來。大部分學(xué)者認(rèn)為：由于HF的加入，打破礦漿體系中石英和長石表面的解離平衡，進(jìn)一步說HF的加入可以去除陽離子并將帶負(fù)電的F-賦存在長石表面，使得長石表面荷負(fù)電，此時(shí)加入陽離子捕收，兩者靜電吸附，造成長石疏水，而此時(shí)石英表面的Si-O被HF侵蝕，形成[SiF6]2-，由于石英表面沒有Al3+微區(qū)存在，所以其表面的動(dòng)電位較長石高，從而減少陽離子捕收劑的吸附，最終實(shí)現(xiàn)長石石英的分離[1]。
雖然氫氟酸法能較好地分離石英和長石，但由于HF對環(huán)境和設(shè)備污染嚴(yán)重，因此目前研究和應(yīng)用比較多的是無氟浮選[6]。
2.2 無氟有酸法
無氟有酸法的基本原理是陰陽離子混合捕收劑與在強(qiáng)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(fù)電性的長石表面的Al3+形成特性吸附，同時(shí)長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石表面捕收劑吸附量大于石英表面，因此長石優(yōu)先浮出[6]。
目前無氟有酸法是使用最為廣泛的分離方法，且工業(yè)應(yīng)用較為成熟。目前主要集中在藥劑的研究等方面，包括調(diào)整劑與陰陽離子組合捕收劑等。但是無氟有酸法是在強(qiáng)酸性條件下進(jìn)行分選，對設(shè)備腐蝕問題嚴(yán)重，同時(shí)含酸廢水的處理也是工業(yè)生產(chǎn)中的一大問題[3]。
2.3 無氟無酸法
無氟無酸法即為不使用硫酸和氫氟酸而浮選分離石英和長石的工藝�，F(xiàn)有工藝包括中性礦漿中使用陰陽離子混合捕收劑搭配石英抑制劑浮選長石和堿性條件下利用堿金屬離子活化，陰離子捕收劑浮選石英兩種[7]。但研究人員發(fā)現(xiàn)，在中性或弱堿性介質(zhì)中，長石表面荷負(fù)電，僅加入陰離子捕收劑時(shí)，荷負(fù)電的長石表面會(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，掩蓋了長石表面Al3+(s)的活性，導(dǎo)致浮選性能很差。因而目前無氟無酸法常采用陰陽離子組合捕收劑進(jìn)行長石石英的浮選分離[3]。
目前，無氟無酸法的研究還只停留在實(shí)驗(yàn)室階段，尚未有統(tǒng)一且詳細(xì)的機(jī)理解釋，工業(yè)上對于該工藝的應(yīng)用報(bào)道也很少[3]。
3 高嶺土與石英的浮選分離
高嶺土和石英都是工業(yè)發(fā)展必不可少的非金屬礦產(chǎn)資源，常見的高嶺土礦中伴生大量的石英。砂質(zhì)高嶺土資源在開采與分選過程中會(huì)產(chǎn)生大量的含石英尾礦，大量尾礦的堆存侵占土地、破壞生態(tài)環(huán)境，因此對尾礦中的石英砂進(jìn)行提純回收，提高資源利用率的同時(shí)降低了環(huán)境污染壓力。對含石英高嶺土尾礦的處理主要是根據(jù)石英應(yīng)用方向的不同而有針對性地進(jìn)行提純[8,9]。
廣西合浦石康某高嶺土尾礦產(chǎn)石英砂浮選除鐵試驗(yàn)流程
胡廷海等為使廣西合浦石康某高嶺土尾礦中石英砂達(dá)到光伏玻璃用砂的要求，對其進(jìn)行提石英除鐵試驗(yàn)研究。研究發(fā)現(xiàn)，此尾礦Fe2O3含量較高且主要賦存于云母及電氣石中，通過在酸性介質(zhì)中用混合胺和煤油反浮選云母，在偏堿性介質(zhì)中用油酸鈉反浮選電氣石，最終將Fe2O3含量由113μg/g降至74μg/g，SiO2含量達(dá)到99.89%[9]。
4 云母與石英的浮選分離
不同的陰陽離子捕收劑在浮選過程中對云母、長石和石英的捕收效果不同。針對胺類捕收劑對浮選設(shè)備易腐蝕的問題，劉超等研發(fā)新型云母捕收劑P8X，P8X可以高效捕收。
另外，研究人員在對江西修水石英選礦試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，石英包裹體是以絹云母為主的礦物包裹體和氣液包裹體，采用“擦洗—脫泥—磁選—浮選—分級”進(jìn)行提純試驗(yàn)，對于+0.104mm產(chǎn)物進(jìn)行“酸浸—爆破”試驗(yàn)，確定酸配比H2SO4、HNO3、HF質(zhì)量比為65:25:10時(shí)獲得SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99.98%，對-0.104mm粒級產(chǎn)物進(jìn)行“擦洗”試驗(yàn)，獲得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.90%的超細(xì)硅微粉[9]。
結(jié)語
浮選是石英選礦提純的一項(xiàng)重要工藝，由于石英中存在大量的云母和長石等，他們的表面性質(zhì)與石英相同，在浮選過程中難度較大。近年來，我國學(xué)者針對石英的浮選工藝進(jìn)行了許多的研究，其中氫氟酸法和無氟有酸法因嚴(yán)重的環(huán)境污染而逐漸停用，因此無氟浮選是石英未來浮選技術(shù)的主要發(fā)展方向，需要加強(qiáng)研究，以提高石英礦和其他礦物的附加價(jià)值。
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