石英是一种由氧原子和硅原子组成的连续四面体结构的矿物，每个氧原子由两个四面体共享，形成无限延伸的架状结构。 长石与石英同属于架状硅酸盐矿物，两者的晶体结构相似，不同之处在于长石是石英结构中1/4的Si4+被Al3+所取代，形成由AlO45－和SiO44－共角的四面体长石晶格，它们连接在无限的三维结构中。而在被取代的相应四面体构造单元中需引进K+、Na+等碱金属离子来补偿Al3+替代Si4+所造成的电价的不平衡。 相似的晶体结构和相近的化学组成，使得长石与石英的密度、硬度等物化性质相近，较难通过重选、磁选、擦洗、分级等方法进行分离。 浮选法是长石与石英分选可行性最高的方法，其机理是基于长石与石英的表面性质差异，在适宜的浮选条件下，添加单一阳离子捕收剂或阴阳离子组合捕收剂，以实现长石与石英分离。但二者相似的晶体结构和化学组成，使得长石与石英的荷电类型和荷电量基本相同，导致以静电吸附为主的胺类等阳离子捕收剂在长石与石英上的吸附无选择性。胺类等阳离子捕收剂在捕收长石的同时也会捕收石英，两者的浮选分离困难。 目前，长石和石英浮选分离技术可分为氢氟酸法、无氟有酸法和无氟无酸法。 1、氢氟酸法 氢氟酸法，是以氢氟酸为长石的活化剂，采用胺类等阳离子捕收剂，在矿浆pH值在2～3的条件下优先选出长石，从而实现石英与长石的浮选分离。 针对HF酸的作用机理，国内外研究提出了多种假设性机理。大部分学者认为：HF酸的加入可使解离平衡被打破并左移，降低长石与石英表面的负电性。同时HF酸可刻蚀Si－O键并在溶液中形成［SiF6］2－络合离子，与长石表面的Al3(s+)、Na(+s)、K(+s)形成稳定的络合物吸附于长石表面，以扩大长石与石英的表面电性差异。长石表面变得更负，而石英表面趋于零。胺类等阳离子捕收剂通过静电吸附选择性吸附在长石表面，造成长石表面疏水，实现长石石英的浮选分离。 HF酸法可靠性高的原因，在于一方面可扩大长石与石英表面电性的差异;同时HF酸对Si－O键的刻蚀作用，使长石表面的Al3(s+)更加突出，增加长石表面的Al活性位点，强化胺类等捕收剂在长石表面的静电吸附。 但东北大学印万忠等提出不同的看法，他们认为HF酸在酸性条件下对石英有清洗作用，可有效去除石英表面的OH－，使Si4+在石英表面富集，降低石英的负电性。而HF酸能与长石表面的Al3+产生铝氟络合物而增加长石表面负电性，从而扩大长石和石英的电性差异，实现长石和石英的浮选分离。 氢氟酸法是目前最为成熟的长石和石英分离的方法，能较好地分离石英和长石。但其作用机理仍存在着一些分歧，需继续进行深入的机理分析。同时由于HF酸价格昂贵，环境危害大，氢氟酸法已不被工业生产接受。从20个世纪70年代开始，科研人员开始研究不使用氟离子对长石石英进行浮选分离的方法。石英长石浮选分离从氢氟酸法向无氟有酸法和无氟无酸法两种浮选新方法转变。 2、无氟有酸法 无氟有酸法，是指在不添加氢氟酸的条件下，以强酸为调整剂并调节矿浆pH值到2～3，用单一胺类捕收剂或阴阳离子组合捕收剂优先浮出长石，从而实现长石与石英浮选分离的方法。其分离原理主要是依据长石和石英的Zeta电位不同，用强酸调节pH至石英零电点附近，即此时石英表面不带电，长石表面荷负电，使用阳离子捕收剂或组合捕收剂使长石上浮分离。 关于其作用机理，广泛地认为:强酸性使得长石石英的表面解离平衡左移，降低长石和石英的电负性，同时长石晶格构造中的K+、Na+可溶出，使长石表面形成Al3(s+)区正电荷空洞。阴离子捕收剂的加入可以静电吸附或特性吸附的方式吸附在长石表面，阳离子捕收剂的加入再与阴离子捕收剂作用，使得矿物疏水上浮，实现长石与石英的分离。 目前无氟有酸法是使用最为广泛的分离方法，且工业应用较为成熟。目前主要集中在药剂的研究等方面，包括调整剂与阴阳离子组合捕收剂等。由于无氟有酸法是在强酸性条件下进行分选，对设备腐蚀问题严重，同时含酸废水的处理也是工业生产中的一大问题。因此无氟无酸法成为目前科研人员研究的重点。 3、无氟无酸法 无氟无酸法，即不添加氟化物和酸，在中性、弱碱性或强碱性的矿浆体系下添加单一或者阴阳离子组合捕收剂将长石和石英进行浮选分离。但研究人员发现，在中性或弱碱性介质中，长石表面荷负电，仅加入阴离子捕收剂时，荷负电的长石表面会与加入的阴离子捕收剂间产生静电排斥力，阻碍阴离子捕收剂的靠近，掩盖了长石表面Al3(s+)的活性，导致浮选性能很差。因而目前无氟无酸法常采用阴阳离子组合捕收剂进行长石石英的浮选分离。 针对阴阳离子组合捕收剂的作用机理，大部分认为:在中性或碱性条件下，长石和石英表面均是荷负电，加入阴阳离子组合捕收剂后，虽然阳离子捕收剂在石英和长石表面上都有吸附，但这种吸附主要是以较弱的静电吸附为主。由于长石表面有Al3(s+)微区的存在，会对阴离子捕收剂形成特性吸附。当两种类型捕收剂添加的比例合适时，就会在长石表面形成一层疏水薄层。而石英表面因缺少Al3(s+)微区，从而无法形成阴离子捕收剂的定位特性吸附，只形成吸附强度较弱的静电吸附。随着调浆过程的进行，石英表面靠静电吸附的捕收剂吸附量下降，从而长石优先浮出。还有一些研究认为:阳离子捕收剂能以静电吸附于长石表面负电区，降低长石表面的电负性，进而降低长石与阴离子捕收剂之间的静电斥力，使长石表面Al3(s+)活性显现。阴离子捕收剂再与长石发生特性吸附，实现浮选分离。 目前，研究的难点与热点主要集中在阴阳离子组合捕收剂的设计与开发、调整剂的开发、金属离子活化等方面。但无氟无酸法的研究还只停留在实验室阶段，尚未有统一且详细的机理解释，工业上对于该工艺的应用报道也很少。 4、其他方法 近年来，许多研究者提出可通过其他方法(如擦洗、微波技术、煅烧水淬技术、超声等)扩大长石与石英的可浮性差异，以增强长石与石英的分离效果。 黄杰等人研究了煅烧对石英和长石分离效果的影响，结果表明，煅烧可扩大石英与长石的浮选差异。煅烧后以十二烷基磺酸钠和十二胺为捕收剂，六偏磷酸钠为调整剂，经脱泥—磁选—反浮选流程，可有效分离石英与长石，获得SiO2含量为99.93%的石英精矿。从键能的角度分析，煅烧能加大Al-O键的断裂几率，使Al原子较多地暴露于断面上，增多长石表面的活性位点。 近年来，研究人员还将超声技术用于长石与石英的浮选分离中。由于捕收剂在石英表面的吸附只是静电吸附，G.Gurpinar等发现超声波处理可加快捕收剂在石英表面的脱附，导致石英回收率的降低。 近年来新兴的预处理方法为长石与石英的分离提供了更宽广的解决思路，但还需要更加深入、更加系统地研究，同时还需对作用机理进行相应地研究。 资料来源：《李爱民.我国石英与长石浮选分离的研究进展[J].矿产保护与利用,,41(06):27-34》，由编辑整理，转载请注明出处！