中国粉体网讯 高纯石英砂是国家急需的战略资源。在天然优质石英矿藏日渐枯竭，高纯石英砂供不应求下，积极探索石英砂提纯加工工艺具有十分重要的意义。而长石和石英具有相近的表面性质，二者的分离技术一直是矿物加工领域研究的热点和难点。
来源：pixabay
长石与石英分离难点
长石和石英都属于架状硅酸盐矿物，二者的晶体结构非常相似。如果石英结构中1/4的Si4+被Al3+所取代，即为长石。正是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。
目前，分离石英与长石最有效的方法为浮选法，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。
自20世纪40年代起，扩大长石与石英的表面性质差异成为了研究的热点与难点，许多研究人员从事此研究并取得了较显著的成果。如调节矿浆pH值、改变捕收剂种类、改变抑制剂和活化剂种类、表面预处理等。
长石与石英浮选分离技术研究进展
氢氟酸法
氢氟酸法是一种分离石英与长石的传统方法。氢氟酸溶液是一种强酸性溶液，可以用作浮选矿浆中的pH调整剂，同时也可作为长石的活化剂，并采用胺类捕收剂（阳离子捕收剂），组合药剂可以从矿浆中优先浮选出长石，从而实现石英与长石的浮选分离。
由于HF剧毒，对环境和人类的健康造成严重的危害，此外，还腐蚀生产设备，现已逐步被淘汰。
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。
相较而言，“氢氟酸法”和“无氟有酸法”有相同，也有相异的地方。其共同点为：两种方法均需要在强酸介质条件下进行。区别为：传统的“氢氟酸法”对矿物的浮选效果更好，在氢离子改变矿物的表面电位时，氟离子也会破坏矿物的Si—O键，使得长石表面出现更多的Al3+(s)区域，从而提高长石表面活性；而在采用“无氟有酸法”浮选矿物时，Al3+(s)区域活性较差，仅采用单一捕收剂无法达到浮选效果，所以需要采用混合捕收剂组合完成，以达到浮选的效果。
但无氟有酸法仍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。
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。
戴强等人详细总结中性浮选分离长石石英的机理：在中性介质中，长石与石英表面均带负电，而此时在长石表面会形成Al3+(s)，阴离子表面活性剂在长石表面会形成特征定位吸附，而随后阳离子的加入会与阴离子捕收剂结合形成疏水层，加强阴离子的定位吸附，使长石表面形成疏水层，而因为石英表面缺乏Al3+(s)微区，没有阴离子的定位吸附，活性剂在石英表面的吸附能力较弱，所以二者可以实现分离。
碱性浮石英法的机理：加入的金属阳离子与阴离子捕收剂在碱性条件下会发生反应形成中性络合物，这些络合物就是使得石英优先浮选出矿浆的原因。而长石在高碱性介质条件下，表面会生成水合层，从而隔断外加阳离子吸附到长石表面。
目前，对于无氟无酸法的研究尚未有统一且详细的机理解释，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。
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。如：Yuan等研究了超声波对石英砂浮选的影响，在单一矿物情况下，超声处理可以促进方解石和重晶石的上浮，而对石英上浮则有抑制作用，这是由于捕收剂在方解石的表面为化学吸附，在石英表面为物理吸附，在超声波的作用下，捕收剂会从石英的表面脱落，从而促进石英与夹杂物的分离；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。这些方法提供了一些新的思路，但还需要较长的研究周期。
小结
选择在中性和碱性的矿浆条件下，对石英和长石进行浮选分离具有良好的应用前景，也代表着石英-长石浮选分离工艺的发展方向。在浮选过程中，浮选药剂的选择、矿浆的浓度、矿浆的pH值、石英粒度等因素均会影响浮选的效果。寻找增强长石表面Al3+活性或与之结合能力强的药剂、促进长石表面与药剂定位吸附的各种研究等仍是重中之重。
参考资料：
李爱民.我国石英与长石浮选分离的研究进展
陈琳璋.石英与长石浮选分离研究
魏梦楠.石英及长石－石英系统的浮选行为
张洪武.石英矿中 Al/Fe/气液包裹体强化去除制备高纯石英砂实验研究
（中国粉体网编辑整理/黑金）
注：图片非商业用途，存在侵权告知删除！
