（西南科技大學/徐龍華，董發勤，巫侯琴，王維清，王振）長石礦是非金屬礦中一個非常重要的礦石種類，其常常與石英伴生在一起。由于長石、石英同屬于架狀硅酸鹽礦物，結構相似，所以長石和石英的浮選分離一直以來是選礦領域的一大難題。在過去的選礦實踐中，長石浮選經歷了氫氟酸法、無氟有酸法和無氟無酸法。氫氟酸為長石最有效的活化劑但由于其環境污染嚴重，現逐漸被淘汰。目前工業生產中，pH=2.0~3.0的強酸性條件下浮選長石成為主要的提純工藝，而強酸性條件對設備腐蝕是非常嚴重的，因此選礦工作者一直在尋找在接近中性條件下，實現對長石和石英的浮選分離研究。
目前我國長石資源中達到一級品以上的原礦儲量僅占已開發資源的15～20％左右，三級品以下的資源占絕大多數，必須經過選礦提純才能應用。本次試驗通過對四川川北地區某低品位長石礦進行選礦提純試驗研究。在無氟無酸的條件下，獲得K2O+Na2O>13的長石精礦，最后并對浮選分離的機理進行了初步探索。
1 實驗部分
1.1 原礦性質
通過顯微鏡鏡下觀察、X射線衍射分析以及化學成分分析發現礦石中主要礦物為長石、石英、云母和磁鐵礦，還有少量的角閃石和鋯石等。其中，石英多分布在長石空隙中或脈體中。由于其Fe2O3含量達0.92%，含鐵較高； K2O+Na2O含量僅為8.38% ；SiO2含量為74.75%。要達到長石精礦一級品的要求，必須通過選礦除鐵提純工藝。礦樣的化學成分分析結果見表1。
表1原礦多元素化學成分分析結果
| 組分 |
SiO2 |
Al2O3 |
K2O |
Na2O |
CaO |
Fe2O3 |
MgO |
TiO2 |
P2O5 |
| 含量/% |
74.75 |
14.09 |
4.33 |
4.05 |
1.30 |
0.92 |
0.41 |
0.10 |
0.05 |
1.2 試劑與主要儀器設備
試劑：十二胺，與醋酸配成十二胺醋酸鹽作為長石的捕收劑；六偏磷酸鈉，作為石英的抑制劑；油酸鈉，作為長石的活化劑。
主要設備：PE-150×250A型鄂式破碎機，XPS～Φ250×150型對輥機，XSZ-600×300型單雙層兩用振動篩，XMB-φ200×240型棒磨機，XCRS-Φ400×240型電磁濕法多用鼓形磁選機、SLon-500型立環高梯度磁選機，1.5L的XFD型浮選機等。
2 結果與討論
目前，針對風化花崗巖長石的長石，普遍采用的選礦加工方法為：破碎-磨礦-浮選（除鐵、云母）-浮選（長石、石英分離）。本次研究的礦石中各有用礦物粗細分布相對較均勻，且礦石中鐵礦物磁性較強，直接采用磁選的方法即可獲得合格產品，屬于易選別礦石。但長石和石英性質相似，只宜采用浮選的方法進行選別。另外，由于非金屬礦濕磨后含泥較多，通常在浮選前要進行脫泥，以消除礦泥對后續作業的影響。所以根據本礦石的性質，宜采用棒磨-脫泥-磁選-浮選聯合工藝。本研究對浮選原則工藝流程進行了探索性試驗，結果發現以油酸鈉作為活化劑、六偏磷酸鈉為石英的抑制劑、十二胺鹽酸鹽為長石捕收劑，可以實現長石和石英分離，獲得合格的長石精礦。
2.1 磨礦試驗
針對工業應用對長石也有一定的粒度要求，試驗考慮采用棒磨機進行磨礦。由于棒磨機的產品粒度均勻，過磨少，泥化量少。需要指出的是棒磨機不具有選擇性磨碎的作用，易將硬度大的長石和硬度小的鐵雜質都磨細，所以磨礦時間要控制好。
通過磨礦細度試驗并結合顯微鏡鏡下觀察，確定磨礦時間為4min，磨礦細度為-0.074mm占48.79%。其產品粒級分析結果見表2。由磨礦試驗結果可知，磨礦產品中的Fe 2O 3含量為1.06%，大于原礦石中0.92%含量，其為磨礦過程中混入了機械鐵。長石分布在0.038mm粒級以上達80%左右，而鐵雜質分布在0.038粒級以下達63.61%。
表2 磨礦產品粒級分析結果
| 樣品名稱 |
粒級/mm |
產率/% |
品位/% |
分布率/% |
| K2O+Na2O |
Fe2O3 |
K2O+Na2O |
Fe2O3 |
-0.074mm
占48.79% |
+0.15 |
7.16 |
8.19 |
0.59 |
7.01 |
3.40 |
| -0.15-+0.074 |
47.19 |
8.36 |
0.48 |
47.09 |
20.91 |
| -0.074-+0.038 |
26.06 |
8.41 |
0.54 |
26.17 |
12.08 |
| -0.038 |
19.59 |
8.43 |
3.32 |
19.73 |
63.61 |
| 合計 |
100 |
8.38 |
1.06 |
100 |
100 |
2.2 磁選除鐵試驗
為了除去磨礦過程混入的機械鐵和礦石中的磁性礦物，降低長石礦中鐵含量，必須進行磁選除鐵工藝。首先采用濕法鼓形弱磁選機除去強磁性物質，再利用非金屬礦除鐵效果顯著的SLon立環高梯度強磁選機除去弱磁性物質。弱磁選可以將強磁性的磁鐵礦除去，從而避免了強磁選機的堵塞，同時也減少強磁性礦物的夾雜造成長石的損失。由于該礦風化程度高，在磨礦過程中鐵礦物易泥化，強磁選難于將這部分鐵礦物除去?？赏ㄟ^脫泥除去大部分泥，同時脫泥可以減少對后續浮選作業的影響。所以在進行磁選之前我們進行了脫泥作業。磁選試驗流程見圖1，試驗結果見表3。
圖1 磁選試驗流程
表2 磁選產品分析結果
| 樣品名稱 |
產率/% |
品位/% |
回收率/% |
| K2O +Na2O |
Fe2O3 |
K2O +Na2O |
Fe2O3 |
| 泥 |
8.78 |
8.59 |
1.35 |
9.00 |
11.18 |
| 強磁性產品 |
5.24 |
4.08 |
11.79 |
2.55 |
58.28 |
| 弱磁性產品 |
10.93 |
7.05 |
2.21 |
9.19 |
22.79 |
| 磁選尾礦 |
75.05 |
8.85 |
0.11 |
79.26 |
7.79 |
| 合計 |
100 |
8.38 |
1.06 |
100.00 |
100 |
由表2磁選試驗結果可以看出，采用脫泥、弱磁和SLon高梯度強磁選工藝除鐵后磁選尾礦中Fe 2O 3含量顯著降低，由1.06%降為0.11%，磁選除鐵效果顯著。磁選尾礦中K 2O +Na 2O的含量也有原礦的8.33%提高到8.85%，提高了浮選原礦的品位，一定程度上可以減少浮選成本。
2.3 浮選試驗
本浮選試驗在自然pH值條件下進行，以油酸鈉作為長石活化劑、六偏磷酸鈉為石英的抑制劑、十二胺鹽酸鹽為捕收劑，從而實現長石和石英分離。
通過大量藥劑用量條件試驗探索，確定最佳的藥劑用量分別為：油酸鈉為400g/t；六偏磷酸鈉為2500g/t；十二胺為100g/t。同時，確定了“二掃一精”的浮選工藝流程，見下圖2。浮選分離試驗結果見表3。
圖2 長石浮選試驗流程圖
表3浮選試驗結果
| 樣品名稱 |
產率/% |
品位/% |
回收率/% |
| K2O +Na2O |
Fe2O3 |
K2O +Na2O |
Fe2O3 |
| 長石精礦 |
25.48 |
13.79 |
0.23 |
39.70 |
11.18 |
| 中礦 |
14.71 |
10.08 |
0.15 |
16.75 |
58.28 |
| 石英尾礦 |
59.81 |
6.45 |
0.05 |
43.59 |
22.79 |
| 浮選原礦 |
100 |
8.85 |
0.11 |
100 |
100 |
由表3浮選試驗結果可知，長石精礦的K2O+Na2O含量>13%的長石精礦、Fe2O3含量<0.3%，達到工業一級品要求。但其產率較低，只有25.48%。在以后的試驗研究中我們考慮對中礦和尾礦綜合利用，例如其中中礦長石可以作為二級品。石英尾礦可以進一步提純，達到SiO2含量約99%的石英產品。
總之，本試驗研究在無氟無酸條件下，采用磁-浮聯合工藝，即一弱磁一強磁磁選、一粗二掃一精浮選作業實現將原低品位長石礦中Fe2O3含量從0.92％降至0.3％以下，K2O+Na2O含量從8.38%提高至13％以上。
2.4 浮選藥劑作用機理討論
2.4.1 油酸鈉對長石活化作用
油酸鈉溶液在pH值在4~10時不僅存在油酸根離子，而且還有分子-離子的絡合物，這兩種組分在礦物表面的吸附占主要的地位。在pH值4~10范圍內，石英和長石是整體都呈現負電性，但是局部存在著動態的正電區和中性區。正是如此，石英表面存在著對油酸根離子的靜電吸附或者氫鍵吸附，但這種吸附是極不穩定的。而對于長石，油酸在其表面的吸附則存在三種吸附形式：①和石英一樣，存在著靜電吸附；②以氫鍵或者分子力吸附的油酸分子；③與長石表面裸露Al3+的反應生成油酸鋁的化學吸附。第三種吸附方式相當牢固。正是存在油酸根離子與鋁離子的化學吸附，也使前兩種的靜電吸附和以油酸分子的分子吸附的吸附強度增高，起到協同促進作用。因此，基于這種差異，油酸鈉為實現長石的活化提供了基礎。本試驗還發現，油酸鈉的用量一般要超過捕收劑用量的3倍以上，浮選效果非常明顯。一是油酸鈉的用量大時，油酸根離子與鋁離子的接觸的幾率增多，在長石表面形成的化學吸附點就越多，吸附也就越穩定，而對石英幾乎沒有影響；二是油酸根離子可以和溶液中的難免離子Ca2+、Mg2+等絡合，從而減少它們對石英的活化作用。
2.4.2 六偏磷酸鈉對石英的抑制機理
對于石英與長石的分離試驗，一般都認為是六偏磷酸鈉對油酸鈉有解吸作用。由于石英表面的油酸鈉吸附強度低，容易被六偏磷酸鈉解吸取代，其阻止了十二胺在石英表面吸附。而六偏磷酸鈉對長石表面油酸鈉的解吸只是部分解吸，這是由于長石表面存在了吸附強度比較高的化學吸附，不能被解吸，從而使長石在十二胺捕收劑存在時，保持了可浮性。試驗過程中發現，調整劑六偏磷酸鈉與礦漿作用時間很關鍵。加入六偏磷酸鈉要解吸石英表面的油酸鈉需要一定的時間，最后發現六偏磷酸鈉的作用時間控制在5min左右。
2.4.3 十二胺對長石的捕收劑作用
胺類陽離子捕收劑一般都是依靠靜電力實現在礦物表面的吸附。十二胺在礦物表面的吸附主要以離子為主，胺分子次之。并且當溶液中存在分子離子絡合物時，不僅會使胺分子的吸附量增加，而且也會促進胺離子的吸附。在石英與長石的浮選分離中，十二胺對長石的吸附主要是以其表面吸附的油酸根離子為吸附的活性點，從而實現長石的浮選。這跟氟化物與礦物表面作用生成氟化鋁絡合物陰離子區或者氟硅酸鋁陰離子區，然后再使胺類捕收劑牢固的吸附在其表面是一致的。此外，當礦物表面吸附有油酸時，提高了其表面的負電性，從而提高了十二胺的吸附量。
3 結論
（1）針對四川川北某地區低品位長石礦浮選粗選的藥劑制度為：在自然pH條件下，油酸鈉用量為400g/t，六偏磷酸鈉用量為2500g/t，十二胺用量為100g/t。其添加先后順序為：油酸鈉、六偏磷酸鈉、十二胺。
（2）在無氟無酸條件下，采用磁-浮聯合工藝，即一弱磁一強磁磁選、一粗二掃一精浮選作業就可將原低品位長石礦中Fe2O3含量從0.92％降至0.3％以下，K2O+Na2O含量從8.38%提高至13％以上。該工藝對擴大我國低品位長石礦資源的利用范圍起到了積極的作用。
(桂林非金屬礦加工與應用技術交流會,發表于中國粉體技術雜志）
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