（西南科技大学/徐龙华，董发勤，巫侯琴，王维清，王振）长石矿是非金属矿中一个非常重要的矿石种类，其常常与石英伴生在一起。由于长石、石英同属于架状硅酸盐矿物，结构相似，所以长石和石英的浮选分离一直以来是选矿领域的一大难题。在过去的选矿实践中，长石浮选经历了氢氟酸法、无氟有酸法和无氟无酸法。氢氟酸为长石最有效的活化剂但由于其环境污染严重，现逐渐被淘汰。目前工业生产中，pH=2.0~3.0的强酸性条件下浮选长石成为主要的提纯工艺，而强酸性条件对设备腐蚀是非常严重的，因此选矿工作者一直在寻找在接近中性条件下，实现对长石和石英的浮选分离研究。
目前我国长石资源中达到一级品以上的原矿储量仅占已开发资源的15～20％左右，三级品以下的资源占绝大多数，必须经过选矿提纯才能应用。本次试验通过对四川川北地区某低品位长石矿进行选矿提纯试验研究。在无氟无酸的条件下，获得K2O+Na2O>13的长石精矿，最后并对浮选分离的机理进行了初步探索。
1 实验部分
1.1 原矿性质
通过显微镜镜下观察、X射线衍射分析以及化学成分分析发现矿石中主要矿物为长石、石英、云母和磁铁矿，还有少量的角闪石和锆石等。其中，石英多分布在长石空隙中或脉体中。由于其Fe2O3含量达0.92%，含铁较高； K2O+Na2O含量仅为8.38% ；SiO2含量为74.75%。要达到长石精矿一级品的要求，必须通过选矿除铁提纯工艺。矿样的化学成分分析结果见表1。
表1原矿多元素化学成分分析结果
| 组分 |
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 试剂与主要仪器设备
试剂：十二胺，与醋酸配成十二胺醋酸盐作为长石的捕收剂；六偏磷酸钠，作为石英的抑制剂；油酸钠，作为长石的活化剂。
主要设备：PE-150×250A型鄂式破碎机，XPS～Φ250×150型对辊机，XSZ-600×300型单双层两用振动筛，XMB-φ200×240型棒磨机，XCRS-Φ400×240型电磁湿法多用鼓形磁选机、SLon-500型立环高梯度磁选机，1.5L的XFD型浮选机等。
2 结果与讨论
目前，针对风化花岗岩长石的长石，普遍采用的选矿加工方法为：破碎-磨矿-浮选（除铁、云母）-浮选（长石、石英分离）。本次研究的矿石中各有用矿物粗细分布相对较均匀，且矿石中铁矿物磁性较强，直接采用磁选的方法即可获得合格产品，属于易选别矿石。但长石和石英性质相似，只宜采用浮选的方法进行选别。另外，由于非金属矿湿磨后含泥较多，通常在浮选前要进行脱泥，以消除矿泥对后续作业的影响。所以根据本矿石的性质，宜采用棒磨-脱泥-磁选-浮选联合工艺。本研究对浮选原则工艺流程进行了探索性试验，结果发现以油酸钠作为活化剂、六偏磷酸钠为石英的抑制剂、十二胺盐酸盐为长石捕收剂，可以实现长石和石英分离，获得合格的长石精矿。
2.1 磨矿试验
针对工业应用对长石也有一定的粒度要求，试验考虑采用棒磨机进行磨矿。由于棒磨机的产品粒度均匀，过磨少，泥化量少。需要指出的是棒磨机不具有选择性磨碎的作用，易将硬度大的长石和硬度小的铁杂质都磨细，所以磨矿时间要控制好。
通过磨矿细度试验并结合显微镜镜下观察，确定磨矿时间为4min，磨矿细度为-0.074mm占48.79%。其产品粒级分析结果见表2。由磨矿试验结果可知，磨矿产品中的Fe 2O 3含量为1.06%，大于原矿石中0.92%含量，其为磨矿过程中混入了机械铁。长石分布在0.038mm粒级以上达80%左右，而铁杂质分布在0.038粒级以下达63.61%。
表2 磨矿产品粒级分析结果
| 样品名称 |
粒级/mm |
产率/% |
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 |
| 合计 |
100 |
8.38 |
1.06 |
100 |
100 |
2.2 磁选除铁试验
为了除去磨矿过程混入的机械铁和矿石中的磁性矿物，降低长石矿中铁含量，必须进行磁选除铁工艺。首先采用湿法鼓形弱磁选机除去强磁性物质，再利用非金属矿除铁效果显著的SLon立环高梯度强磁选机除去弱磁性物质。弱磁选可以将强磁性的磁铁矿除去，从而避免了强磁选机的堵塞，同时也减少强磁性矿物的夹杂造成长石的损失。由于该矿风化程度高，在磨矿过程中铁矿物易泥化，强磁选难于将这部分铁矿物除去。可通过脱泥除去大部分泥，同时脱泥可以减少对后续浮选作业的影响。所以在进行磁选之前我们进行了脱泥作业。磁选试验流程见图1，试验结果见表3。
图1 磁选试验流程
表2 磁选产品分析结果
| 样品名称 |
产率/% |
品位/% |
回收率/% |
| K2O +Na2O |
Fe2O3 |
K2O +Na2O |
Fe2O3 |
| 泥 |
8.78 |
8.59 |
1.35 |
9.00 |
11.18 |
| 强磁性产品 |
5.24 |
4.08 |
11.79 |
2.55 |
58.28 |
| 弱磁性产品 |
10.93 |
7.05 |
2.21 |
9.19 |
22.79 |
| 磁选尾矿 |
75.05 |
8.85 |
0.11 |
79.26 |
7.79 |
| 合计 |
100 |
8.38 |
1.06 |
100.00 |
100 |
由表2磁选试验结果可以看出，采用脱泥、弱磁和SLon高梯度强磁选工艺除铁后磁选尾矿中Fe 2O 3含量显著降低，由1.06%降为0.11%，磁选除铁效果显著。磁选尾矿中K 2O +Na 2O的含量也有原矿的8.33%提高到8.85%，提高了浮选原矿的品位，一定程度上可以减少浮选成本。
2.3 浮选试验
本浮选试验在自然pH值条件下进行，以油酸钠作为长石活化剂、六偏磷酸钠为石英的抑制剂、十二胺盐酸盐为捕收剂，从而实现长石和石英分离。
通过大量药剂用量条件试验探索，确定最佳的药剂用量分别为：油酸钠为400g/t；六偏磷酸钠为2500g/t；十二胺为100g/t。同时，确定了“二扫一精”的浮选工艺流程，见下图2。浮选分离试验结果见表3。
图2 长石浮选试验流程图
表3浮选试验结果
| 样品名称 |
产率/% |
品位/% |
回收率/% |
| K2O +Na2O |
Fe2O3 |
K2O +Na2O |
Fe2O3 |
| 长石精矿 |
25.48 |
13.79 |
0.23 |
39.70 |
11.18 |
| 中矿 |
14.71 |
10.08 |
0.15 |
16.75 |
58.28 |
| 石英尾矿 |
59.81 |
6.45 |
0.05 |
43.59 |
22.79 |
| 浮选原矿 |
100 |
8.85 |
0.11 |
100 |
100 |
由表3浮选试验结果可知，长石精矿的K2O+Na2O含量>13%的长石精矿、Fe2O3含量<0.3%，达到工业一级品要求。但其产率较低，只有25.48%。在以后的试验研究中我们考虑对中矿和尾矿综合利用，例如其中中矿长石可以作为二级品。石英尾矿可以进一步提纯，达到SiO2含量约99%的石英产品。
总之，本试验研究在无氟无酸条件下，采用磁-浮联合工艺，即一弱磁一强磁磁选、一粗二扫一精浮选作业实现将原低品位长石矿中Fe2O3含量从0.92％降至0.3％以下，K2O+Na2O含量从8.38%提高至13％以上。
2.4 浮选药剂作用机理讨论
2.4.1 油酸钠对长石活化作用
油酸钠溶液在pH值在4~10时不仅存在油酸根离子，而且还有分子-离子的络合物，这两种组分在矿物表面的吸附占主要的地位。在pH值4~10范围内，石英和长石是整体都呈现负电性，但是局部存在着动态的正电区和中性区。正是如此，石英表面存在着对油酸根离子的静电吸附或者氢键吸附，但这种吸附是极不稳定的。而对于长石，油酸在其表面的吸附则存在三种吸附形式：①和石英一样，存在着静电吸附；②以氢键或者分子力吸附的油酸分子；③与长石表面裸露Al3+的反应生成油酸铝的化学吸附。第三种吸附方式相当牢固。正是存在油酸根离子与铝离子的化学吸附，也使前两种的静电吸附和以油酸分子的分子吸附的吸附强度增高，起到协同促进作用。因此，基于这种差异，油酸钠为实现长石的活化提供了基础。本试验还发现，油酸钠的用量一般要超过捕收剂用量的3倍以上，浮选效果非常明显。一是油酸钠的用量大时，油酸根离子与铝离子的接触的几率增多，在长石表面形成的化学吸附点就越多，吸附也就越稳定，而对石英几乎没有影响；二是油酸根离子可以和溶液中的难免离子Ca2+、Mg2+等络合，从而减少它们对石英的活化作用。
2.4.2 六偏磷酸钠对石英的抑制机理
对于石英与长石的分离试验，一般都认为是六偏磷酸钠对油酸钠有解吸作用。由于石英表面的油酸钠吸附强度低，容易被六偏磷酸钠解吸取代，其阻止了十二胺在石英表面吸附。而六偏磷酸钠对长石表面油酸钠的解吸只是部分解吸，这是由于长石表面存在了吸附强度比较高的化学吸附，不能被解吸，从而使长石在十二胺捕收剂存在时，保持了可浮性。试验过程中发现，调整剂六偏磷酸钠与矿浆作用时间很关键。加入六偏磷酸钠要解吸石英表面的油酸钠需要一定的时间，最后发现六偏磷酸钠的作用时间控制在5min左右。
2.4.3 十二胺对长石的捕收剂作用
胺类阳离子捕收剂一般都是依靠静电力实现在矿物表面的吸附。十二胺在矿物表面的吸附主要以离子为主，胺分子次之。并且当溶液中存在分子离子络合物时，不仅会使胺分子的吸附量增加，而且也会促进胺离子的吸附。在石英与长石的浮选分离中，十二胺对长石的吸附主要是以其表面吸附的油酸根离子为吸附的活性点，从而实现长石的浮选。这跟氟化物与矿物表面作用生成氟化铝络合物阴离子区或者氟硅酸铝阴离子区，然后再使胺类捕收剂牢固的吸附在其表面是一致的。此外，当矿物表面吸附有油酸时，提高了其表面的负电性，从而提高了十二胺的吸附量。
3 结论
（1）针对四川川北某地区低品位长石矿浮选粗选的药剂制度为：在自然pH条件下，油酸钠用量为400g/t，六偏磷酸钠用量为2500g/t，十二胺用量为100g/t。其添加先后顺序为：油酸钠、六偏磷酸钠、十二胺。
（2）在无氟无酸条件下，采用磁-浮联合工艺，即一弱磁一强磁磁选、一粗二扫一精浮选作业就可将原低品位长石矿中Fe2O3含量从0.92％降至0.3％以下，K2O+Na2O含量从8.38%提高至13％以上。该工艺对扩大我国低品位长石矿资源的利用范围起到了积极的作用。
(桂林非金属矿加工与应用技术交流会,发表于中国粉体技术杂志）
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