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石英和长石的无氟分离技术研究现状
来源:中国粉体技术网    更新时间:2015-02-10 10:28:57    浏览次数:
 
      (中国粉体技术网/班建伟)石英和长石的浮选分离最成熟的方法是HF酸法,但由于环保问题,以及HF酸使用过程中的诸多不便,众多选矿工作者都在积极研究无氟分离方案,这也表明了石英—长石浮选分离的主导研究方向。因此本综述对无氟分离研究现状进行总结与分析。
1 酸法长石—石英的分离
       该法是在强酸(一般为H2SO4)pH 值=2~3的条件下,用阴阳离子混合捕收剂优先浮选长石。据拉奥 K . H .等的研究表明:这一pH 值正处于石英零电点附近,而比
长石零电点(pH 值=1.5)高,因此在这一pH 值条件下长石表面荷负电,石英表面不荷电。
       胺类阳离子率先吸附在长石表面负电荷区,阴离子捕收剂再与吸附的胺类捕收剂络合,共吸附在长石表面。表面张力测定表明:这些络合物有更高的表面活性,从而大大增加了长石表面疏水性,使长石得以上浮。研究还表明:当阴/阳离子混合物的摩尔比<1时,捕收剂的两个极性基团都朝向矿物表面,而烃链趋向于朝向溶液,有利于矿物的疏水上浮。而当阴/阳离子摩尔比接近或>1时,共吸附的阴离子捕收剂烃链借助于范氏力与先吸附的胺类阳离子捕收剂的疏水烃链缔合,使阴离子极性基朝向溶液,而阳离子非极性疏水基又被掩盖,所以矿物可浮性下降或消失。
       需要特别指出的是实现浮选选择性的关键在于矿浆溶液必须处于这样的pH值,即:在此pH值下,长石和石英表面所荷电荷不同,因而胺类捕收剂吸附在长石表面上,而不吸附在石英表面上,阴离子捕收剂再与阳离子捕收剂络合而共吸附,增大矿物表面疏水性。而石英则因表面接近电中性,对阴阳离子均不吸附,因而亲水难浮。
       戴强等指出阴阳离子混合捕收剂使长石表面疏水性大大增强的原因是:在一定的pH值下,长石表面既有活性Al3+对阴离子捕收剂的特性吸附,又有表面配衡金属离子K+或Na+因溶于矿浆而在矿物表面形成的正电荷空洞,对阳离子捕收剂的静电吸附和分子吸附,多种吸附互相促进,协同作用,使长石可浮性大大优于石英。这种工艺方法在生产实践中已获得广泛应用。
       如内蒙古角干工区石英砂矿,用H2SO4为调整剂,高级脂肪胺和石油磺酸盐为捕收剂进行脱除长石等杂质的反浮选,获得SiO2品位为97.83%的最终产品,可作为生产平板玻璃的原料,也可作为优质铸钢造型用砂;位于山东省荣成市港西镇的旭口硅砂矿,在pH 值为3的条件下,采用N -烷基丙撑二胺与石油磺酸钠混合捕收剂优先浮选长石,获得了SiO品位为96.94%的最终石英产品,使产品达到优质浮法玻璃原料要求;内蒙古的通辽和新疆的昌吉,也先后建立了2万t/a生产规模的硅砂无氟浮选选矿厂。
       陈雯等用少量NaOH对原砂进行预处理,可大幅度提高分离效果,降低浮选药剂用量。阴阳离子配比对浮选效果有决定性的作用,以本次试验情况来看,当阴阳离子比例为5.1 时,效果最理想。采用无氟少酸工艺,仅一粗一扫作业就将石英砂中SiO2含量从86%提高到97%以上,Al2O3含量降至0.57%,Fe2O3含量降至0.065%。该工艺对扩大我国石英砂资源的利用范围起到了积极的作用。
       熊文良等采用强酸无氟浮选的方法对青海某钾长石资源进行了综合利用研究,试验结果表明,采用粗磨—浮云母—再磨浮选脱泥—长石浮选的选矿流程,可综合回收云母产品,产率8.22%;长石产品,产率34.28%;石英产品,产率46.51%,为该资源的合理开发做出了较好的选矿评价。

2 中性浮选长石法
       该方法是在中性自然介质中,用阴阳离子混合捕收剂,外加抑制剂分离石英与长石。其浮选机理为:在中性介质中,石英与长石均荷负电,但有试验表明,阴离子捕收剂(油酸根离子)在这两种矿物表面上均可发生吸附行为。
       不过其吸附情况大不一样,石英表面尽管荷负电,但仍有局部正电区存在,借助静电力和氢键作用对油酸根离子有微量吸附。这一吸附是极不稳定的,加入抑制剂(如六偏磷酸钠)即可以脱去表面吸附的捕收剂。而长石则不同,它与油酸根离子的吸附有3种形式:①静电吸附的油酸根;②以氢键或分子力吸附的油酸分子;③与Al3+反应而产生化学吸附的油酸铝。第三种吸附作用相当牢固,用去离子水冲洗或加入其他阴离子均不能完全解吸长石表面上吸附的油酸,仍有很大一部分吸附在矿物表面。
       长石表面Al3+含量并不高,化学吸附上去的油酸也不会太多,其疏水力极其有限,还不能导致大量长石上浮。但是表面所吸附的这些油酸根离子可作为阴离子活性质点再去吸附胺类阳离子捕收剂,其作用相当于氟化物与矿物表面作用所产生的氟化铝络合物阴离子区或氟硅酸铝阴离子区,使胺类阳离子捕收剂牢固地吸附以分离。这一分离技术的关键在于要有合适的抑制剂既可以解吸石英表面上吸附的油酸根离子,又能阻止胺离子捕收剂在石英表面上的吸附,且对长石的影响不大。
       有试验研究表明,六偏磷酸钠即能很好地起到这一作用;还有试验证明,阴阳离子的配比对分离效果有着很大影响:若阳离子过量则浮选选择性下降,两种矿物都上浮;若阴离子捕收剂过量,则分离效果较好。据悉,应用此方法在工业生产中已有成功的例子,但未见详细报道。

3 碱性浮选长石
       该方法主要是在碱性条件下进行反浮选石英,据报道,在高碱性介质条件下(pH 值=11~12)以碱土金属离子为活化剂,以烷基磺酸盐为捕收剂,可优先浮选石英,实现石英与长石的分离。同时加入非离子表面活性剂,如1-十二烷醇,可使石英回收率急剧上升,而对长石影响不大,从而有利于二者分离。、
       试验研究表明,加入的金属阳离子与烷基磺酸盐在碱性条件下形成的中性络合物(如Ca(OH )+RSO3-)在其中起着关键作用,这些中性络合物可以与游离的磺酸盐离子结合在一起,并共同吸附在石英表面,起到半胶束促进剂的作用,使石英疏水上浮。而长石在高碱性介质中,表面形成水合层,即在酸性溶液条件下,长石表面的铝离子和碱金属离子减少,硅离子增多;在高碱性条件下,长石表面的硅离子减少,碱金属离子增多,故在此条件下不利于外加金属阳离子的吸附。
目前该方法还仅限于实验室研究,未见有在工业生产中获得实际应用的报道,石英—长石分离研究       大部分仍停留在实验室阶段,工业化应用的非常少。在石英—长石无氟浮选分离工艺中,最成熟的是酸性浮选长石法,但这一工艺需要强酸性的介质条件,造成设备腐蚀严重。

4 结论
      弱酸性—中性浮选长石法、碱性浮选法有着良好的应用前景,代表着石英—长石浮选分离工艺的未来发展方向。尽管目前这些方法还不是很成熟,大部分仅仅是实验室结果,在工业生产中获得实际应用的例子很少,但是这些工艺方法值得去做进一步的探讨和改进,特别是无氟弱酸环境下石英—长石的分离有望实现工业应用。


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