中國粉體網訊 石英是由二氧化硅組成的礦物，是世界分布最廣的礦物之一，主要應用于玻璃、陶瓷、塑料、橡膠、鑄造、化工、冶金、建筑、磨具、電子封裝等行業。作為一種應用極其廣泛的工業礦物原料，石英具備諸多優異性能，主要體現為壓電效應、獨特的光學特性、高度絕緣性、耐高溫、耐腐蝕性等[1]。與石英礦物共生的含鋁的硅酸鹽礦物是常見的脈石礦物，比如云母、高嶺土和長石等。云母、高嶺土和長石具有相似的物理性質及化學性質，一般的選礦方法很難達到很好的分選效果，而選用浮選工藝能達到其他工藝難以達到的良好的分選效果[2]。
1 浮選工藝及浮選藥劑
1.1 浮選工藝
浮選是通過添加藥劑選擇性改變礦物表面疏水性和親水性，或者利用礦物的天然可浮性，使礦物選擇性地粘附在泡沫表面，隨泡沫浮出礦漿的選礦方法。在礦業中，泡沫浮選利用礦物中物質疏水性差異分離礦物與脈石。通過使用表面活性劑和潤濕劑，增加了有價值礦物和脈石之間的疏水性差異[2]。
浮選即利用有用礦物與脈石礦物之間在可浮性方面的差異來進行礦物的分選。影響浮選效果的主要因素有：機械因素，如浮選機類型、空氣流動狀態、礦漿流動狀態及槽列組成等；人為操作因素，如給礦速度和溫度等；化學因素，即浮選藥劑[2]。
1.2 浮選藥劑的種類
浮選藥劑的種類很多，按在浮選試驗中的作用，分為捕收劑、起泡劑、調整劑。
捕收劑：能夠在礦漿中通過吸附在礦物表面從而形成一層疏水薄膜，疏水薄膜改變了水溶液的接觸角，使礦物表面的潤濕性能降低，從而使得礦物的疏水性增大，同時礦物的可浮性也隨之變大。高效捕收劑應具有足夠的活性和良好的選擇性、較好的捕收能力以及原料豐富、制取工藝簡單、使用方便等特點[2]。
起泡劑：溶于水中時能使氣泡穩定的藥劑。起泡劑的分子的一端為極性，親水；另一端顯非極性，親空氣。起泡劑分子的親水基插入水相，親油基插入空氣或油相，在液體界面上成定向排列，從而降低了界面的表面張力，起到了穩定泡沫和起泡的作用。在浮選過程中，向礦漿中添加一定量起泡劑，能形成大小和強度適當的穩定氣泡，從而達到更佳的浮選效果。常用的起泡劑有松油及其制品2號油。
調整劑：除捕收劑與起泡劑以外，浮選過程中所使用的浮選藥劑均屬于調整劑。根據調整劑在浮選中作用的不同，可分為以下幾類：
（1）抑制劑：指能減退或者破壞所需要分選的礦物與捕收劑發生作用的化學藥劑；
（2）活化劑：指可以促進礦物和捕收劑之間發生作用的化學藥劑；
（3）pH調整劑：主要用于調節礦漿的酸堿度；
（4）分散劑與絮凝劑：分別是對礦泥起分散作用和聚結成團作用的藥劑[2]。
2 長石與石英的浮選分離
大部分的脈石礦物與石英的物化性質和浮游性差異較大，通過擦洗、脫泥、磁選、重選、浮選等方法可有效去除石英礦中的大部分脈石礦物。由于石英和長石同屬架狀結構硅酸鹽礦物，在物化性質等方面相似，如均無磁性、密度接近，因此采用常規的重選、磁選等方法都不能使之有效分離，目前主要采用浮選法進行分離。
浮選法是長石與石英分選可行性最高的方法，其機理是基于長石與石英的表面性質差異，在適宜的浮選條件下，添加單一陽離子捕收劑或陰陽離子組合捕收劑，以實現長石與石英分離。但二者相似的晶體結構和化學組成，使得長石與石英的荷電類型和荷電量基本相同，導致以靜電吸附為主的胺類等陽離子捕收劑在長石與石英上的吸附無選擇性。胺類等陽離子捕收劑在捕收長石的同時也會捕收石英，兩者的浮選分離困難[3]。
目前石英浮選的方法有三種：無氟有酸法、無氟無酸法、有氟有酸法。其中有氟有酸法的技術最為成熟，分離效果也最好，但由于加入的氫氟酸具有毒性和強腐蝕性，在實際生產中已逐漸被淘汰[4]。目前，國內外研究長石和石英浮選分離的主要方法為無氟有酸法和無氟無酸法，已有多種技術取得了較好的分離效果，但這些技術在實際應用中都具有一定的局限性。在浮選過程中，浮選藥劑的選擇、礦漿的濃度、礦漿的pH值，石英粒度等因素均會影響浮選的效果[5]。
2.1 氫氟酸法
氫氟酸法是一種傳統的長石石英的分離方法，在pH為2~3，一種陽離子表面活性劑（胺類作捕收劑），HF作催化劑時，長石可以從石英礦中分離出來。大部分學者認為：由于HF的加入，打破礦漿體系中石英和長石表面的解離平衡，進一步說HF的加入可以去除陽離子并將帶負電的F-賦存在長石表面，使得長石表面荷負電，此時加入陽離子捕收，兩者靜電吸附，造成長石疏水，而此時石英表面的Si-O被HF侵蝕，形成[SiF6]2-，由于石英表面沒有Al3+微區存在，所以其表面的動電位較長石高，從而減少陽離子捕收劑的吸附，最終實現長石石英的分離[1]。
雖然氫氟酸法能較好地分離石英和長石，但由于HF對環境和設備污染嚴重，因此目前研究和應用比較多的是無氟浮選[6]。
2.2 無氟有酸法
無氟有酸法的基本原理是陰陽離子混合捕收劑與在強酸性條件下呈電中性的石英表面僅能形成作用力較弱的靜電吸附和分子吸附，而與呈負電性的長石表面的Al3+形成特性吸附，同時長石晶格中用于平衡電價的K+、Na+溶于礦漿時在表面形成正電荷空洞對陽離子捕收劑形成靜電吸附和分子吸附，這三種吸附作用使長石表面捕收劑吸附量大于石英表面，因此長石優先浮出[6]。
目前無氟有酸法是使用最為廣泛的分離方法，且工業應用較為成熟。目前主要集中在藥劑的研究等方面，包括調整劑與陰陽離子組合捕收劑等。但是無氟有酸法是在強酸性條件下進行分選，對設備腐蝕問題嚴重，同時含酸廢水的處理也是工業生產中的一大問題[3]。
2.3 無氟無酸法
無氟無酸法即為不使用硫酸和氫氟酸而浮選分離石英和長石的工藝。現有工藝包括中性礦漿中使用陰陽離子混合捕收劑搭配石英抑制劑浮選長石和堿性條件下利用堿金屬離子活化，陰離子捕收劑浮選石英兩種[7]。但研究人員發現，在中性或弱堿性介質中，長石表面荷負電，僅加入陰離子捕收劑時，荷負電的長石表面會與加入的陰離子捕收劑間產生靜電排斥力，阻礙陰離子捕收劑的靠近，掩蓋了長石表面Al3+(s)的活性，導致浮選性能很差。因而目前無氟無酸法常采用陰陽離子組合捕收劑進行長石石英的浮選分離[3]。
目前，無氟無酸法的研究還只停留在實驗室階段，尚未有統一且詳細的機理解釋，工業上對于該工藝的應用報道也很少[3]。
3 高嶺土與石英的浮選分離
高嶺土和石英都是工業發展必不可少的非金屬礦產資源，常見的高嶺土礦中伴生大量的石英。砂質高嶺土資源在開采與分選過程中會產生大量的含石英尾礦，大量尾礦的堆存侵占土地、破壞生態環境，因此對尾礦中的石英砂進行提純回收，提高資源利用率的同時降低了環境污染壓力。對含石英高嶺土尾礦的處理主要是根據石英應用方向的不同而有針對性地進行提純[8,9]。
廣西合浦石康某高嶺土尾礦產石英砂浮選除鐵試驗流程
胡廷海等為使廣西合浦石康某高嶺土尾礦中石英砂達到光伏玻璃用砂的要求，對其進行提石英除鐵試驗研究。研究發現，此尾礦Fe2O3含量較高且主要賦存于云母及電氣石中，通過在酸性介質中用混合胺和煤油反浮選云母，在偏堿性介質中用油酸鈉反浮選電氣石，最終將Fe2O3含量由113μg/g降至74μg/g，SiO2含量達到99.89%[9]。
4 云母與石英的浮選分離
不同的陰陽離子捕收劑在浮選過程中對云母、長石和石英的捕收效果不同。針對胺類捕收劑對浮選設備易腐蝕的問題，劉超等研發新型云母捕收劑P8X，P8X可以高效捕收。
另外，研究人員在對江西修水石英選礦試驗研究發現，石英包裹體是以絹云母為主的礦物包裹體和氣液包裹體，采用“擦洗—脫泥—磁選—浮選—分級”進行提純試驗，對于+0.104mm產物進行“酸浸—爆破”試驗，確定酸配比H2SO4、HNO3、HF質量比為65:25:10時獲得SiO2質量分數≥99.98%，對-0.104mm粒級產物進行“擦洗”試驗，獲得質量分數為99.90%的超細硅微粉[9]。
結語
浮選是石英選礦提純的一項重要工藝，由于石英中存在大量的云母和長石等，他們的表面性質與石英相同，在浮選過程中難度較大。近年來，我國學者針對石英的浮選工藝進行了許多的研究，其中氫氟酸法和無氟有酸法因嚴重的環境污染而逐漸停用，因此無氟浮選是石英未來浮選技術的主要發展方向，需要加強研究，以提高石英礦和其他礦物的附加價值。
參考文獻：
[1] 魏夢楠. 石英及長石-石英系統的浮選行為和捕收劑吸附機理[D].中國科學技術大學,2019.
[2] 劉寶貴. 高純石英的提取工藝及其浮選藥劑的研究[D].武漢工程大學,2017.
[3] 李愛民. 我國石英與長石浮選分離的研究進展[J]. 礦產保護與利用,2021,41(06):27-34.
[4] 于福順,邵懷志,蔣曼,張彩娥,王建磊,李軍. 長石石英浮選分離試驗及混合捕收劑作用機理研究[J]. 礦業研究與開發,2020,40(12):122-127.
[5] 張洪武. 石英礦中Al/Fe/氣液包裹體強化去除制備高純石英砂實驗研究[D].昆明理工大學,2021.
[6] 聶軼苗,劉淑賢,王森,李卓林,牛福生. 石英長石無氟浮選分離的研究現狀及進展[J]. 化工礦物與加工,2015,44(07):51-54.
[7] 王國東. 堿性環境石英和長石浮選分離過程的絮凝行為與分散機制[D].中南大學,2022.
[8] 張尊干,李衍方,倪琳,崔小峰. 高嶺土與石英浮選分離研究[J]. 化工礦物與加工,2018,47(08):13-17.
[9] 高惠民,張凌燕,管俊芳,錢玉鵬,任子杰,邱楊率. 石墨、石英、螢石選礦提純技術進展[J]. 金屬礦山,2020,(10):58-69.
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