长石浮选研究进展
- W.Heyes，G.C.Allan，W.J.Bruckard *和G.J.Sparrow
摘要
本文综述了浮选在分离长石与其它天然矿物(如石英、粘土矿物、云母、钛铁矿、金红石、锐钛矿)以及个别长石矿物本身的应用。已发表的有关长石浮选的许多文章都与基础研究有关，这些研究旨在阐明用阴离子或阳离子捕收剂和活化剂分离和回收长石的机理。 然而，目前工业上使用的分离方法与60年前首次提出的分离方案基本相同，因为所用的方法非常有效。长石工业分离的总回路由三个连续的浮选阶段组成，它们都是在酸性介质中进行的。通常，在浮选前，原料被脱泥，除去任何存在的细粒粘土矿物。在浮选的第一阶段，用胺类捕收剂除去云母。在第二阶段，钛和氧化铁矿物，如钛铁矿和磁铁矿，使用阴离子捕收剂去除。在第三阶段，长石被氟离子活化并被胺类捕收剂浮出，残余产物通常是高品位石英。该流程可以产出符合市场要求的长石，包括低的铁含量。根据所处理的矿石的性质和其包含的特定杂质，可以选用一个或多个浮选流程。一种工业长石产品通常含有一种以上的长石矿物，并开发了分离个别长石矿物的浮选条件，以生产单质长石用于特定用途。在中性或酸性pH值下，钾长石可以在氯化钠溶液中被胺类捕收剂浮出。为了避免在第三次浮选阶段中使用氟离子活化长石时产生环境问题，已经探索出使用阴离子和阳离子捕收剂组合的无氟浮选条件。
关键词：综述，浮选，长石
介绍：
长石矿物是钠、钾和钙的铝硅酸盐。据估计，长石约占地壳的60%，它们构成大部分暴露的岩石，土壤，粘土和其他未固结的沉积物。工业长石产品通常由不同的长石矿物混合而成，但在某些应用中可能需要个别矿物的分离。长石与世界经济和我们的生活息息相关，因为它们广泛用于玻璃制造，陶瓷工业和填料。如表1所示，目前世界产量超过18-30万吨(矿物年鉴，2009)。
在1940之前，长石是手工生产的。自那时以来，已开发了两种不同的处理技术，用于分离长石与其他矿物。一种是使用静电分离技术进行干燥，另一种是使用泡沫浮选进行湿法分离。虽然两种技术在分离前必须对地面给料进行脱泥，但与静电分离技术相比，泡沫浮选技术可以在更大的范围内应用。特别是浮选工艺的发展，使大型花岗岩矿床得以开发利用。同时，浮选生产的精矿比单用手工法生产的精矿品位更高，成分更稳定。
已发表的有关长石浮选的资料，大部分与基础研究有关，这些研究旨在阐明使用阴离子或阳离子和活化剂使长石与石英及其他矿物分离的分离机制。但是，它对矿物比表面积与试剂浓度之比有非常严格的要求，即这些基础研究只使用非常窄的矿物粒度范围，这与实际的浮选条件有很大的不同。因此，不能将实验结果直接推广到实际的工业生产中。
目前正在使用的分离方案与60年前首次提出的方案大致相同，因为所用的工艺非常有效。在本文中，我们讨论了这些方案，以及最近提出的分离长石矿物的浮选工艺和从石英中分离出长石的无氟工艺。
长石属性
矿物学和赋存
长石是由钠、钾、钙等铝硅酸盐组成的成岩矿物家族。它们在 NaAlSi3O8–KAlSi3O8–CaAl2Si2O6三元体系中形成固溶体系列。(Deer等人，1966)。那些成分介于钠和钾末端的长石称为碱长石，而组成介于钠和钙之间的长石则称为碱长石。 端部构件被称为斜长石长石。长石矿物为钠长石(钠长石)、正长石和微斜长石(钾长石)和钙长石(钙长石)。计算出的主要长石的最终成员组成见表2.然而，由于矿物晶格中金属离子的大量替代，天然长石矿物成分复杂。通常，结构中的杂质元素会对产品质量产生不利影响。
斜长石和碱长石的物理性质非常相似。长石的硬度为6，比重范围为2.54-2.76。颜色更具矿物质特征，范围从白色到灰色到黄色到粉红色。
伴生矿物
主要的工业长石矿床产于伟晶岩和花岗岩中，并有这些岩石类型的降解产物。花岗岩粒度较细，伟晶岩粒度较粗。这些主岩中与长石有关的主要矿物是石英。然而，伟晶岩和花岗岩也是其他矿物的来源。一些锂矿 RALS、绿柱石、铌铁矿、钽矿、铯矿物、花粉矿、宝石矿物、独居石、异种矿物、钛铁矿、氧化铁矿物、钛铁矿、金红石、芒硝等。 硒和磁铁矿，也可能与长石有关。
如果矿体已经退化，那么矿床也可能含有细粒粘土矿物高岭土，其来源于长石的分解。
表面和电动特性
长石的晶格结构是四氧化硅和四氧化铝四面体组成的连续三维网络，在负电荷网络的空隙中带有适当电荷的阳离子（Klein和Hurlbut，1985）。结构中的阳离子(Kz, Naz 或 Ca2z)的数量由铝硅比决定。长石在水中的表面反应具有石英的一些特征。特别是，表面硅烷醇基团（5Si-OH）的形成提供了两性特征，允许形成正面和负面表面电荷。除了这种两性电荷之外，由于与水接触时隙间阳离子（Kz, Naz 或 Ca2z）的水合和溶解，还有形成永久表面电荷的可能性（El Salmawy等人，1993，及其中的参考文献）。
单个长石矿物的零电荷点（pzc）略有不同。一般情况下，正长石为1〜5，钠长石为2〜0，钙长石为2〜5。 Fuerstenau和Fuerstenau（1982）对每种长石矿物的详细资料进行了全面总结。从那以后，类似的数值已经被证实了几次（Bolin，1983; Hanumantha Rao和Forssberg，1993; Ociepa，1994; Kursun等，1996; Vidyadhar等，2002; Wierer和Dobias，1988）其中许多文献还报告了Zeta电位的符号和大小随溶液pH值的变化。由于各种研究中使用的各种溶液条件(电解质浓度)和矿物制备方法的不同，常常难以直接比较各个PZC值。
长石的选矿
浮选是最常见的长石分离和回收方法。同时也有利于其他有用成分的回收。因为用于非硫化物浮选的捕收剂通常是非特定的，所以有效的分离需要知道长石对不同类捕收剂的响应。使用阴离子和阳离子捕收剂已经有许多关于从相关矿物中分离长石的基础研究。此外，还研究了常见改性剂的作用以及它们可能作为活化剂或抑制剂的条件，无论是长石还是其他常见的伴生矿物都进行了研究。与大多数氧化物浮选方案一样，通常需要在浮选之前进行有效脱泥，以便进行有效的分离并减少试剂的消耗。
阴离子捕收剂浮选
长石的表面化学与石英的表面化学类似。这种矿物的pzc约为1.5-2.5（Fuerstenau和Fuerstenau，1982）因此，在没有活化阳离子的情况下，阴离子捕收剂是不能达到浮选分离目的（Trahar和Heyes，1963; Fuerstenau等，1966; Manser，1975）。
由于阴离子捕收剂不会使未活化的长石浮起，所以它们用于预浮选以去除钛和氧化铁矿物，这些矿物可能会使最终的长石精矿或由其制成的产品变色。然而，如果长石是自然活化的，例如用铁或铝，它将很容易被阴离子捕收剂（Trahar和Heyes，1963年）浮起，导致长石的大量损失。
用于预浮的阴离子捕收剂包括脂肪酸及其酯类、石油磺酸盐、烷基磺酸盐、烷基硫酸盐、烷基琥珀酸酯、植物油肥皂， 油酸肌氨酸和羟胺（Bayraktar等，1997; Celik等。，2001）。
有人声称，油酸会使未活化的长石（Gaudin and Glover，1928）浮起。然而，当Orhan和Bayraktar（2006）通过用牛油胺乙酸酯作为捕收剂浮选分离出长石矿石中的云母，然后用油酸钠分离铁和氧化钛矿物时，他们发现，在残留胺存在下，油酸盐在长石上发生共吸附，导致长石与钛、氧化铁矿物的浮出和流失。在云母浮选后或通过添加膨润土吸附胺后，可以通过脱水和洗涤步骤除去残留的胺捕收剂。
使用阳离子捕收剂进行浮选
长石容易被阳离子捕收剂浮起，并且是在没有任何改性剂的情况下，它们的反应与石英的反应几乎相同（Dean和Ambrose，1944; Buckenham和Rogers，1954）。浮选容易在碱性pH条件下实现，在pH 9-10范围内观察到最佳响应。
用于阳离子捕收剂的活化剂
早期的研究表明，与石英不同，长石可以在阳离子捕收剂的存在下，在酸性介质中浮起。在氢氟酸存在下使用月桂基胺作为捕收剂实现了在强酸性溶液中选择性分离长石（Ralston，1938; O#39;Meara等，1939; Dean和Ambrose，1944）。氢氟酸被认为是石英的抑制剂。研究认为，如果用盐酸代替氢氟酸，则不会达到同样的分离效果。（Dean和Ambrose，1944）。
酸的被认为是一种表面调节剂或清洁剂，它可以在阳离子捕收剂存在下(Orsquo;Meara等人，1939；Runke，1954)从矿物表面去除蚀变产物（Kennedy and O#39;Meara，1948）或用于从溶液中除去干扰阳离子的络合剂（Gaudin，1957）。
进一步的研究认为（Dean和Ambrose，1944; Bucken-ham和Rogers，1954）分离对氟化物的浓度敏感，这是由于氟铝酸激活长石为阳离子捕收剂提供合适的吸附场所（Buckenham and Rogers，1954）。
氟硅酸盐也可能存在于石英与长石分离的浮选矿浆中（Smith，1965; Read和Manser，1975）。在工业浮选中使用的HF剂量下，六氟硅酸盐离子（）是稳定的，并且其对矿物表面铝的吸附被认为是长石活化的原因。活化也可能由于（也存在于溶液中）（Hanumantha Rao和Forssberg，1994）。的存在还提出了在阳离子捕收剂优先吸附的表面上沉淀氟硅酸钠或氟硅酸钾的建议（Smith和Smolik，1965）。
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当铁存在时，铁氟络合物在溶液中预先形成，降低了和含量，以及浮选效率。长石与石英的浮选分离前应清除含铁物质（Hanumantha Rao和Forssberg，1994）。
Warren和Kitchener（1972）在模拟浮选条件下测量了石英和微斜线的zeta;电位，并得出结论，氟化物分别通过降低和增加石英和微斜线的负电位，导致石英的抑制和长石的活化，从而与阳离子胺类捕收剂发生反应，实现浮选分离。
Smith和Akhtar（1976）研究了十二烷胺存在下石英和长石的接触角。在酸性溶液中，在没有氟离子的情况下，这两种矿物质具有相同的角度。请注意，虽然获得了一个小的正角度而不是预期的零点，但这可能是实验过程的误差。然而，在氟离子存在的情况下，长石的接触角大大增加，而石英接触角没有差别。在这些条件下，氟化物是长石的活化剂而不是石英的抑制剂。
上述结论得到了Bolin(1993)的Zeta电位数据的支持，他们发现，加入氟离子后，正离子样品在PH为3时的zeta电位较大（更负），而石英的zeta电位不受影响，从而增加浮选分离所依赖依赖sect;电位的差异。
Joy等人（1966）认为氟化物的作用不是活化长石，而是抑制石英。但这种作用更不具有说服力。应该指出的是，许多提出这种机制的研究人员总是使用比在实验室批量测试或工厂实践中使用的剂量率非常低的氟化物量。此外，大部分测试工作都是在Hallimond管中进行的，其中捕收剂浓度/表面积的比例与工业浮选池中的数量级不同。
另一项研究表明，使用真正的浮选系统，即具有完整尺寸范围的矿物浮选系统，加入大约1-2kg/t的氢氟酸足以实现有效的分离（Eddy等，1969）。对伟晶岩矿的另一项研究表明，氢氟酸剂量率为1.5kg/t时，长石品位和回收率较好(Read和Manser，1975)。
尽管氟化物是长石浮选活化剂已经确定，但是对于这种情况的机制尚未达成共识。尽管如此，该试剂方案使用氢氟酸（或酸性条件下使用氟化钠）与胺类捕收剂已经成为标准的工业流程，并且仍然是从相关脉石矿物中分离长石的最有效手段。
工业分离方案
从花岗岩和伟晶岩中分离和回收长石的工业分离方案通常由三个连续的浮选阶段组成，如图1的简单流程图所示，所有这些都在酸性介质中进行（Kauffman和van Dyk， 1994年）。根据矿石的性质和与长石相关的其他矿物质，使用一个或多个单独的阶段。
如果长石中存在高岭土，由于长石的分解，高岭土将是细粒的，在正常的浮选前脱泥过程中可与长石分离。尽管一些云母（例如绢云母：细粒白云母）呈现出天然可浮性的趋势，但在pH值为2的酸性纸浆中，所有矿物都很容易被阳离子捕收剂浮起，使用的剂量率通常约为0-1-0.5kg/t。在这种情况下，除非活化，否则石英和长石都不会浮起。在浮选云母之后，可以使用阴离子捕收剂（例如石油磺酸盐）在相同的pH下以约0-5-2-0kg/t的剂量去除钛和氧化铁矿物质。同样，除非活化，否则石英和长石都不会浮起。有研究表明，经过此工艺流程之后剩余的铁含量低至0〜0.6％Fe。长石与石英的标准分离也在pH 2下进行。长石被氟离子活化并用阳离子捕收剂浮起。通常情况下，尾矿是由一种具有一定商业价值的高品位石英产品组成的。
Bozkurt等人给出图1中长石回收方案的最新应用（2006）和Guuml;lsoy等人（2004）。Sekulicrsquo;等人使用了AERO捕收剂的组合（2004）。Bayat等人（2006）利用浮选分离出铁,钛和长石。Burat等人（2007）采用湿法高强度磁选步骤去除浮选前的铁和氧化钛矿物。 Kangal和Guney（2002）用喷射浮选法处理细低品位长石矿中铁和氧化钛矿物。Dogu和Arol（2004）用淀粉选择性絮凝去除长石精矿中的氧化物杂质。
长石矿物的分
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