長石礦除雜提純常用方法

唐志陽

摘 要 本文簡述了長石礦的組成和用途，介紹了長石礦中的雜質以及鐵、鈦的賦存狀態，綜述了長石礦除雜提純常用的方法，隨著市場對長石質量要求的提高，單一的除雜方法已不能滿足要求，需采用多種方法組成的聯合工藝流程。

關鍵詞 長石礦；除雜；磁選；浮選

我國長石礦資源豐富，主要分布在山西、安徽、遼寧、山東、云南、湖南等地。長石是無水架狀結構的堿金屬或堿土金屬鋁硅酸鹽礦物，其架狀結構由硅氧四面體組成，化學性質穩定、用途廣泛，主要含Si02、A1203、Na20、K20和Ca0等。長石主要用于玻璃和陶瓷工業中，其所含的Al203是普通玻璃重要的化學組分，能防止玻璃析晶，提高其機械強度及耐化學腐蝕能力，而長石中的鉀和鈉可以取代部分碳酸鉀和純堿，從而減少它們的用量，降低配料成本。陶瓷工業中長石主要用作陶瓷坯、釉料的組分，能降低陶瓷坯體的燒成溫度，有利于成瓷，從而減少能耗；另外，高溫燒成時長石熔融體飽和分布于陶瓷坯體各晶體顆粒之間，能提高坯體密度。此外，長石還可用于化工、玻璃纖維、磨料磨具等行業中，鉀長石還能制取鉀肥。但自然界優質的長石礦資源不多，大多數長石礦都含有多種雜質，不能直接應用到工業生產中，需除雜、提純達到要求后才能使用。

1 長石礦中的雜質

長石礦中的雜質隨其礦床類型不同而不同，有害雜質元素主要是鐵和鈦，有害雜質礦物主要是：石英、粘土礦物、云母、金紅石、褐鐵礦、磁鐵礦、赤鐵礦，有的還含有黃鐵礦、榍石、石榴子石、角閃石、褐簾石、電氣石等。

2 長石礦中鐵、鈦的賦存狀態

長石礦中鐵雜質的存在形式有三種：1以磁鐵礦、褐鐵礦、赤鐵礦為主要形式，呈微細粒星點狀分布在長石顆粒間或貫穿在長石中，這種含鐵礦物粒度一般較粗容易篩選；2以鐵染形成的氧化鐵污染物滲透長石表面或礦物之間，形成鐵的氧化物薄膜，要除去這類氧化鐵比較困難；3以鐵鈦礦、電氣石、黑云母、角閃石、黃鐵礦等形式存在，這類含鐵礦物雖然含量較低，但它們對長石精礦質量的影響卻較大，且用單一選礦方法難以去除。長石礦中的鈦雜質主要以鈦鐵礦和金紅石的形式存在。

3 長石礦除雜提純常用方法

我國大多數長石礦雜質含量高，工業生產中不能直接應用，需采用各種加工方法除雜質后才能滿足工業生產的要求。長石礦選礦方法較多，常用的有以下幾種。

3.1手選、洗礦與脫泥

部分晶巖型長石礦屬于優質長石礦，其礦物晶體粗大且純凈，它們的雜質礦物主要是大塊狀的白云母和石英，用手選就可以除去。國外曾出現過用光度礦石分選機代替手選進行長石礦選礦，如上世紀80年代，意大利Giuslino選礦廠安裝了16型光度分選機，其原理是用一束氦氖激光射向長石礦石，這種光遇到淺顏色的礦石可以反射回來，遇到深色的雜質礦石不能反射回來，這時計算機就會發出指令，自動用壓縮空氣除掉雜質礦石。和手選相比，光度分選機能選出較小粒度的雜質礦石，兩者作為粗選方法，都能降低長石礦的選礦成本。

對于從長石質砂礦或風化花崗巖產出的長石礦，可以采用洗礦的方法除去其中的粘土、云母、細泥等雜質，洗礦后的長石礦其Fe203含量降低了，鉀和鈉的含量提高了。洗礦的原理是粘土、云母和細泥的顆粒度小、比重小，因而沉降速度慢，在水流作用下可以與粗顆粒長石分開。洗礦的設備一般用洗礦槽或振動篩，采礦場一般用洗礦槽，選礦廠一般用振動篩，目前許多長石礦除雜提純都用到該方法。

長石礦中的原生礦泥和采礦過程中產生的次生礦泥會影響其選礦效果，因此在選礦前要預先去除，去除礦泥的過程稱為脫泥。另外，使用胺類捕收劑時浮選礦漿也要預先脫泥，這是因為胺類捕收劑對礦泥非常敏感，RNH3+容易吸附在帶負電的礦泥顆粒表面，會浪費大量捕收劑，還會產生大量的黏性泡沫，導致過程失去選擇性，從而影響浮選效果[7]。脫泥常用設備有離心機、脫泥斗、水力旋流器等，通常在單一或復合力場中進行。

手選、洗礦與脫泥是長石礦的粗選除雜工藝，粗選后的長石礦再進行精選除雜。精選除雜主要是去除長石礦中的含鐵雜質礦物，如赤鐵礦、磁鐵礦、黑云母和褐鐵礦等；如果在長石精礦對鈦含量有嚴格要求時，還要去除含鈦雜質礦物，如金紅石、鈦鐵礦、榍石等。

3.2磁選

長石礦中的含鐵礦物、石榴子石、云母、角閃石等都具有一定的磁性，在外加磁場的作用下可以去除，但這類礦物的磁性一般較弱，需采用強磁選設備才能去除。強磁選分干式和濕式兩種工藝，可根據長石礦的特點和具體條件選用，目前國內長石礦提純用的磁選設備有：永磁筒式中強磁場磁選機、永磁輥式強磁選機、高梯度強磁選機和濕式平環強磁選機等。

磁選設備要根據長石礦的特點及工藝流程進行選擇，選擇時要注意以下幾點：（1）優先采用永磁磁選機，在永磁磁選機不能滿足要求的情況下再采用電磁磁選機；（2）先采用弱磁選再采用強磁選；（3）對長石精礦要求高時采用干式分選，物料顆粒細小時要采用濕式分選；（4）選擇合適的分選粒度，盡量在較粗的粒度下除鐵；（5）磁選過程中要避免再次混入鐵雜質。對磁鐵礦含量較多的長石礦，要先采用弱磁選（或中磁選），再采用強磁選，這樣既不會堵塞強磁選機，又能減少因磁鐵礦的夾雜而引起的鉀長石的損失，可用濕式逆流型永磁筒式磁選機進行弱磁選和中磁選，該設備對磁性礦物回收比較充分。

3.3浮選

浮選是長石除雜提純廣泛應用的一種方法，國內外對其已作了大量的試驗研究。利用浮選可以實現長石與云母、石英、含鐵礦物和含鈦礦物的分離。

3.3.1 長石與云母的分離

一般情況下采用反浮選分離法去除長石礦中的云母，浮選時云母要粗磨不能細磨，這樣能減少長石在云母浮選過程中的損失；另外，云母細磨會消耗大量價格昂貴的藥劑，粗磨就可以避免這種情況。云母在酸性和堿性回路中都能浮選，其中酸性浮選法用得較多。云母具有天然的可浮性，很容易用胺類陽離子捕收劑浮選回收，浮選云母的捕收劑為十二胺[7]，浮選礦漿用硫酸調到pH值≈3。潘大偉等采用反浮選分離法，以陽離子捕收劑十二胺和十八胺作為浮選藥劑，對浮選藥劑的加入形式、濃度和加入量，礦漿pH值和濃度等因素對長石礦除云母的影響做了試驗，得出如下結論：浮選藥劑用十二胺和十八胺的混配物，其質量比為2∶1，藥劑加入量為0.825g/kg，藥劑濃度為5%，礦漿pH=2～3、濃度為40%，在此條件下除云母效果最好。同時通過分析得出，十二胺和十八胺去除長石礦中云母的機理是物理吸附。

3.3.2長石與石英的分離

長石與石英分離的方法主要是浮選法，它經歷了以下三個發展階段：有氟有酸法（即氫氟酸法）、無氟有酸法、無氟無酸法。目前國內長石與石英分離方法有：酸性浮長石法、中性環境硅砂選別工藝和堿性浮石英法等，其中酸性浮長石法是應用最廣泛的方法，也是最成熟的方法，但它要在強酸性的介質條件下進行，會嚴重腐蝕設備，因此應加強對中性環境硅砂選別工藝和堿性浮石英法等方法的研究，使它們能早日應用到工業中。

3.3.3長石與含鐵礦物的分離

長石礦中的含鐵礦物主要有黃鐵礦、云母、少量赤褐鐵礦以及電氣石、石榴子石、角閃石等含鐵的堿金屬硅酸鹽。通常在pH值為5～6的酸性條件下，黃鐵礦等硫化礦物可以用黃藥類捕收劑浮選；在pH值為2.5～3.5的酸性條件下，云母可以用胺類陽離子捕收劑浮選；在pH值為3～4的酸性條件下，含鐵的堿金屬硅酸鹽可以用磺酸鹽類捕收劑浮選。張鑫等對山東某長石礦進行了除鐵試驗，該長石礦鐵含量高，他們采用的流程如下：磨礦→脫泥→高梯度磁選（去除夾雜機械鐵和磁性鐵礦物）→乙黃藥浮選（去除黃鐵礦）→十二胺+煤油浮選（去除云母）→改性石油磺酸鹽ZL一1浮選（去除含鐵堿金屬硅酸鹽），得到了白度為67.26%、Fe2O3含量為0.09%的長石精礦，取了較好的除鐵增白效果。

3.3.4長石與含鈦礦物的分離

長石礦中的含鈦礦物主要有鈦鐵礦、金紅石和少量榍石。在pH值為4～6的酸性條件下，金紅石可以用脂肪酸作捕收劑浮選，但其可浮性按油酸、亞油酸、亞麻酸的順序下降。在pH值為2.5的酸性條件下，金紅石也可以用脂肪伯胺乙酸鹽或石油磺酸鹽浮選，且選擇性更好，還可以用磺酸鹽與琥珀酸酰胺鹽的混合物浮選或用羥肟酸鉀浮選，關于榍石的浮選性能文獻資料介紹的很少，只介紹了采用油酸及其皂類可以浮選出榍石，但該方法對礦泥很敏感。

3.4酸浸

對于長石礦中含有極細微嵌晶結構的鐵雜質，用一般除鐵方法難以去除，而用酸浸能達到較好的效果。鄭驥等通過實驗研究得知，提高酸浸溫度和硫酸濃度，延長酸浸時間其除鐵效果明顯優于濕法磁選和搖床重選的物理除鐵方法。他們的實驗還表明，長石礦中鐵的存在形式是影響長石粉酸浸除鐵效果的主要因素，以磁鐵礦、赤鐵礦、黃鐵礦等礦物形式存在的鐵質，用硫酸酸浸容易除去，而以鈉鐵閃石和黑云母等物相存在的鐵質則較難去除。

3.5生物浸取

生物浸取主要是除去長石細微粒中的含鐵礦物，這類含鐵礦物用常規方法很難除去，用生物浸取效果較好。鐵可以成為某些微生物的能量源和電子載體，與微生物發生氧化、還原反應后變成能溶解的鐵離子，反應過程中產生的有機酸也能溶解雜質礦物，再用水洗就可以去除雜質礦物。微生物既能促進長石礦的分解，還能除去長石表面層間的含鐵礦物，因此對長石精礦質量要求高時，還要采用其它方法與生物浸取相結合。生物浸取環境污染小、操作簡單，國外對此已經有了研究，而國內研究較少。

3.6聯合工藝流程

有些長石礦不僅鐵含量很高，而且其中有些含鐵礦物是以鐵染形式滲透于長石解理層，用傳統的單一選礦方法難以除去，如果對長石精礦質量要求高，則需采用聯合工藝流程。聯合工藝流程較多，有“磁選一浮選”、“反浮選—強磁選”、“磁選—脫泥一浮選”、“浮選一硫酸酸浸”、“脫泥—強磁選—酸浸”、“剝離一強磁選”等，具體可根據長石礦的特點及對 雜質含量的精度要求選擇。

王寬等對安徽某地長石礦進行了除鐵試驗，該長石礦經處理后鐵平均含量為0.4558%，用單一磁選方法難以除去，他們采用磁選—浮選聯合工藝流程，用MD作為浮選捕收劑，其用量為800g/（t·原礦），得到了鐵平均含量為0.1440%的長石精礦，取得了較好的除鐵效果。

唐楷等采用酸浸—浮選聯合工藝流程對四川樂山某鉀長石礦進行了除鐵試驗，用循環硫酸酸浸工藝流程去除鉀長石礦中大部分含鐵礦物，再用浮選工藝流程去除剩余少量鐵染化合物，通過試驗他們得到最佳的酸浸條件為：酸體積分數為40%，酸浸溫度90℃，反應時間2h。最佳浮選條件為：用油酸鈉作浮選助劑，礦石粒度200目，在此條件下除鐵效果良好。

柳溪等采用磁選—脫泥—浮選聯合工藝流程對陜南某長石礦進行了除鐵試驗研究。他們分別選用鐵球和瓷球作磨礦介質做對比試驗，根據試驗結果綜合考慮磨礦效率和長石精礦指標，最后選擇鐵球做磨礦介質。對脫泥的方式分別用浮選脫泥和沉降脫泥做了對比試驗，結果表明浮選脫泥選擇性差，云母和礦泥混雜在一起，影響礦泥的進一步處理，并且長石精礦中還含有礦泥；沉降脫泥能有效分離云母和礦泥，能保證長石精礦達到指標要求，所以他們采用沉降脫泥法。經過磁選一脫泥一浮選聯合工藝流程，長石礦中的Fe2O3含量從原來的0.36%降到0.04%，其燒后白度大于73%，獲得了很好的除鐵效果。對脫泥后的礦泥進行兩次磁選后，其燒后白度為28.52%，可作為產品單獨使用。

4 結 語

自然界優質長石礦資源越來越少，除雜提純是獲得長石精礦的主要途徑，目前磁選和浮選是工業上應用最廣泛的長石除雜方法，別的方法在工業上應用較少，有待進一步研究。隨著陶瓷、玻璃等行業對長石原料質量要求的提高，對長石的除雜提純提出了更高的要求，單一的除雜方法已不能滿足市場對長石的質量要求，需采用聯合工藝流程，如“磁選一浮選”、“反浮選—強磁選”、“磁選—脫泥—浮選”等，它們將成為長石礦除雜提純的主要方法。對長石與石英應著重研究在弱酸或中性條件下進行分離，主要加強對其作用機理、特效抑制劑及新型高效組合捕收劑等的研究。另外，生物浸取提純技術環境污染小、操作簡單，未來還有很大的發展空間，該技術的研究和應用也有待加強。

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