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石英和長石的無氟分離技術研究現狀 |
來源:中國粉體技術網 更新時間:2015-02-10 10:28:57 瀏覽次數: |
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石英和長石的浮選分離最成熟的方法是HF酸法,但由于環保問題,以及HF酸使用過程中的諸多不便,眾多選礦工作者都在積極研究無氟分離方案,這也表明了石英—長石浮選分離的主導研究方向。因此本綜述對無氟分離研究現狀進行總結與分析。
1 酸法長石—石英的分離
該法是在強酸(一般為H2SO4)pH 值=2~3的條件下,用陰陽離子混合捕收劑優先浮選長石。據拉奧 K . H .等的研究表明:這一pH 值正處于石英零電點附近,而比長石零電點(pH 值=1.5)高,因此在這一pH 值條件下長石表面荷負電,石英表面不荷電。
胺類陽離子率先吸附在長石表面負電荷區,陰離子捕收劑再與吸附的胺類捕收劑絡合,共吸附在長石表面。表面張力測定表明:這些絡合物有更高的表面活性,從而大大增加了長石表面疏水性,使長石得以上浮。研究還表明:當陰/陽離子混合物的摩爾比<1時,捕收劑的兩個極性基團都朝向礦物表面,而烴鏈趨向于朝向溶液,有利于礦物的疏水上浮。而當陰/陽離子摩爾比接近或>1時,共吸附的陰離子捕收劑烴鏈借助于范氏力與先吸附的胺類陽離子捕收劑的疏水烴鏈締合,使陰離子極性基朝向溶液,而陽離子非極性疏水基又被掩蓋,所以礦物可浮性下降或消失。
需要特別指出的是實現浮選選擇性的關鍵在于礦漿溶液必須處于這樣的pH值,即:在此pH值下,長石和石英表面所荷電荷不同,因而胺類捕收劑吸附在長石表面上,而不吸附在石英表面上,陰離子捕收劑再與陽離子捕收劑絡合而共吸附,增大礦物表面疏水性。而石英則因表面接近電中性,對陰陽離子均不吸附,因而親水難浮。
戴強等指出陰陽離子混合捕收劑使長石表面疏水性大大增強的原因是:在一定的pH值下,長石表面既有活性Al3+對陰離子捕收劑的特性吸附,又有表面配衡金屬離子K+或Na+因溶于礦漿而在礦物表面形成的正電荷空洞,對陽離子捕收劑的靜電吸附和分子吸附,多種吸附互相促進,協同作用,使長石可浮性大大優于石英。這種工藝方法在生產實踐中已獲得廣泛應用。
如內蒙古角干工區石英砂礦,用H2SO4為調整劑,高級脂肪胺和石油磺酸鹽為捕收劑進行脫除長石等雜質的反浮選,獲得SiO2品位為97.83%的最終產品,可作為生產平板玻璃的原料,也可作為優質鑄鋼造型用砂;位于山東省榮成市港西鎮的旭口硅砂礦,在pH 值為3的條件下,采用N -烷基丙撐二胺與石油磺酸鈉混合捕收劑優先浮選長石,獲得了SiO品位為96.94%的最終石英產品,使產品達到優質浮法玻璃原料要求;內蒙古的通遼和新疆的昌吉,也先后建立了2萬t/a生產規模的硅砂無氟浮選選礦廠。
陳雯等用少量NaOH對原砂進行預處理,可大幅度提高分離效果,降低浮選藥劑用量。陰陽離子配比對浮選效果有決定性的作用,以本次試驗情況來看,當陰陽離子比例為5.1 時,效果最理想。采用無氟少酸工藝,僅一粗一掃作業就將石英砂中SiO2含量從86%提高到97%以上,Al2O3含量降至0.57%,Fe2O3含量降至0.065%。該工藝對擴大我國石英砂資源的利用范圍起到了積極的作用。
熊文良等采用強酸無氟浮選的方法對青海某鉀長石資源進行了綜合利用研究,試驗結果表明,采用粗磨—浮云母—再磨浮選脫泥—長石浮選的選礦流程,可綜合回收云母產品,產率8.22%;長石產品,產率34.28%;石英產品,產率46.51%,為該資源的合理開發做出了較好的選礦評價。
2 中性浮選長石法
該方法是在中性自然介質中,用陰陽離子混合捕收劑,外加抑制劑分離石英與長石。其浮選機理為:在中性介質中,石英與長石均荷負電,但有試驗表明,陰離子捕收劑(油酸根離子)在這兩種礦物表面上均可發生吸附行為。
不過其吸附情況大不一樣,石英表面盡管荷負電,但仍有局部正電區存在,借助靜電力和氫鍵作用對油酸根離子有微量吸附。這一吸附是極不穩定的,加入抑制劑(如六偏磷酸鈉)即可以脫去表面吸附的捕收劑。而長石則不同,它與油酸根離子的吸附有3種形式:①靜電吸附的油酸根;②以氫鍵或分子力吸附的油酸分子;③與Al3+反應而產生化學吸附的油酸鋁。第三種吸附作用相當牢固,用去離子水沖洗或加入其他陰離子均不能完全解吸長石表面上吸附的油酸,仍有很大一部分吸附在礦物表面。
長石表面Al3+含量并不高,化學吸附上去的油酸也不會太多,其疏水力極其有限,還不能導致大量長石上浮。但是表面所吸附的這些油酸根離子可作為陰離子活性質點再去吸附胺類陽離子捕收劑,其作用相當于氟化物與礦物表面作用所產生的氟化鋁絡合物陰離子區或氟硅酸鋁陰離子區,使胺類陽離子捕收劑牢固地吸附以分離。這一分離技術的關鍵在于要有合適的抑制劑既可以解吸石英表面上吸附的油酸根離子,又能阻止胺離子捕收劑在石英表面上的吸附,且對長石的影響不大。
有試驗研究表明,六偏磷酸鈉即能很好地起到這一作用;還有試驗證明,陰陽離子的配比對分離效果有著很大影響:若陽離子過量則浮選選擇性下降,兩種礦物都上?。蝗絷庪x子捕收劑過量,則分離效果較好。據悉,應用此方法在工業生產中已有成功的例子,但未見詳細報道。
3 堿性浮選長石
該方法主要是在堿性條件下進行反浮選石英,據報道,在高堿性介質條件下(pH 值=11~12)以堿土金屬離子為活化劑,以烷基磺酸鹽為捕收劑,可優先浮選石英,實現石英與長石的分離。同時加入非離子表面活性劑,如1-十二烷醇,可使石英回收率急劇上升,而對長石影響不大,從而有利于二者分離。、
試驗研究表明,加入的金屬陽離子與烷基磺酸鹽在堿性條件下形成的中性絡合物(如Ca(OH )+RSO3-)在其中起著關鍵作用,這些中性絡合物可以與游離的磺酸鹽離子結合在一起,并共同吸附在石英表面,起到半膠束促進劑的作用,使石英疏水上浮。而長石在高堿性介質中,表面形成水合層,即在酸性溶液條件下,長石表面的鋁離子和堿金屬離子減少,硅離子增多;在高堿性條件下,長石表面的硅離子減少,堿金屬離子增多,故在此條件下不利于外加金屬陽離子的吸附。
目前該方法還僅限于實驗室研究,未見有在工業生產中獲得實際應用的報道,石英—長石分離研究 大部分仍停留在實驗室階段,工業化應用的非常少。在石英—長石無氟浮選分離工藝中,最成熟的是酸性浮選長石法,但這一工藝需要強酸性的介質條件,造成設備腐蝕嚴重。
4 結論
弱酸性—中性浮選長石法、堿性浮選法有著良好的應用前景,代表著石英—長石浮選分離工藝的未來發展方向。盡管目前這些方法還不是很成熟,大部分僅僅是實驗室結果,在工業生產中獲得實際應用的例子很少,但是這些工藝方法值得去做進一步的探討和改進,特別是無氟弱酸環境下石英—長石的分離有望實現工業應用。
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