钾长石选矿技术研究进展

张成强，郝小非，何滕飞

（中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，河南 郑州 450006）

钾长石选矿技术研究进展

张成强，郝小非，何滕飞

（中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，河南 郑州 450006）

本文阐述了钾长石的矿物学特征，综述了近年来钾长石选矿技术的研究进展情况。指出今后在弱酸性、中性和碱性工艺、新型高效组合捕收剂、特效抑制剂等方面的研究是钾长石矿选矿重点研究方向。

钾长石；矿物学特征；选矿技术；技术进展

1 概述

我国钾长石矿资源丰富，广泛应用于陶瓷坯料、陶瓷釉料、玻璃、电瓷、研磨材料等工业部门及生产钾肥。但目前主要还是应用于玻璃和陶器工业，两者合计占总用量的80%～90%。近些年来，国内对钾长石特别是高品质矿的需求呈迅猛增长的态势，与此同时，我国钾长石矿存在着富矿少、贫矿多的局面，直接导致我国中低档陶瓷、玻璃产能过剩，而高档卫生陶瓷、绝缘陶瓷、高档玻璃严重缺乏，需依赖进口的局面。因此, 加强钾长石矿石选矿提纯技术研究, 合理开发和利用中低品位钾长石矿，实现钾长石矿资源的可持续发展, 对于保障我国玻璃、陶瓷等行业生产及国民经济的健康发展意义重大。

钾长石是长石矿物的一种，是含钾的架状结构硅酸盐，为KAlSi3O8的三个同质多相变体透长石、正长石和微斜长石的总称，理论化学组成K2O 16.9%、SiO264.7%、Al2O318.4%，密度2.56～2.58g/cm3，莫氏硬度6～6.5，熔点1 200～1 400℃[1]。

在架状硅酸盐晶体中，铝离子置换了一定数量的硅离子，为了保持结构的电中性，当铝离子取代硅离子时，必然伴随有阳离子如钾离子进入结构中。钾长石中铝和硅均与氧组成四面体配位，[AlO4]与[SiO4]的大小相近，可以相互替换，这种替换关系，随着结晶温度不同而有所不同。精确测量结果表明：[AlO4]四面体中，Si-O间距为0.176 1nm，而[SiO4]四面体中，Si-O间距则为0.160 3nm[2]。

由于长石结构中引进K+、Na+等碱金属离子，这些金属离子与O2-之间的离子键键强低，联结力弱，易在水中解离，使矿物表面留有荷负电的晶格，同时由于Al-O键比Si-O键键强低，破碎时Al-O键更易于断裂，使长石表面暴露大量Al3+化学活性区。这些差异导致石英与长石的可浮性略有不同，为石英与长石的浮选分离提供了依据[3]。

2 选矿技术研究进展

目前钾长石的选别主要集中在原矿直接除铁以及石英—长石的分离两个方面，针对不同类型的长石，国内普遍采用的选矿加工方法为①伟晶岩长石：破碎—分级；②风化花岗岩长石：破碎—磨矿—浮选(除铁、云母)—浮选(长石、石英分离)；③细晶岩长石：破碎—磨矿—筛分—磁选。

2.1 除铁工艺研究进展

我国直接可以利用的低铁钾长石矿资源并不多，而含铁量高、需进行除铁才能利用的钾长石矿居多，尤其在我国分布十分广阔的花岗岩地区，其表面风化后所形成的风化伟晶花岗岩，是一种很丰富的长石资源，但由于这种类型的长石矿中含云母和其他一些铁质矿物，致使其含铁量很高，需经除铁工艺处理后，才能得到合格的精矿。长期研究发现，长石矿物中赋存的主要含铁矿物杂质有褐铁矿、赤铁矿、云母、石榴子石、钛铁矿等，由于这些杂质在物理性质、化学组成、结构构造等方面的不同，因此去除方法也不同。

2.1.1 洗矿除铁

洗矿适用于产自风化花岗岩或长石质砂矿的长石，主要是去除粘土、细泥和云母等含铁杂质，这样一方面降低长石矿中Fe2O3含量，另一方面可以相对提高长石矿中钾、钠含量。洗矿一般采用振动筛或洗矿槽，它是利用粘土、细泥、云母等粒度细小或沉降速度慢的特点，在水流作用下易与粗粒长石分开。目前该方法在许多长石矿除杂中都有应用。

2.1.2 磁选除铁

由于长石中的铁矿物、云母和石榴子石等都具有一定的磁性，因此在外加磁场的作用下可与长石分离。一般地，长石中的铁矿物、云母等磁性较弱，只有采用强磁选设备才能获得较好的分选效果。目前，国内用于长石除杂的磁选设备主要有永磁辊式强磁选机、永磁筒式中强磁场磁选机、湿式平环强磁选机和高梯度强磁选机等。

林海清[4]采用脉动高梯度磁选技术对安徽省明光市长石矿进行了磁选除铁试验。该长石为风化伟晶二长斑岩矿，首先经洗矿筛出大部分石英后，应用脉动高梯度磁选机脱除云母、角闪石等弱磁性含铁矿物，当原料含Fe2O3为1.45%时，获得长石精矿含Fe2O3为0.26%，除铁率在84%以上，长石回收率达86.9%。

周岳远等[5]研制的CRIMM系列永磁辊式强磁选机先后在安徽明光长石矿、四川乐山长石矿和山东威海长石矿中应用。应用结果表明，在原矿粒度为-120目，含铁0.5%～0.8%时，采用该设备可得到含铁0.15%～0.3%的长石产品，除铁效果明显。在长石矿除铁提纯生产应用中，以CRIMM 稀土永磁辊式强磁选机作为磁选主体设备的干法生产工艺流程生产高档玻陶原料与湿式电磁强磁选相比，产品技术指标相同，但经济效益明显占优，是一种推广应用前景很好的高效节能型新设备。

湿式平环强磁选机是国内外矿山应用最为广泛的电磁强磁选设备，其背景磁感应强度为1.2～1.7T[6]。长沙矿冶研究院采用Shp湿式强磁选机对四川德昌—1mm长石矿进行除杂研究，试验结果表明，在原矿含铁0.5%时，经过1次磁选可得到含铁0.2%以下的长石产品。该设备的优点是入选粒级较宽，设备处理能力较大。

陈国安[7]采用“锤式破碎—摆式粉磨—干式强磁选”工艺对丹凤县碱长石矿进行了除铁研究，在原矿含Fe2O3为0.24%的情况下，可获得含Fe2O30.05%的精矿产品，产品达到了出口标准和彩色玻壳质量标准。该工艺流程简单，易管理，生产量大，生产成本低。

李小静[8]分析了江西某地钾长石矿尾矿性质，采用磁选工艺对该矿进行了详细的研究，通过采用粗颗粒干式磁选抛尾—陶瓷球磨矿—永磁高梯度磁选—电磁高梯度磁选工艺流程除铁，磁选精矿Fe2O3含量由原矿的1.06%降低到0.075%，获得高档钾长石粉产品，除铁效果非常明显。

2.1.3 联合工艺除铁方法

李静玲等[9]报道了马鞍山林里钾长石矿除铁技术，由于该矿中铁氧化物与长石矿物共生密切, 部分铁氧化物与钾长石在成矿过程中形成玻璃熔体, 使得该矿除铁极为困难，该研究采用浮选—硫酸酸浸方法,Fe2O3含量即可降至0.112%左右, 符合市场对该产品技术指标中Fe2O3的要求。整个工艺流程操作简单、易控制, 设备投资小, 而且酸浸的溶液可循环使用, 清洗稀酸可考虑采用中和法清除其对周围环境的影响。

王婷等[10]对河南某钾长石矿研究了钾长石经重选、磁选后，利用Jc-c0P铁活化剂、增浸剂在碱性条件下分离钾长石中浸染型铁，可使钾长石中Fe2O3含量从4.05%降低至0.l%～0.2%范围，钾长石由淡红变为纯自然色，达到钾长石优质标准。采用化学方法分离长石中的铁，工艺流程先进，设备简单，具有投资小、见效快的优点。碱性洗涤液及含铁废水经净化处理后可循环利用。与其他工艺相比，本法生产成本低，竞争力强，经济效益显著。

孙德四等[11]采用硫酸作为浸出剂，通过单因素条件试验与正交试验，对河南洛阳嵩县金都矿业公司的钾长石粉进行了硫酸酸浸除铁试验。试验结果表明，在硫酸体积分数40%、温度94℃、酸浸时间为210min的优化条件下，钾长石粉铁的浸出率为93.2%，除铁效果显著。

郭保万等[12]对高铁钾长石矿进行了试验研究，通过对磁选、浮选及其联合工艺流程的研究，查明了不同工艺流程除铁的效果。最终确定采用磁选—浮选联合工艺流程，在原矿Fe2O32.79%情况下，得到精矿产率56.35%、铁品位0.25%、除铁率94.96%的较好选别指标。

庞玉荣等[13]分析了某长石矿的主要矿物成分，通过试验，首先采用阴离子、阳离子混合捕收剂反浮选工艺除去细粒的含铁矿物，然后采用强磁选工艺除去粗粒的铁矿物和黑云母，制定的反浮选—强磁选联合工艺流程，在原矿Fe2O3含量为2.49%情况下，可获得K2O+Na2O含量为13.92%、Fe2O3含量为0.20%的品质较高的钾长石精矿。

王中明[14]通过工艺矿物学和多流程对比研究，采用脱泥、强磁选、酸浸，使原矿含Fe2O35.58%的钾长石原矿降到含Fe2O30.19%的长石精矿，达到了工业利用的要求。

2.2 长石—石英无氟分离研究进展

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。因此本综述只对无氟分离研究现状进行总结与分析。

2.2.1 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[15]：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[16]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[17]；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SiO2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[18]；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[19]。

陈雯等[20]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[21]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。

2.2.2 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[22]。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[23]；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[24]。

2.2.3 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[25]，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。

3 结语

目前钾长石选矿技术的工业化应用主要以脱泥和除铁为主，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。因此弱酸性—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。

综上所述，今后对于钾长石矿的合理开发利用，重点应放在如下几个方面：①磁选除铁方面应加强高场强、处理量大、永磁磁选设备的研究；②加强无氟弱酸工艺的工业化应用研究；③加强浮选除铁工艺的研究工作；④进行长石—石英分离新型高效组合捕收剂、特效抑制剂及其作用机理的研究，以实现在弱酸或中性条件下，石英—长石高效分离研究；⑤钾长石矿差异化利用方案的研究。

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Research Progress on the Potassium Feldspar Beneficiation Technology

ZHANG Cheng-qiang, HAO Xiao-fei, HE Teng-fei
(Zhengzhou Institute of Multipurpose Utilization of Mineral Resources,Chinese Academy of Geological Science, Zhengzhou 450006, China)

This article introduces the feature of potassium feldspar mineralogy, and illustrates the research progress of potassium feldspar processing technology, and points out the research orientation of potassium feldspar processing in the future. For example,technology of weakly acidic, neutral and alkaline, new combinational collector, special effect depressant.

potassium feldspar; mineralogy characteristics; processing technology; technology progress

P578.968;TD973.5

A

1007-9386(2012)05-0048-04

国家科技支撑计划项目(项目编号:2011BAB03B01)。

2012-07-12