长石矿除杂提纯常用方法

唐志阳

摘 要 本文简述了长石矿的组成和用途，介绍了长石矿中的杂质以及铁、钛的赋存状态，综述了长石矿除杂提纯常用的方法，随着市场对长石质量要求的提高，单一的除杂方法已不能满足要求，需采用多种方法组成的联合工艺流程。

关键词 长石矿；除杂；磁选；浮选

我国长石矿资源丰富，主要分布在山西、安徽、辽宁、山东、云南、湖南等地。长石是无水架状结构的碱金属或碱土金属铝硅酸盐矿物，其架状结构由硅氧四面体组成，化学性质稳定、用途广泛，主要含Si02、A1203、Na20、K20和Ca0等。長石主要用于玻璃和陶瓷工业中，其所含的Al203是普通玻璃重要的化学组分，能防止玻璃析晶，提高其机械强度及耐化学腐蚀能力，而长石中的钾和钠可以取代部分碳酸钾和纯碱，从而减少它们的用量，降低配料成本。陶瓷工业中长石主要用作陶瓷坯、釉料的组分，能降低陶瓷坯体的烧成温度，有利于成瓷，从而减少能耗；另外，高温烧成时长石熔融体饱和分布于陶瓷坯体各晶体颗粒之间，能提高坯体密度。此外，长石还可用于化工、玻璃纤维、磨料磨具等行业中，钾长石还能制取钾肥。但自然界优质的长石矿资源不多，大多数长石矿都含有多种杂质，不能直接应用到工业生产中，需除杂、提纯达到要求后才能使用。

1 长石矿中的杂质

长石矿中的杂质随其矿床类型不同而不同，有害杂质元素主要是铁和钛，有害杂质矿物主要是：石英、粘土矿物、云母、金红石、褐铁矿、磁铁矿、赤铁矿，有的还含有黄铁矿、榍石、石榴子石、角闪石、褐帘石、电气石等。

2 长石矿中铁、钛的赋存状态

长石矿中铁杂质的存在形式有三种：1以磁铁矿、褐铁矿、赤铁矿为主要形式，呈微细粒星点状分布在长石颗粒间或贯穿在长石中，这种含铁矿物粒度一般较粗容易筛选；2以铁染形成的氧化铁污染物渗透长石表面或矿物之间，形成铁的氧化物薄膜，要除去这类氧化铁比较困难；3以铁钛矿、电气石、黑云母、角闪石、黄铁矿等形式存在，这类含铁矿物虽然含量较低，但它们对长石精矿质量的影响却较大，且用单一选矿方法难以去除。长石矿中的钛杂质主要以钛铁矿和金红石的形式存在。

3 长石矿除杂提纯常用方法

我国大多数长石矿杂质含量高，工业生产中不能直接应用，需采用各种加工方法除杂质后才能满足工业生产的要求。长石矿选矿方法较多，常用的有以下几种。

3.1手选、洗矿与脱泥

部分晶岩型长石矿属于优质长石矿，其矿物晶体粗大且纯净，它们的杂质矿物主要是大块状的白云母和石英，用手选就可以除去。国外曾出现过用光度矿石分选机代替手选进行长石矿选矿，如上世纪80年代，意大利Giuslino选矿厂安装了16型光度分选机，其原理是用一束氦氖激光射向长石矿石，这种光遇到浅颜色的矿石可以反射回来，遇到深色的杂质矿石不能反射回来，这时计算机就会发出指令，自动用压缩空气除掉杂质矿石。和手选相比，光度分选机能选出较小粒度的杂质矿石，两者作为粗选方法，都能降低长石矿的选矿成本。

对于从长石质砂矿或风化花岗岩产出的长石矿，可以采用洗矿的方法除去其中的粘土、云母、细泥等杂质，洗矿后的长石矿其Fe203含量降低了，钾和钠的含量提高了。洗矿的原理是粘土、云母和细泥的颗粒度小、比重小，因而沉降速度慢，在水流作用下可以与粗颗粒长石分开。洗矿的设备一般用洗矿槽或振动筛，采矿场一般用洗矿槽，选矿厂一般用振动筛，目前许多长石矿除杂提纯都用到该方法。

长石矿中的原生矿泥和采矿过程中产生的次生矿泥会影响其选矿效果，因此在选矿前要预先去除，去除矿泥的过程称为脱泥。另外，使用胺类捕收剂时浮选矿浆也要预先脱泥，这是因为胺类捕收剂对矿泥非常敏感，RNH3+容易吸附在带负电的矿泥颗粒表面，会浪费大量捕收剂，还会产生大量的黏性泡沫，导致过程失去选择性，从而影响浮选效果[7]。脱泥常用设备有离心机、脱泥斗、水力旋流器等，通常在单一或复合力场中进行。

手选、洗矿与脱泥是长石矿的粗选除杂工艺，粗选后的长石矿再进行精选除杂。精选除杂主要是去除长石矿中的含铁杂质矿物，如赤铁矿、磁铁矿、黑云母和褐铁矿等；如果在长石精矿对钛含量有严格要求时，还要去除含钛杂质矿物，如金红石、钛铁矿、榍石等。

3.2磁选

长石矿中的含铁矿物、石榴子石、云母、角闪石等都具有一定的磁性，在外加磁场的作用下可以去除，但这类矿物的磁性一般较弱，需采用强磁选设备才能去除。强磁选分干式和湿式两种工艺，可根据长石矿的特点和具体条件选用，目前国内长石矿提纯用的磁选设备有：永磁筒式中强磁场磁选机、永磁辊式强磁选机、高梯度强磁选机和湿式平环强磁选机等。

磁选设备要根据长石矿的特点及工艺流程进行选择，选择时要注意以下几点：（1）优先采用永磁磁选机，在永磁磁选机不能满足要求的情况下再采用电磁磁选机；（2）先采用弱磁选再采用强磁选；（3）对长石精矿要求高时采用干式分选，物料颗粒细小时要采用湿式分选；（4）选择合适的分选粒度，尽量在较粗的粒度下除铁；（5）磁选过程中要避免再次混入铁杂质。对磁铁矿含量较多的长石矿，要先采用弱磁选（或中磁选），再采用强磁选，这样既不会堵塞强磁选机，又能减少因磁铁矿的夹杂而引起的钾长石的损失，可用湿式逆流型永磁筒式磁选机进行弱磁选和中磁选，该设备对磁性矿物回收比较充分。

3.3浮选

浮选是长石除杂提纯广泛应用的一种方法，国内外对其已作了大量的试验研究。利用浮选可以实现长石与云母、石英、含铁矿物和含钛矿物的分离。

3.3.1 长石与云母的分离

一般情况下采用反浮选分离法去除长石矿中的云母，浮选时云母要粗磨不能细磨，这样能减少长石在云母浮选过程中的损失；另外，云母细磨会消耗大量价格昂贵的药剂，粗磨就可以避免这种情况。云母在酸性和碱性回路中都能浮选，其中酸性浮选法用得较多。云母具有天然的可浮性，很容易用胺类阳离子捕收剂浮选回收，浮选云母的捕收剂为十二胺[7]，浮选矿浆用硫酸调到pH值≈3。潘大伟等采用反浮选分离法，以阳离子捕收剂十二胺和十八胺作为浮选药剂，对浮选药剂的加入形式、浓度和加入量，矿浆pH值和浓度等因素对长石矿除云母的影响做了试验，得出如下结论：浮选药剂用十二胺和十八胺的混配物，其质量比为2∶1，药剂加入量为0.825g/kg，药剂浓度为5%，矿浆pH=2～3、浓度为40%，在此条件下除云母效果最好。同时通过分析得出，十二胺和十八胺去除长石矿中云母的机理是物理吸附。

3.3.2长石与石英的分离

长石与石英分离的方法主要是浮选法，它经历了以下三个发展阶段：有氟有酸法（即氢氟酸法）、无氟有酸法、无氟无酸法。目前国内长石与石英分离方法有：酸性浮长石法、中性环境硅砂选别工艺和碱性浮石英法等，其中酸性浮长石法是应用最广泛的方法，也是最成熟的方法，但它要在强酸性的介质条件下进行，会严重腐蚀设备，因此应加强对中性环境硅砂选别工艺和碱性浮石英法等方法的研究，使它们能早日应用到工业中。

3.3.3长石与含铁矿物的分离

长石矿中的含铁矿物主要有黄铁矿、云母、少量赤褐铁矿以及电气石、石榴子石、角闪石等含铁的碱金属硅酸盐。通常在pH值为5～6的酸性条件下，黄铁矿等硫化矿物可以用黄药类捕收剂浮选；在pH值为2.5～3.5的酸性条件下，云母可以用胺类阳离子捕收剂浮选；在pH值为3～4的酸性条件下，含铁的碱金属硅酸盐可以用磺酸盐类捕收剂浮选。张鑫等对山东某长石矿进行了除铁试验，该长石矿铁含量高，他们采用的流程如下：磨矿→脱泥→高梯度磁选（去除夹杂机械铁和磁性铁矿物）→乙黄药浮选（去除黄铁矿）→十二胺+煤油浮选（去除云母）→改性石油磺酸盐ZL一1浮选（去除含铁碱金属硅酸盐），得到了白度为67.26%、Fe2O3含量为0.09%的长石精矿，取了较好的除铁增白效果。

3.3.4长石与含钛矿物的分离

长石矿中的含钛矿物主要有钛铁矿、金红石和少量榍石。在pH值为4～6的酸性条件下，金红石可以用脂肪酸作捕收剂浮选，但其可浮性按油酸、亚油酸、亚麻酸的顺序下降。在pH值为2.5的酸性条件下，金红石也可以用脂肪伯胺乙酸盐或石油磺酸盐浮选，且选择性更好，还可以用磺酸盐与琥珀酸酰胺盐的混合物浮选或用羟肟酸钾浮选，关于榍石的浮选性能文献资料介绍的很少，只介绍了采用油酸及其皂类可以浮选出榍石，但该方法对矿泥很敏感。

3.4酸浸

对于长石矿中含有极细微嵌晶结构的铁杂质，用一般除铁方法难以去除，而用酸浸能达到较好的效果。郑骥等通过实验研究得知，提高酸浸温度和硫酸浓度，延长酸浸时间其除铁效果明显优于湿法磁选和摇床重选的物理除铁方法。他们的实验还表明，长石矿中铁的存在形式是影响长石粉酸浸除铁效果的主要因素，以磁铁矿、赤铁矿、黄铁矿等矿物形式存在的铁质，用硫酸酸浸容易除去，而以钠铁闪石和黑云母等物相存在的铁质则较难去除。

3.5生物浸取

生物浸取主要是除去长石细微粒中的含铁矿物，这类含铁矿物用常规方法很难除去，用生物浸取效果较好。铁可以成为某些微生物的能量源和電子载体，与微生物发生氧化、还原反应后变成能溶解的铁离子，反应过程中产生的有机酸也能溶解杂质矿物，再用水洗就可以去除杂质矿物。微生物既能促进长石矿的分解，还能除去长石表面层间的含铁矿物，因此对长石精矿质量要求高时，还要采用其它方法与生物浸取相结合。生物浸取环境污染小、操作简单，国外对此已经有了研究，而国内研究较少。

3.6联合工艺流程

有些长石矿不仅铁含量很高，而且其中有些含铁矿物是以铁染形式渗透于长石解理层，用传统的单一选矿方法难以除去，如果对长石精矿质量要求高，则需采用联合工艺流程。联合工艺流程较多，有“磁选一浮选”、“反浮选—强磁选”、“磁选—脱泥一浮选”、“浮选一硫酸酸浸”、“脱泥—强磁选—酸浸”、“剥离一强磁选”等，具体可根据长石矿的特点及对 杂质含量的精度要求选择。

王宽等对安徽某地长石矿进行了除铁试验，该长石矿经处理后铁平均含量为0.4558%，用单一磁选方法难以除去，他们采用磁选—浮选联合工艺流程，用MD作为浮选捕收剂，其用量为800g/（t·原矿），得到了铁平均含量为0.1440%的长石精矿，取得了较好的除铁效果。

唐楷等采用酸浸—浮选联合工艺流程对四川乐山某钾长石矿进行了除铁试验，用循环硫酸酸浸工艺流程去除钾长石矿中大部分含铁矿物，再用浮选工艺流程去除剩余少量铁染化合物，通过试验他们得到最佳的酸浸条件为：酸体积分数为40%，酸浸温度90℃，反应时间2h。最佳浮选条件为：用油酸钠作浮选助剂，矿石粒度200目，在此条件下除铁效果良好。

柳溪等采用磁选—脱泥—浮选联合工艺流程对陕南某长石矿进行了除铁试验研究。他们分别选用铁球和瓷球作磨矿介质做对比试验，根据试验结果综合考虑磨矿效率和长石精矿指标，最后选择铁球做磨矿介质。对脱泥的方式分别用浮选脱泥和沉降脱泥做了对比试验，结果表明浮选脱泥选择性差，云母和矿泥混杂在一起，影响矿泥的进一步处理，并且长石精矿中还含有矿泥；沉降脱泥能有效分离云母和矿泥，能保证长石精矿达到指标要求，所以他们采用沉降脱泥法。经过磁选一脱泥一浮选联合工艺流程，长石矿中的Fe2O3含量从原来的0.36%降到0.04%，其烧后白度大于73%，获得了很好的除铁效果。对脱泥后的矿泥进行两次磁选后，其烧后白度为28.52%，可作为产品单独使用。

4 结 语

自然界优质长石矿资源越来越少，除杂提纯是获得长石精矿的主要途径，目前磁选和浮选是工业上应用最广泛的长石除杂方法，别的方法在工业上应用较少，有待进一步研究。随着陶瓷、玻璃等行业对长石原料质量要求的提高，对长石的除杂提纯提出了更高的要求，单一的除杂方法已不能满足市场对长石的质量要求，需采用联合工艺流程，如“磁选一浮选”、“反浮选—强磁选”、“磁选—脱泥—浮选”等，它们将成为长石矿除杂提纯的主要方法。对长石与石英应着重研究在弱酸或中性条件下进行分离，主要加强对其作用机理、特效抑制剂及新型高效组合捕收剂等的研究。另外，生物浸取提纯技术环境污染小、操作简单，未来还有很大的发展空间，该技术的研究和应用也有待加强。

参 考 文 献

[1]王宽，靳恒洋，彭小敏等.安徽某长石石英砂矿除铁试验[J].现代矿业.2012（9）：87—89.

[2]杜淑华，陈利民，廖力等.某低品位钾长石矿提纯工艺研究[J].矿产综合利用.2013（1）：43—46.

[3]张兄明，张英亮.长石选矿工艺研究[J].中国非金属矿工业导刊.2012（3）：32—35.

[4]Mohanmed EI-Omla，Salah Shata.Recovery of feldspar raw material from granite rocks for ceramic and porcelain industries[J].Geology and Resources.2008（3）：235—240.

[5]鄭光军.低品质钾钠长石矿选矿提纯实验研究[D].武汉理工大学.2007.

[6]庞玉荣，孟建卫，庞雪敏等.某高铁钾长石矿的选矿实验研究[J].现代矿业.2009（12）：24—26.

[7]李学伟，管俊芳，田晶晶等.低品位长石矿加工的研究进展[J].中国非金属矿工业导刊.2013（2）：40—43.

[8]任子杰，罗立群，张凌燕.长石除杂的研究现状与利用前景[J].中国非金属矿工业导刊.2009（l）：19—22.

[9]张成强，郝小非，何滕飞.钾长石选矿技术研究进展[J].中国非金属矿工业导刊. 2012（5）：48—51.

[10]潘大伟，夏子辉，赵丹丹等.长石矿除云母增白的研究[J].中国陶瓷.2015（1）：54—57.

[11]侯清麟，陈琳璋，银锐明等.石英一长石的浮选分离工艺研究[J].湖南工业大学学报.2011（3）：27—29.

[12]张鑫，张凌燕，洪微等.山东某长石矿石除铁增白选矿试验[J].金属矿山.2014（8）：74—78.

[13]郑骥，马鸿文，陈煌等.钾长石粉酸浸除铁的实验研究[J].地球科学.2001（6）：657-660.

[14]庞玉荣，孟建卫，庞雪敏等.某高铁钾长石矿的选矿试验研究[J].现代矿业.2009（12）：24—26.

[15]柳溪，高惠民，岑对对等.陕南某钾钠长石矿选矿除铁试验研究[J].非金属矿.2013（5）：43—45.

[16]唐楷，颜杰，李富兰等.钾长石的除铁新工艺研究[J].当代化工.2008（5）：456—458.