石英砂資源，由於其含有較多的長石等雜質，鋁、鐵含量較高，原砂中SiO2含量有時僅74%，遠不能滿足玻璃行業對石英砂純度的要求。採用選礦方法提高石英砂純度，對開發利用石英砂資源有重要意義。 本次試驗通過對某鉀、鈉長石的浮選試驗研究，成功地實現了鉀長石與石英等雜質礦物的有效分離，並對浮選分離的機理進行了初步研究。
送選的鉀和鈉長石原礦樣的物相分析見表1。
表1長石多元素分析（%）
組分 | K2O | Na2O | SiO2 | Al2O3 | CaO | MgO | Fe2O3 |
鉀長石 | 5.45 | 3.05 | 74.02 | 10.65 | 0.57 | 0.53 | 1.36 |
鈉長石 | 4.79 | 2.74 | 74.78 | 11.54 | 0.91 | 0.62 | 0.90 |
礦樣通過較系統的試驗，兩種長石原礦在常規酸性和鹼性條件下都不能有效地分離，得不到合格的長石與石英精礦產品。只有在採用HF作抑制劑的條件下，通過粗精再磨，才能最終得到合格的長石、石英精礦產品，其小型試驗結果見表2。
表2小型試驗結果（%）
產品 | 產率 | 品位 | 回收率 | ||||
K2O | Na2O | SiO2 | K2O | Na2O | SiO2 | ||
長石1 | 65.90 | 6.50 | 3.04 | 67.81 | 78.59 | 65.68 | 60.21 |
長石2 | 12.07 | 5.48 | 3.45 | 70.50 | 12.13 | 13.65 | 11.46 |
石英 | 21.28 | 96.74 | 27.34 | ||||
N雜 | 0.75 | 58.89 | 0.59 | ||||
給礦 | 100.00 | 5.45 | 3.05 | 74.22 | 100.00 | 100.00 | 100.00 |
石英與長石都屬於架狀結構矽酸鹽礦物，具有相同的晶體結構：矽（鋁）氧四面體與4個矽氧四面體共角頂相互聯結，形成在三維空間無限延伸的架狀結構。兩者在水溶液中的荷電機理也基本相同：礦物經破碎後，晶體破裂、矽（鋁）氧鍵斷裂；在水溶液中吸附定位離子生成羥基表面；在介質不同pH值條件下，產生解離或吸附，形成不同的表面電位。
由於礦物破碎斷面上極化程度較高、親水性很強，所以石英和長石在很寬的pH值範圍內均呈現負電性，零電點都很低。
由於長石結構中，鋁氧四面體對矽氧四面體的取代，導致兩者在很多方面也有細徽的差別：
Al與Si電價不同，為補償Al對Si的取代所造成的電價不平衡，而引進K、Na等鹼土金屬離子，這些金屬離子與O之間的離子鍵鍵強低、聯結力弱、易在水中解離，使礦物表面留有負電荷的品格，這使得通常情況下長石的零電點比石英低。同時由於Al－O鍵比Si－O鍵鍵強低，破碎時Al－O鍵更易於斷裂，使長石表面暴露大量Al化學活性區。這些差異導致石英和長石的可浮性略有不同，為石英與長石的浮選分離提供了依據。
三、試驗研究
（一）原礦除鐵試驗
長石中含鐵雜質礦物主要是磁鐵礦、黑雲母、褐鐵礦。磁鐵礦具有磁性，黑雲母、褐鐵礦具有弱磁性，故用高梯度磁選可將其分離出一部分。在磨礦過程中，對不同細度檢查篩析沒有篩分出黑雲母片，因而不能用篩分或分級等方法將黑雲母與長石分離，只能用高梯度磁選分離出含鐵礦物。為了去除含鐵雜質，選用Slon-100實驗型脈動高梯度磁選機進行試驗。流程見圖1，結果見表3。
圖1原礦除鐵試驗流程
表3－200目占70%時不同磁場強度除鐵效果（%）
磁場強度/T | 產品 | 產率 | 鐵含量 | 鐵回收率 |
0.8 | 鐵礦物 | 2.72 | 21.06 | 44.40 |
除鐵礦品 | 97.28 | 0.74 | 55.60 | |
原礦 | 100.00 | 1.29 | 100.00 | |
1.0 | 鐵礦物 | 2.30 | 22.96 | 39.11 |
除鐵礦品 | 97.70 | 0.84 | 60.89 | |
原礦 | 100.00 | 1.35 | 100.00 | |
1.2 | 鐵礦物 | 3.11 | 20.74 | 48.13 |
除鐵礦品 | 96.86 | 0.72 | 51.87 | |
原礦 | 100.00 | 1.34 | 100.00 |
從表3結果看：隨著磁場強度的提高，在1.0T時鐵礦物的產率有所回落，但到1.2T時，產率較0.8T時約提高了0.3%。故最佳條件為原礦細度-200目占81%，磁場強度1.2T。
圖2pH值條件試驗流程
（二）硫酸法長石－石英分離試驗
1、pH值條件試臉
試驗流程見圖2，結果見表4。
試驗流程見圖2，結果見表4。
表4硫酸法PH值條件試驗結果（%）
pH值 | 產品 | 產率 | SiO2品位 | SiO2回收率 |
3 | K長石 | 13.87 | 65.38 | 12.10 |
X石英 | 86.13 | 76.43 | 87.90 | |
原礦 | 100.00 | 74.90 | 100.00 | |
2 | K長石 | 11.17 | 63.36 | 9.51 |
X石英 | 88.83 | 75.84 | 90.49 | |
原礦 | 100.00 | 74.44 | 100.00 |
2、捕收劑用量試驗
試驗流程與圖2相同，採用硫酸作抑制劑，pH值為2，改變不同的組合捕收劑用量，其試驗結果見表5。
試驗流程與圖2相同，採用硫酸作抑制劑，pH值為2，改變不同的組合捕收劑用量，其試驗結果見表5。
表5硫酸法組合捕收劑用量試驗結果（%）
捕收劑用量/g·t－1 | 產品 | 產率 | SiO2品位 | SiO2回收率 |
十二胺：十二烷基磺酸鈉 | K長石 | 13.61 | 64.36 | 11.68 |
粗選：50∶200 | X石英 | 86.39 | 76.70 | 88.32 |
掃選：25∶100 | 原礦 | 100.00 | 75.02 | 100.00 |
十二胺：十二烷基磺酸鈉 | K長石 | 13.56 | 65.44 | 11.84 |
粗選：50∶200 | X石英 | 86.44 | 76.44 | 88.16 |
掃選：25∶100 | 原礦 | 100.00 | 74.95 | 100.00 |
十二胺：十二烷基磺酸鈉 | K長石 | 14.26 | 67.62 | 12.84 |
粗選：50∶200 | X石英 | 85.74 | 76.36 | 87.16 |
掃選：25∶100 | 原礦 | 100.00 | 75.11 | 100.00 |
該法是在強酸（一般為H2SO4）性（pH=2～3）條件下，用陰陽離子混合捕收劑優先浮選長石。據K.H.拉奧等的研究表明：pH值正處於石英零電點附近，而比長石零電點（pH=1.5）高，因此在此條件下長石表面負電荷，石英表面不帶電荷。需要特別指出，實現浮選選擇性的關鍵是礦漿溶液的pH值，即：在該pH值下，長石和石英表面所帶電荷不同，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同吸附，增大礦物表面疏水性；而石英則因表面接近中性，對陰陽離子均不吸附，因而親水難浮。還有人指出，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該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+因溶於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於石英。
由表4、5可見，採用硫酸作抑制劑，不論捕收劑用量多少，石英和長石均不能有效的分離，這可能是由於礦石單體解離度不夠而造成的。
（三）HF法鉀長石－石英分選試驗
試驗流程見圖3，結果見表6。
由表4、5可見，採用硫酸作抑制劑，不論捕收劑用量多少，石英和長石均不能有效的分離，這可能是由於礦石單體解離度不夠而造成的。
（三）HF法鉀長石－石英分選試驗
試驗流程見圖3，結果見表6。
圖3HF法長石－石英分選試驗流程
表6鉀長石－石英HF法分選結時（%）
浮選pH值 | 產品 | 產率 | SiO2品位 | SiO2回收率 |
粗選1.5 | N雜 | 1.15 | 65.06 | 1.00 |
K長石 | 57.20 | 68.10 | 52.13 | |
掃選2.0 | X石英 | 41.65 | 84.10 | 46.87 |
原礦 | 100.00 | 74.73 | 100.00 |
（四）HF法鈉長石－石英分選試驗
試驗流程同圖3，試驗結果見表7。
表7鈉長石－石英HF法分選試驗結果（%）
浮選pH值 | 產品 | 產率 | SiO2品位 | SiO2回收率 |
粗選1.5 | N雜 | 6.11 | 59.40 | 5.00 |
Na長石 | 78.08 | 71.32 | 76.67 | |
掃選2.0 | X石英 | 15.81 | 84.20 | 18.33 |
原礦 | 100.00 | 72.63 | 100.00 |
由表6、7看出，由於原礦嵌布粒度較細，既使採用HF法也不能有效地分離長石－石英，所得石英產品的SiO2含量還是較低。
（五）二段磨礦長石－石英分選試驗
為了得到合格的石英產品，針對原礦中長石、石英粒度較細及嵌布特性複雜的特點，增加了一段浮選後所得石英進行二段磨礦，再以HF法進行二次選別。其試驗流程見圖4、結果見表8。
圖4二段磨選HF法長石－石英分離流程
表8二段磨選HF法長石－石英分離結果（%）
產品 | 產率 | 品位 | 回收率 | ||||
K2O | Na2O | SiO2 | K2O | Na2O | SiO2 | ||
K長石1 | 65.90 | 6.50 | 3.04 | 67.81 | 78.59 | 65.68 | 60.21 |
K長石2 | 12.07 | 5.48 | 3.45 | 70.50 | 12.13 | 13.65 | 11.46 |
N雜 | 0.75 | 58.89 | 0.59 | ||||
X石英 | 21.28 | 96.74 | 27.34 | ||||
原礦 | 100.00 | 5.45 | 3.05 | 74.22 | 100.00 | 100.00 | 100.00 |
從表8的結果看，石英粗精礦再磨後，再以HF法進行分選，所得石英產品Sio2含量達到96.74%，符合用戶質量要求；長石產品也能達到一級品的要求。該法是在石英、長石礦漿中加人HF酸，在pH=2～3時，用陽離子捕收劑胺類優先浮選長石。
隨著礦漿pH值下降，上述礦漿中石英、長石表面的解離平衡被打破。[H+]濃度提高，使解離平衡左移，石英、長石表面負電性減小。當pH=2～3時，石英表面動電位接近零；由於HF酸對Si－O鍵的刻蝕，使長石表面Al3+突出而成為活性中心。同時溶液中很快形成的[SiF6]2－絡離子，能與長石表面Al3+、K+、Na+形成穩定的絡合物，附於長石表面，從而又形成長石表面相當的負電性。當陽離子捕收劑RNH3+加入該體系時，會靜電吸附於長石表面，進而使長石表面疏水而優先浮出。
四、礦石難選因素分析
1、由於鉀長石和石英物理性質、化學組成、結構構造等方面的相似是造成分離困難的主要原因。它們都是矽酸鹽架狀結構，不同點在於石英結構中1/4的Si被Al取代，即變為長石。由於Al3+取代Si，而在相應的四面體構造單元中則充入K或Na作為金屬配衡離子，以保持礦物的中電性。因而根據K+或Na+含量的多少，長石可分為鉀長石和鈉長石。
2、由於礦物本身含有微量碳酸鹽，在酸性介質中會溶出部分Ca、Mg，而Ca、Mg在礦漿中的濃度較高時，會影響長石表面的正電荷空洞對捕收劑的靜電和分子吸附，最終影響長石的優先浮出。所以試驗中要進行酸洗脫水。
3、在試驗中，當pH>4.5或<1.5時，既使加入陰陽離子混合捕收劑，長石和石英也不能有效分離，這說明礦漿pH對浮選非常重要：當pH控制在2.0～3.0時，單獨加入陰離子或陽離子捕收劑也都不能有效浮出長石。這說明捕收劑對長石的作用是：1)強酸性使長石表面的解離平衡向左移，負電性下降；2)長石晶格中區域的空隙配衡金屬離子K或Na被溶解於礦漿中，表面形成正電荷空洞，當陰陽離子混合捕收劑加入該礦漿中時，在石英表面僅形成微弱的靜電和分子吸附，而在長石表面則有活性Al(s)對陰離子捕收劑的特性吸附和正電荷空洞對陽離子捕收劑的靜電和分子吸附，這數種吸附互相促進、共同作用，使長石表面的捕收劑吸附量遠大於石英表面，從而導致長石優先浮出。
隨著礦漿pH值下降，上述礦漿中石英、長石表面的解離平衡被打破。[H+]濃度提高，使解離平衡左移，石英、長石表面負電性減小。當pH=2～3時，石英表面動電位接近零；由於HF酸對Si－O鍵的刻蝕，使長石表面Al3+突出而成為活性中心。同時溶液中很快形成的[SiF6]2－絡離子，能與長石表面Al3+、K+、Na+形成穩定的絡合物，附於長石表面，從而又形成長石表面相當的負電性。當陽離子捕收劑RNH3+加入該體系時，會靜電吸附於長石表面，進而使長石表面疏水而優先浮出。
四、礦石難選因素分析
1、由於鉀長石和石英物理性質、化學組成、結構構造等方面的相似是造成分離困難的主要原因。它們都是矽酸鹽架狀結構，不同點在於石英結構中1/4的Si被Al取代，即變為長石。由於Al3+取代Si，而在相應的四面體構造單元中則充入K或Na作為金屬配衡離子，以保持礦物的中電性。因而根據K+或Na+含量的多少，長石可分為鉀長石和鈉長石。
2、由於礦物本身含有微量碳酸鹽，在酸性介質中會溶出部分Ca、Mg，而Ca、Mg在礦漿中的濃度較高時，會影響長石表面的正電荷空洞對捕收劑的靜電和分子吸附，最終影響長石的優先浮出。所以試驗中要進行酸洗脫水。
3、在試驗中，當pH>4.5或<1.5時，既使加入陰陽離子混合捕收劑，長石和石英也不能有效分離，這說明礦漿pH對浮選非常重要：當pH控制在2.0～3.0時，單獨加入陰離子或陽離子捕收劑也都不能有效浮出長石。這說明捕收劑對長石的作用是：1)強酸性使長石表面的解離平衡向左移，負電性下降；2)長石晶格中區域的空隙配衡金屬離子K或Na被溶解於礦漿中，表面形成正電荷空洞，當陰陽離子混合捕收劑加入該礦漿中時，在石英表面僅形成微弱的靜電和分子吸附，而在長石表面則有活性Al(s)對陰離子捕收劑的特性吸附和正電荷空洞對陽離子捕收劑的靜電和分子吸附，這數種吸附互相促進、共同作用，使長石表面的捕收劑吸附量遠大於石英表面，從而導致長石優先浮出。
