石英与长石在酸性介质中的浮选分离研究

汪 敏，钱明川，史小敏，过菲菲，姚 停，郑翠红

(安徽工业大学材料科学与工程学院，安徽马鞍山243002)

石英与长石在酸性介质中的浮选分离研究

汪 敏，钱明川，史小敏，过菲菲，姚 停，郑翠红

(安徽工业大学材料科学与工程学院，安徽马鞍山243002)

以十二烷基磺酸钠(SDS)和N-十二烷基-1,3-丙二胺(DN12)作为混合捕收剂，采用单矿浮选实验分离石英与长石，探究DN12和SDS对长石和石英浮选回收率的影响及其浮选分离的机理。结果表明，在pH为2.0，DN12浓度为4.739×10-4mol/L，SDS浓度为2.38×10-4mol/L时，长石和石英回收率的差值最大，达62.3%。紫外光谱的分析得出，SDS和DN12捕收剂在长石表面仅存在物理吸附，在石英表面不仅存在物理吸附，还存在化学吸附，表明该捕收剂对石英具有更强的捕收能力。

石英；长石；N-十二烷基-1,3-丙二胺；十二烷基磺酸钠；浮选分离

石英的主要成分是二氧化硅,二氧化硅具有独特的物理和化学性质，致使石英广泛应用于玻璃制品、新型建材、防腐材料等行业[1-2]。随着经济和科技的发展，高纯石英的应用日趋广泛，并涉入电子材料、光纤通讯和二氧化硅薄膜材料等高新技术产业的领域[3-5]。石英结构中1/4的Si4+被Al3+取代，即为长石[6-7]，长石是石英中最常见且最难去除的杂质。长石和石英同属于架状硅酸盐矿物，结构相似导致两者物理性质及化学组成相同，且两者常以共生体状态出现于自然界中，或伴生在一起，或作为脉石矿物与其他多种有用矿物共生，难以分离[8-9]。

维迪亚德哈尔[9]选用一定浓度胺类/磺酸盐的混合捕收剂，在pH＝2时，钠长石的回收率达到40%，且此时石英基本不浮，成功地从希腊Stefania石英矿中分离钠长石。朱波青[10]采用混合胺类捕收剂在石英矿中优先浮出长石，在pH＝1.7时，长石和石英回收率差值达到最大，为23.86%。以上研究均采用反浮选优先浮出长石的方法，但对于低品位石英矿宜采用正浮选法。为此，笔者在前人研究的基础之上，以十二烷基磺酸钠(SDS)和N-十二烷基-1,3-丙二胺(DN12)为混合捕收剂，在pH=2条件下采用正浮选法对长石和石英进行浮选分离，且通过浮选产物的紫外可见吸收光谱分析，揭示长石和石英的浮选分离机理。

1 实 验

1.1 实验原料

实验用的长石精矿来自安徽马鞍山市益江高温陶瓷制造有限公司，长石的质量分数大于99%；石英精矿来自贵州省，纯度达到99.95%(质量分数)。长石与石英的粒度均在180～425 μm之间。所用阳离子捕收剂为分析纯N-十二烷基-1,3-丙二胺(DN12)，阴离子捕收剂为分析纯十二烷基磺酸钠(SDS)。

1.2 实验方法

进行单矿浮选实验。实验在XFG型挂槽浮选机上进行，主轴转速为1 860 r/min。将10 g矿石粉调浆1 min，加入一定浓度的捕收剂，搅拌3 min，再调节pH值，搅拌1 min后开始浮选刮泡，浮选时间为5 min。浮选结束后，将泡沫产品和槽内产品分别过滤、烘干、称重，计算矿石的浮选回收率。

式中：R为回收率；m0为浮选前样品的质量，g；m1为浮选后槽内样品的质量，g。

采用紫外可见吸收光谱法分析捕收剂在长石和石英表面的吸附方式。将定量矿石浸泡于捕收剂中，使药剂充分吸附在表面，经过滤烘干，将干燥的矿石水洗后放入氯仿中浸泡。采用紫外可见分光光度计测定其在一定波长范围内的吸收光谱，通过对吸收峰的分析，确定捕收剂在矿石上的吸附方式。

2 实验结果与分析

2.1 捕收剂对矿物浮选回收率的影响

图1为DN12浓度对长石与石英浮选回收率的影响。由图1可知，长石和石英回收率随DN12浓度的增大而逐渐提高，在DN12浓度为4.739×10-4mol/L时，石英回收率为72.3%，长石回收率为28.5%，两矿物浮选回收率差达到最大，为43.8%，说明DN12对长石和石英均有一定的吸附和捕收作用，尤其对石英有较强的捕收作用。研究表明[11]DN12有2个亲固基-NH和-NH2，这2个亲固基中的N均易变成阳离子，从而形成双活性吸附点吸附在矿物表面，使得药剂的总体捕收能力明显增强。同时，DN12中有亚氨基存在，诱导效应使N更易于成为离子，使得N上的H易与矿物表面的羟基氧形成氢键，从而增强了捕收作用[11-12]。

图2为DN12浓度为4.739×10-4mol/L时，SDS浓度对长石和石英回收率的影响。由图2可知，SDS的加入增加了石英和长石的回收率，尤其石英回收率明显增加。当SDS的浓度为2.38×10-4mol/L时，石英回收率达到最大，为97.7%，说明SDS的存在增加了DN12的吸附。当SDS浓度再增加，石英回收率下降，这是因为阴离子捕收剂过剩，抑制其对石英的吸附。在pH=2.0，捕收剂DN12浓度为4.739 0×10-4mol/L，SDS浓度为2.38×10-4mol/L时，长石和石英回收率差值达到最大，此时的浮选回收率差为62.3%。

2.2 捕收剂在矿物表面的吸附

2.2.1 DN12在矿石表面的吸附

图3为DN12在长石表面吸附的紫外可见吸收光谱。由图3可见：未水洗长石的紫外可见吸收光谱在波长约240 nm处存在DN12吸收峰；而在图3(b)中没有DN12吸收峰，说明长石经过水洗，可从表面脱除DN12，由此表明DN12在长石表面只是物理吸附。

图4为DN12在石英表面吸附的紫外可见吸收光谱。从图4可知，未水洗和水洗的石英吸收光谱变化不明显，说明DN12在石英表面不能通过水洗完全除去，表明DN12在石英表面除了物理吸附外，还形成化学键，为物理与化学吸附共同作用的结果。

2.2.2 SDS在矿石表面的吸附

图5为SDS在长石表面吸附的紫外可见吸收光谱。由图5可见：未水洗长石的紫外可见吸收光谱存在SDS吸收峰；而图5(b)中没有SDS吸收峰，说明长石经水洗可从表面脱除SDS。由此表明SDS在长石表面只是物理吸附。图6为SDS在石英表面吸附的紫外可见吸收光谱。从图6可知，未水洗和水洗的石英吸收光谱变化不明显，说明SDS在石英表面不能通过水洗除去，因此SDS在石英表面形成化学键，为化学吸附。

2.2.3 DN12与SDS混合捕收剂在矿石表面的吸附

图7为阴阳混合捕收剂在长石和石英表面吸附的紫外可见吸收光谱。由图7可见：未水洗的最大吸收强度远远大于单种药剂，说明阴阳离子混合捕收剂效果远比单种捕收剂好，这与单矿浮选的结果一致；从吸收峰强度可判断，混合捕收剂在石英表面的吸附远大于其在长石表面的吸附，这与单矿浮选中石英回收率显著高于长石回收率的结果吻合。图7(b)为洗涤后石英表面残留的混合捕收剂吸收光谱，在250 nm处还存在较明显的峰值，此处的峰比较宽，可能是DN12和SDS特征峰的叠加，这表明石英表面吸附的混合捕收剂经水洗后仍有较多残留，也就是该吸附为化学吸附。图7(d)为洗涤后长石表面残留的混合捕收剂吸收光谱，其图谱几乎没有峰，说明混合捕收剂在石英表面的吸附经水洗后基本无残留，表明混合捕收剂在长石表面的吸附仅为物理吸附。

3 结 论

1)采用十二烷基磺酸钠(SDS)和二胺(DN12)阴阳离子混合捕收剂浮选分离长石与石英，在捕收剂DN12浓度为4.739×10-4mol/L，SDS浓度为2.38×10-4mol/L时，长石和石英回收率差值达到最大，为62.25%。

2)通过紫外可见光谱分析可知，阴阳离子混合捕收剂对于长石为物理吸附，在石英表面还存在化学吸附，由此导致石英的浮选回收率大于长石。

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责任编辑：何莉

AStudy of the Flotation Separation of Feldspar from Quartz inAcidic Medium

WANG Min,QIAN Mingchuan,SHI Xiaomin,GUO Feifei,YAO Ting,ZHENG Cuihong
(School of Materials Science and Engineering,Anhui University of Technology,Ma'anshan 243002,China)

The flotation separation of quartz from feldspar was performed by a single mineral flotation experiment,using N-dodecyl 1,3-propanediamine(DN12)and sodium dodecyl sulfate(SDS)as the mixed collector.The effect of DN12and SDS on the recovery rate of quartz and feldspar,as well as the flotation separation mechanism,were studied.The results show that the recovery rate difference between feldspar and quartz reaches the maximum one of 62.25%,under the flotation conditions of pH=2.0,DN12concentration of 4.739×10-4mol/L,and SDS concentration of 2.38×10-4mol/L.The mixed collector is adsorbed on the surface of feldspar by physical adsorption,and on the surface of quartz by both physical and chemical adsorption,showing a higher capability of collecting quartz.

quartz；feldspar；N-dodecyl 1,3-propanediamine；sodium dodecyl sulfate；flotation separation

TD923

A

10.3969/j.issn.1671-7872.2015.02.006

2014-12-26

安徽省教育厅自然科学研究重点项目(KJ2012A045)

汪敏(1989-)，女，安徽无为人，硕士生，主要研究方向为矿物处理与加工。

郑翠红(1967-)，女，安徽含山人，教授，主要研究方向为材料加工。

1671-7872(2015)-02-0123-04