石英砂是一种重要的非金属材料，特别是高纯石英砂，由于其制品有着耐高温、热膨胀系数小、高度绝缘、耐腐蚀、高光通率等特点，越来越广泛地应用于航空航天、生物工程、高频率技术、电子技术、光纤通信、光伏和军工等高新技术产业领域。
高纯石英的制备，目前一般选用天然水晶为原料，经过精选提纯加工后，使其达到质量指标要求。然而，由于优质水晶本身储量有限，天然水晶储量已逐年减少并趋向枯竭，加上全球高纯石英砂用量的飞速发展，高级石英已经成为世界范围内的紧缺原料。因此，利用普通石英矿制备高纯石英以替代天然水晶石具有重要的现实意义。
石英矿中主要杂质元素多为Al和Fe，其中Al含量相对较高且更难以去除。通常石英矿中的Al一般以长石、云母等铝硅酸盐矿物形态存在，所以可以用浮选的方法除去含Al杂质矿物，实现石英矿的提纯。本文以内蒙某石英矿为原料，采用阴阳离子混合捕收剂进行该石英矿的浮选提纯试验研究，从单矿物的浮选行为入手，探讨了各种分选条件对提纯指标的影响，找出了内蒙石英矿浮选提纯的最佳工艺和条件。
1石英原矿性质
试验用石英矿样产于内蒙某大型石英矿，原矿的化学多元素分析结果如表1所示，图1是石英矿的X射线衍射图。
表1 石英矿样的化学分析结果（%）
成分 SiO2 Al2O3 K2O Na2O CaO TFe
含量/% 97.45 1.87 0.3 0.034 <0.01 0.078
由表1和图1可知，该矿石中主要矿物为石英，脉石矿物主要为少量的钾长石及微量的钠长石。虽然镜下观测还发现了云母、粘土和褐铁矿等更微量杂质矿物的存在，但可以确定，原矿中主要杂质元素为铝且以长石的形式存在为主。因此，这种石英矿的提纯，本质上是石英和长石的分离。

图1 石英原矿的XRD图谱
Fig.1 XRD patterns of 1# run-of-mine ore
2阴阳离子混合捕收剂中石英、长石的可浮性
氢氟酸法是长石、石英浮选分离的成熟方法，但由于氟离子污染环境，已逐渐被无氟工艺所取代。本研究首先在典型的阴/阳离子混合捕收剂体系下，进行长石、石英的单矿物浮选试验，以考察长石和石英的浮选行为，找出石英、长石适宜的分离条件。
2.1单矿物浮选试验方法
单矿物浮选试验在XFGⅡ50挂槽式浮选机上进行。每次称取5.0g单矿物加入80ml浮选槽中，加80ml去离子水，调浆2min，再用H2SO4或NaOH调节pH值2min后，加入捕收剂搅拌3min，浮选4min。泡沫产品烘干后称重，计算浮选回收率。由于Al2O3主要来自于长石，故可以采用Al2O3的去除率表征石英和长石的分离效果。浮选流程见图2。








图2 单矿物浮选试验流程图
Fig.2 Flow sheet of pure mineral flotation experiment

2.2 石英、长石在油酸钠/十二胺作用下的可浮性
2.2.1混合捕收剂配比对石英、长石可浮性的影响
试验中固定矿浆pH值为2.0，捕收剂用量50mg/L，考察油酸钠(NaOl)与十二胺(DDA)在不同摩尔比下石英和长石的浮选回收率，试验结果如图3所示。

图3 不同捕收剂配比对石英、长石可浮性的影响
Fig.3 The effect of different ratio of collector on the flotation of quartz and feldspar before and after calcination
由图3的试验结果可知，油酸钠与十二胺摩尔比大于1时，石英基本不浮，当摩尔比小于1后，石英可浮性开始上升。长石的可浮性在摩尔比小于2:1时开始增大，在1:2处达到最大并趋于稳定。长石和石英在摩尔比为1:2处浮游差最大，此时石英的回收率为4%，长石的回收率为70%，浮游差达到66%。
2.2.2混合捕收剂用量对石英、长石可浮性的影响
混合捕收剂用量与石英、长石浮选回收率的关系如图4所示。其浮选条件为油酸钠与十二胺摩尔比为1:2，pH=2.0。
由图4的试验结果可知，随着捕收剂用量的增加，石英的浮选回收率变化不大，而长石的回收率则急速上升，浮游差也逐渐增大，在用量50mg/L处浮游差达到最大值，继续增大捕收剂的用量，长石的回收率基本不变。
图4 捕收剂用量对石英、长石可浮性影响
Fig.4 The effect of dosage of collcector on the flotation of quartz and feldspar before and after calcination
2.2.3pH值对石英、长石可浮性的影响
图5表示固定捕收剂油酸钠：十二胺=1:1、用量50mg/L时，pH与石英、长石可浮性变化的关系。
图5 pH对石英、长石可浮性的影响
Fig.5 The effect of pH on the flotation of quartz and feldspar before and after calcination
由图5可知，在pH2.0~2.5范围内，石英的回收率较低，而长石的回收率已经达70%以上。在pH2.5~3.5范围内，石英回收率提高较快，pH超过4.0后，回收率又开始急剧下降。长石和石英在pH=2.5左右时，浮游差最大，此时长石回收率82.6%，石英回收率为11.6%，浮游差71%，而后随着pH值的提高，浮游差缩小。
石英、长石在阴阳离子混合捕收剂体系中的浮游特性表明，以油酸钠/十二胺组合作为石英、长石的浮选捕收剂，可以实现二者的有效分选。