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摘 要：本文重点介绍了低钠、低铁钾长石化学成分、提纯的工艺流程、物理特性和在陶瓷墙地砖工业中的特殊应用，还论述了由钾长石制作的陶瓷釉料具有广泛的应用范围，如：陶瓷墙面砖、陶瓷地面砖、卫生陶瓷和瓷器等专用陶瓷釉料。
关键词：钾长石；提纯；物理特性；应用
1 引 言
长石通常是指碱金属或碱土金属（如：锂、钠、钾、钙、钡等）的铝硅酸盐。在陶瓷工业中，具有重要作用的长石主要是锂辉石（Li2O・Al2O3・4SiO2）、钠长石（Na2O・Al2O3・6SiO2 ）、正长石（K2O・Al2O3・6SiO2）、钙长石（CaO・Al2O3・2SiO2）和钡长石（BaO・Al2O3・2SiO2）。
通常金属氧化物的克分子量（摩尔分子量）越大，该金属所形成的硅酸盐产物的百分含量就越高。钠长石中Na2O的最高百分含量为11.8%，正长石中K2O的最高百分含量为16.9%，锂辉石中Li2O的最高百分含量仅为8%，钡长石中BaO的最高百分含量却为40.8%。正长石通常在陶瓷制品的生产过程中具有较好的特性，因为正长石能提供最大数量的强碱性物质。然而在自然界中，还没有发现含有大量的强碱性物质的自由状态的长石存在，即使是微斜长石（以三斜晶系结晶的正长石的多晶型变体）仅含有20%~30%的钠长石（接近于4:1与3:1之间），但钾长石中正长石:钠长石=13:1，且仅含有0.03%的Fe2O3和0.02%的TiO2，所以正长石、微斜长石和钾长石在陶瓷生产中具有非常重要的作用。
长石在陶瓷原料烧结熔融成瓷过程中的反应速度，以及是否完全反应的能力通常依赖于长石的化学和矿物学组成，以及其表面状态，按照陶瓷制品成形工艺的不同，其依赖性可以较小也可以较大。由于这些原因，必须设定一个系数，为此已研制出陶瓷制品的成形工艺的检测分析装置，即使在超出这个装置的应用情况下，也能计算出陶瓷制品表面成形的“额定系数”，陶器和瓷器制品生产的推荐值是240（长石）、210（石英）和250（石灰石）。
20多年以前，随着快速煅烧陶瓷轻质熔块釉料的发展，促进了西班牙和意大利陶瓷制品快速烧成工艺的发展。这些结晶釉中含有大量的钾和铝，FS 900 SF（钾长石含量更高的长石浓缩品）技术性能较可靠，节省了大量的煅烧Al2O3和硝酸钾或碳酸钾。由于硝酸钾在350℃就熔融，当温度达到400℃时，硝酸钾作为强氧化剂会参与反应。因此，硝酸钾仅用于制备少数高熔点的熔块釉料，或用作氧化剂。值得注意的是，必须避免最危害的分解反应（出于生态学方面的考虑），即：氮化物的氧化分解――危害臭氧层，破坏环境。
2 钾长石中杂质分离的过程
露天采掘的矿物原料经拣选后，再经干式圆筒混粉器（涡轮式搅拌器）预先混合，然后喂入料浆制备系统。通过大型涡轮式搅拌器或螺旋桨叶式搅拌器加水制成料浆，由于粗粒的石英砂容易从浆料中分离出来，经过筛分工序即可分离。细粒的矿物则聚集在大型水力旋流器系统中，再分离成不同的产品流。最终的分离工序是借助于浮选选矿法，将高岭土―长石、长石―石英与重金属矿物和氧化物杂质等分离出来，最后分离成不同种类的高岭土、长石和石英制品。
本文主要讨论采取浮选分离法，将杂质从长石中分离出来。长石的粒度分布范围与高岭土和石英粒度分布范围有些重叠。为了满足陶瓷和玻璃工业对高品质长石的需求，必须采用物理化学分离方法以及长石/石英的静电分离法等来获取高品质的长石。静电分离法最适用于分离0. 1~0. 7mm粒度的物料。浮选分离法是选择性的分离法，采用浮选分离法，不仅能尽可能地获取高品质的长石和石英产品，而且还能最大限度地降低附属物的干扰作用等。长石和石英的ζ电位与pH值之间的关系见图1。
由图1可知，几乎在整个pH值的范围内，长石和石英都具有负ζ电位。另外，在酸性溶液中，含铁、钛的附属物呈现正的表面电荷。因此，在采用pH＜3的活性阴离子捕捉剂浮选分离矿物原料的情况下，即使含铁杂质（主要是赤铁矿、针铁矿和TiO2）以及大量的钛矿和钛铁矿被分离出来，但陶瓷制品烧结时仍然产生较多的污渍。
在工业化生产中，通过阳离子浮选剂在酸性pH值区域内采用加氟处理的长石活性剂，能够选择性的实现长石/石英的分离。氧化法长石浮选获取钾长石浓缩品FS 900 S初级产品的主要技术经济性能指标见表1。
由表1可知，在酸性pH值区域内采用氧化浮选，随后经过长石浮选，以及提纯工序，能获得长石含量超过93%的钾长石浓缩品。除此之外，AKW公司通过间接浮选法也获取了钾长石含量更高的长石浓缩品――称为FS 900 SF。FS 900 SF与初级产品FS 900 S的区别主要在于前者具有更细的颗粒度，更低的Fe2O3和TiO2含量。通过阴离子浮选衍生物也能获取FS 900 SF，同时，选择相应的活性阴离子洗涤剂还能降低重金属矿物以及附属物（高岭土和石英）的含量。通过两次浮选工序获取的钾长石浓缩品的主要技术经济性能指标如表2所示。
由于FS 900 S和FS 900 SF制备方法的不同，因此它们的产品特性也不一样。初看它们都是高浓缩度的长石和高含量的碱性物质。但FS 900 S和FS 900 SF中钾长石/钠长石的比率却取决于最初各自不同的浮选方式。获取FS 900 SF时，仅在阳离子聚集的矿物表面产生静电吸附作用；而获取FS 900 S时，却在活性化的矿物表面同时产生化学吸附作用和阳离子吸附作用。所以获取FS 900 S和FS 900 SF的化学需氧量（COD）是不相同的，获取FS 900 S时化学需氧量（COD）为0.10~0.12mg/L，而获取FS 900 SF时化学需氧量（COD）仅为0.02~0.05mg/L。
如今，阴离子浮选法获取FS 900 SF比较经济实用，并且无危害物产生。这就满足了颜料和釉料工业对低钠、低铁和低重金属含量的钾长石的需求。持续的质量控制，即持续的工序质量控制是保证产品质量稳定的基础。
3 低钠、低铁钾长石的物理特性和经济效益
低钠、低铁钾长石最显著的优势如下：
（1） Al2O3含量高；
（2） K2O含量高；
（3） Na2O含量低；
（4） 极低的Fe2O3和TiO2含量；
（5） 恒定不变的化学成分；
（6） 良好的粒度分布；
（7） 烧结时均匀的白色结晶；
（8） 熔融温度范围宽；
（9） 污染排放物很低。
钾长石FS 900 S和FS 900 SF的主要技术指标见表3。由表3可知，它们可用于制作熔块釉、结晶釉和瓷器釉料等，因为在陶瓷制品烧结时，钾长石FS 900 S和FS 900 SF能保证制品尺寸在一定范围内的稳定性。
钾长石FS 900 S和FS 900 SF具有良好的活性化的粒度组成，粒度分布范围为20~150μm。通过SiO2、Al2O3和K2O相图进一步探讨长石的特性，K2O―Al2O3―SiO2系统相图如图2所示。
由图2可知，显示出如下两个二元共熔点：
（1） 钾长石90%、石英10%，结晶温度为1000℃；
（2） 钾长石60%、石英40%，结晶温度为1000℃。
纯钾长石的熔融温度为1530℃，长石中正长石的含量表现为白榴石结晶范围的变化。同时，也显示出钠长石和正长石的比率非常重要，如：钾长石含量为35%和钠长石含量为65%时，结晶温度则为1075℃。表明，钾长石和钠长石也适用于制作瓷器的坯料。
众所周知，釉料的表面张力影响釉面的反射能力和釉面的光泽度。Dietel和Appen的研究表明，在900℃和1300℃时，K2O和Na2O的适宜比率分别为1:10和1:20。如果提高Al2O3、CaO、MgO和ZrO2的含量， K2O较低的表面张力能够调整整个系统的表面张力，便于获得较强的釉面反射能力。同时，还必须考虑到在陶瓷制品的烧结过程中，较低的表面张力还有助于存在于非表层（坯体内部）的气泡的逸出。同时，熔融液相较高的粘度也能有效地阻止气泡的形成。
值得注意的是，钾长石的浮选工艺达到了污染物的零排放，这是通过检测长石浮选工艺的化学需氧量（COD）来证实的，因为获取钾长石FS 900 SF时化学需氧量（COD）仅为0.02~0.05mg/L，可近似认为为零。同时，为了达到烧结时所排放的废气尽可能少的污染环境，还必须精确地测试出烧结时所排放的废气的化学需氧量（COD）的含量。
4 结 论
（1） 低钠、低铁钾长石属于高钾、高铝、低钠、低铁和低钛含量矿物。
（2） 通过大规模的水力旋流器系统和先进的浮选技术，获得粒度分布范围非常适合制作熔块釉和瓷器釉料的钾长石。
（3） 低钠、低铁钾长石具有平衡的化学组成和适宜的K2O 和Al2O3的比率，有助于制造适用于一次快速烧成的专用结晶釉，从而节约煅烧氧化铝、硝酸钾和碳酸盐化合物所需的能量消耗。
（4） 从生态学的观点来看，钾长石FS 900 SF烧结时对环境的污染小。
（5） 低钠、低铁钾长石的产品质量严格执行ISO 9001 国际标准及EN 29001欧洲标准。
（6） 含有K2O的釉层表面张力是含有Na2O的釉层表面张力的1/15，由于这个特点和较高的熔融液相粘度，甚至能够获得绝无釉面针孔的陶瓷制品。
