钾离子调控流体包裹体丰度差异石英选择性浮选的机理研究与应用

针对高纯石英中流体包裹体导致的产品缺陷问题，中国研究人员通过模拟流体包裹体释放的K+环境，系统研究了混合AQY/CQY捕收剂体系中钾离子对透明(TT)与非透明(NT)石英的选择性浮选机制。发现1 mmol K+可使NT石英回收率提升7倍，同时抑制TT石英77.57%，通过SEM-EDS/XPS揭示了K+通过表面能调控实现极性驱动的分离，为高纯石英提纯提供了新策略。

　　

在自然界广泛分布的石英，其纯度直接决定了应用价值——从普通建材到光伏、半导体等战略新兴产业。然而，天然石英中普遍存在的流体包裹体（fluid inclusions）在高温加工时会形成气泡缺陷，传统高温爆破法仅能去除大尺寸包裹体，对大量<5?μm的包裹体束手无策。更棘手的是，不同石英颗粒的包裹体含量差异显著，但现有浮选技术难以实现精准分离。

针对这一瓶颈，中国的研究团队在《Separation and Purification Technology》发表研究，创新性地提出利用钾离子（K⁺）调控石英表面特性的策略。团队选取非洲津巴布韦脉石英矿中流体包裹体含量差异显著的两种石英（低包裹体S1和高包裹体S3），通过DECA法定量分析发现S3样本中非透明(NT)石英占比达85%，而S1中透明(TT)石英占75%。研究采用HF酸预处理结合混合捕收剂（阴离子磺酸AQY+阳离子氨基CQY）体系，关键创新在于引入K⁺模拟流体包裹体破碎释放的离子环境。

技术方法上，研究综合运用Zeta电位分析、接触角测量、SEM-EDS元素成像和XPS表面化学分析，结合批次浮选实验，系统考察了K⁺浓度、调浆时间等参数对浮选选择性的影响。

材料与试剂
实验证实S3石英研磨后上清液K⁺浓度是S1的1.7倍，暗示包裹体含量与离子释放量的正相关性。

流体包裹体分析
XRD验证样本为纯石英相，DECA法显示S3中NT石英占比85%，其表面经HF蚀刻后暴露出富硅缺氧区域和铝活性位点，与TT石英的羟基化表面形成鲜明对比。

结论
1.7倍K⁺浓度差驱动了选择性吸附：1?mmol K⁺配合10分钟调浆可使NT石英回收率达7.92%，同时将TT石英回收率压制至仅1.35%。机制研究表明，K⁺通过配位作用富集在NT石英的硅富集表面，促进AQY/CQY共吸附；而在TT石英的羟基化表面，K⁺抑制了捕收剂附着。表面能分析（接触角增加15°，zeta电位正向偏移）证实了这种极性驱动分离机制。

该研究不仅揭示了流体包裹体组分对浮选行为的调控规律，更开创性地利用K⁺作为"分子开关"，实现了传统物理方法难以完成的微米级包裹体石英精准分离。这一发现为高纯石英的低成本提纯提供了新思路，对支撑新能源、光通信等战略产业具有重要价值。国家科技重大专项（2024ZD0605400）的支持也体现了该研究的战略意义。