合浦地區(qū)高鐵低品級高嶺土除鐵試驗研究

杜 杰，何云廣，陳 劍，雷滿奇

（廣西地質(zhì)礦產(chǎn)測試研究中心，廣西 南寧 530023）

合浦地區(qū)高鐵低品級高嶺土除鐵試驗研究

杜 杰，何云廣，陳 劍，雷滿奇

（廣西地質(zhì)礦產(chǎn)測試研究中心，廣西 南寧 530023）

廣西合浦地區(qū)高鐵低品級高嶺土由于鐵含量高，原礦Fe2O3+TiO2>2.5%，經(jīng)淘洗后獲得的-0.045mm粒級樣品中的鐵含量大于4%。通過試驗研究表明，采用高梯度磁選、加溫漂白等方法，可獲得Al2O3>35%，F(xiàn)e2O3<1.5%，白度大于80%的漂白精土產(chǎn)品。

高鐵低品級高嶺土；高梯度磁選；漂白；除鐵；廣西合浦

合浦地區(qū)高鐵低品級高嶺土據(jù)推測遠景儲量基本與Ⅲ級品高嶺土礦相當，資源量達1億t以上，雖然其組分含量指標均達邊界工業(yè)指標，但由于Fe2O3和TiO2含量高(Fe2O3+TiO2>2.5%)，至今該類礦尚未能規(guī)模利用，因此潛在經(jīng)濟價值巨大。通過試驗研究，為合浦地區(qū)高鐵低品級高嶺土尋找合理利用的方法，也為高鐵低品級高嶺土資源儲量的可利用評價提供參考。

1 樣品采集與制備

廣西合浦地區(qū)高鐵低品級高嶺土礦所處區(qū)域地層以第四系和志留系為主，次為泥盆、石炭、白堊及第三系。礦石的構(gòu)造在強風化帶以砂土狀、團塊狀為主，在弱風化帶則以殘余塊狀為主，原礦樣品顏色主要有褐黃色、淺黃色、灰白色，還有少量棕紅色、黑色，各種顏色不均勻地斑雜分布，形成各種色彩的團塊、斑點(塊)、(微)條帶(紋)[1]。試驗樣品從礦層頂板和邊緣鉆孔高鐵高嶺土厚度較大的地段采取。樣品采集后將其晾干，然后碾碎混勻縮分，按試驗要求從中稱取一部分用325目標準篩進行淘洗篩分，計算淘洗率。另稱取一部分進行搗漿篩分分級，獲得-0.045mm粒級樣品供后續(xù)試驗。由于原礦樣品疏松易碎，不便于磨制薄片，通過對篩分分級獲得的+0.5mm、-0.5+0.15mm、-0.15+0.074mm、-0.074+0.045mm、-0.045mm粒級樣品制作油浸片在顯微鏡下的鑒定。白度分析采用-0.045mm粒級產(chǎn)品、精土干燥粉末樣，經(jīng)自動瑪瑙研磨機研磨成微米粒級細小顆粒后，采用圓形制樣盒壓片制備后檢測。

2 礦石物質(zhì)組成

從偏光顯微鏡鏡下觀測結(jié)果可看到，各礦點樣品在礦物成分、礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和各種礦物的形態(tài)及分布狀況上大體相似。礦石主要由高嶺石、石英、絹云母、白云母及水云母、長石等礦物，少量的褐鐵礦及鐵質(zhì)、電氣石、赤鐵礦、金紅石及白鈦礦等組成，都具顯微鱗片變晶結(jié)構(gòu)、變余他形粒狀結(jié)構(gòu)、變余鱗片結(jié)構(gòu)、隱晶質(zhì)及顯微粒狀結(jié)構(gòu)、碎粒狀結(jié)構(gòu)、碎片狀結(jié)構(gòu)。其中高嶺石、絹云母主要呈顯微鱗片狀結(jié)晶形態(tài)；白云母集合體呈破碎的片狀形態(tài)，殘留的原巖中的白云母呈鱗片狀結(jié)晶形態(tài)、石英呈他形粒狀結(jié)晶形態(tài)；石英、高嶺石、絹云母等礦物的各自或共同組成的嵌連體、單體、聚集體呈不規(guī)則的碎粒狀；褐鐵礦、軟錳礦、硬錳礦主要呈隱晶質(zhì)及顯微粒狀結(jié)構(gòu)。

2.1 X-射線衍射分析

-0.045mm粒級樣品。的X-射線衍射圖譜(見圖1)中，出現(xiàn)d值為7.219 7A的強衍射峰，表明該粒級產(chǎn)品中含大量高嶺石，其次為絹云母，石英少量，長石、褐鐵礦微量。

圖1 -0.045mm粒級的X-射線衍射圖譜

2.2 化學成分特征

原礦和-0.045mm粒級樣品化學組成見表1。

從表1分析結(jié)果可看出：①參照有關(guān)標準[1]，-0.045mm粒級樣品化學成分中SiO2含量相對較高，為49.52%，Al2O3含量則相對較低，為31.20%；②礦物中TiO2含量雖然低于一般工業(yè)指標0.7%的要求，但Fe2O3含量較高，達到4.56%，明顯高于一般工業(yè)指標要求的2.5%，給開發(fā)利用帶來較大困難；③礦物中其他成分含量都不高，對其在工業(yè)中的應(yīng)用無影響。

表1 原礦和-0.045mm粒級樣品多項分析結(jié)果(%)

2.3 粒度分布特征

原礦和-0.045mm粒級樣品粒度分析結(jié)果見表2、表3、圖2。

從粒度特性分析結(jié)果可以看出，粗粒級中SiO2的含量較高，說明主量脈石礦物石英、云母類礦物主要富集在粗粒級產(chǎn)品中；而-0.045mm粒級中Al2O3含量高，表明目的組分高嶺石主要富集在該粒級產(chǎn)品中，這與工藝礦物學的研究結(jié)果相一致。這種分布特性有利于高嶺土與石英、云母等雜質(zhì)礦物分離；但在-0.045mm粒級中Fe2O3含量較高，分布率為68.54%，尤其在-0.005mm粒級中，F(xiàn)e2O3含量常常為同一礦點高嶺土礦Ⅲ級品礦石相應(yīng)-0.005mm粒級產(chǎn)品的近2倍，達4%以上，且占-0.045mm粒級中鐵含量分布率的32.17%，這給進一步的選礦提純增加了難度。

表2 原礦粒度組成特性

表3 －0.045mm粒級樣品粒度組成特性

圖2 -0.045料級樣品粒度特性

3 試驗研究

3.1 高梯度除鐵試驗

3.1.1 高梯度磁選磁場強度試驗

結(jié)合目前國內(nèi)有關(guān)高梯度磁選設(shè)備的技術(shù)發(fā)展和在高嶺土礦除鐵方面的應(yīng)用[2-5]，本次試驗采用CRIMM系列高梯度磁選機進行。磁場強度試驗固定條件如下：給料為-0.045mm粒級樣品、礦漿固∶液=1∶4、礦漿分散劑加入量0.2%、給料流速0.7cm/s，試驗結(jié)果見表4。

從表4可以看出，在高梯度磁選除鐵試驗中，隨磁選背景磁場強度的升高，精礦(非磁性)產(chǎn)品中的Fe2O3分布率有所降低，但磁選前后產(chǎn)品白度變化不大。

表4 精礦產(chǎn)品高梯度磁選磁場強度條件試驗結(jié)果

3.1.2 高梯度磁選導磁介質(zhì)試驗

為進一步了解高梯度磁選對Fe2O3雜質(zhì)含量較高的高鐵低品級高嶺土試驗樣品的除鐵效果，擬選用鋼毛充填率較高的4號導磁介質(zhì)，提高磁場梯度，以尋求更高的除鐵效果。同時調(diào)整試驗固定條件，適當增加分散劑用量，降低礦物粘度，使礦漿分散性能改善，并適當降低礦漿濃度。

高梯度磁選導磁介質(zhì)試驗固定條件如下：給料為-0.045mm粒級樣品、礦漿濃度15%、礦漿分散劑加入量0.4%、給料流速0.7cm/s、磁選背景磁場強度1.4T。高梯度磁選導磁介質(zhì)試驗結(jié)果見表5。

表5 精礦產(chǎn)品高梯度磁選導磁介質(zhì)試驗結(jié)果

從表5試驗結(jié)果可看出，改用4號介質(zhì)后，精礦(非磁)產(chǎn)品中的Fe2O3雜質(zhì)含量有所降低，顯示一定的除鐵效果。但要獲得較高檔產(chǎn)品，使精礦產(chǎn)品中的Fe2O3含量低于1.2%(陶瓷工業(yè)用TC-2級品要求)，有一定困難。這表明試驗樣品中鐵的賦存狀態(tài)復雜，它一部分不均勻渲染高嶺石，一部分以微細隱晶質(zhì)狀分布在微細粒的絹云母、白云母、水云母微鱗片中，而這部分微細粒的絹云母、白云母、水云母與高嶺石同屬鋁硅酸鹽類礦物，物理、化學性質(zhì)多有相似，所以要將其中的染色礦物——鐵質(zhì)除去，提高產(chǎn)品品質(zhì)，使用單一的除雜方法是較難達到的。

3.1.3 精礦產(chǎn)品沉降試驗

為進一步獲得較高品級的最終產(chǎn)品，分別對磁選精礦和未經(jīng)磁選的-0.045mm粒級樣品進行了沉降分離試驗。試驗流程見圖3，試驗結(jié)果見表6。

圖3 沉降分離試驗流程

表6 沉降分離試驗結(jié)果

從表6試驗結(jié)果可看出，-0.045mm粒級未經(jīng)磁選直接沉降分離和磁選后沉降分離獲得次精土中，前者Fe2O3含量遠高于后者。而-0.045mm粒級經(jīng)磁選沉降分離出的精土中Fe2O3含量也明顯高于次精土，這也證明了巖礦鑒定和粒度組成特征的研究結(jié)論，高鐵高嶺土試驗樣品中高嶺石粒度多在0.002～0.005mm間，而在-0.005mm粒級中，F(xiàn)e2O3含量較高，且占-0.045mm粒級中鐵含量分布率的32.17%，主要染色礦物褐鐵礦及部分鐵質(zhì)不均勻地渲染高嶺石。而精土中0.002～0.005mm粒級的高嶺石含量較高，這在一定程度上表明高梯度磁選除去-0.005mm級別中的褐鐵礦及鐵質(zhì)的效果明顯降低。

3.2 漂白提純試驗

經(jīng)高梯度磁選除鐵后，精礦產(chǎn)品中的Fe2O3含量有所降低，為考查磁選精礦產(chǎn)品漂白過程中相關(guān)條件的變化情況，根據(jù)前期試驗研究成果和有關(guān)資料[6-8]，對磁選除鐵獲得精礦產(chǎn)品分離精土進行了漂白探索試驗。

試驗條件為：礦漿濃度20%～25%、漂白時間120～180min、漂白過程中礦漿pH值3～4、漂白時礦漿溫度控制在70～75℃、草酸和保險粉用量分別為8kg/t和18kg/t，由于漂白時間較長，藥劑采用分段漸次加入的方式，以減少藥劑快速分解造成的消耗。結(jié)果見表7。

表7 磁選精礦產(chǎn)品化學漂白試驗結(jié)果

從表7試驗結(jié)果及漂白試驗過程可看出，將磁選獲得的精礦產(chǎn)品經(jīng)沉降分離出精土進行漂白處理，漂白后所得產(chǎn)品白度可達83.99%，表明經(jīng)高梯度磁選除鐵后，再加熱—化學漂白處理，可獲得較高品質(zhì)的漂白精土產(chǎn)品。

3.3 產(chǎn)品分析

3.3.1 漂白精土X-射線衍射分析結(jié)果

漂白精土X-射線衍射圖譜(圖4)顯示，高嶺石是該粒級產(chǎn)品的主量礦物，絹云母少量，石英、褐鐵礦是微量礦物。通過與-0.045mm粒級產(chǎn)品X-衍射圖譜對比，本粒級樣品中絹云母、石英、長石的含量進一步下降，絹云母衍射主峰d值，石英主峰d值，長石主峰d值，表明高嶺石明顯富集。

圖4 漂白精土的X-射線衍射圖譜

3.3.2 漂白精土高嶺石的形貌

漂白精土的掃描電鏡照片上可觀察到樣品中高嶺石多為不大完整的假六方鱗片狀(圖5)。

4 結(jié)語

(1) 合浦地區(qū)高鐵低品級高嶺土主要由高嶺石、石英、絹云母、白云母及水云母、長石等組成，少量褐鐵礦及鐵質(zhì)、電氣石、赤鐵礦、金紅石及白鈦礦等。都具顯微鱗片變晶結(jié)構(gòu)、變余他形粒狀結(jié)構(gòu)、變余鱗片結(jié)構(gòu)、隱晶質(zhì)及顯微粒狀結(jié)構(gòu)、碎粒狀結(jié)構(gòu)、碎片狀結(jié)構(gòu)。

圖5 漂白精土中高嶺土形貌(SEM)

(2) 利用高梯度磁選對該試驗樣品進行一段除鐵，對除去高鐵低品級高嶺土中的褐鐵礦及鐵質(zhì)有一定作用，但要獲得Fe2O3含量低于1.2%(陶瓷工業(yè)用TC-2級品要求)的產(chǎn)品，仍需采取多種方法聯(lián)合進行。

(3) 經(jīng)過高梯度磁選除鐵后，再進行沉降分離和加溫漂白除鐵提純，最終可獲得可獲得Al2O3>35%，F(xiàn)e2O3<1.5%，白度大于80%的漂白精土產(chǎn)品。

(4) 目前隨著廣西合浦地區(qū)高嶺土礦資源的大規(guī)模開發(fā)，較高品級的高嶺土礦資源在日趨減少，中高鐵等低品級高嶺土礦的開發(fā)利用亦越來越受到重視，因此在高鐵低品級高嶺土礦微細粒級別產(chǎn)品除鐵方法和設(shè)備應(yīng)用方面值得進一步研究。

[1]DZ/T0206-2002.高嶺土、膨潤土、耐火粘土礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范[S].

[2]郭阿明.高鐵高嶺土礦資源的綜合利用研究[J].化工礦物與加工,2009(9):15-18.

[3]徐星佩.非金屬礦除雜提純的磁選工藝設(shè)備概述[J].非金屬礦,2009(1):39-40.

[4]羅中平.高嶺土精制瓷泥試驗研究[J].非金屬礦,2002(6):37-40.

[5]宋守森,南和禮,陳月蓮.高梯度磁分離技術(shù)在國內(nèi)高嶺土提純領(lǐng)域的應(yīng)用[J].電工電能新技術(shù),1990(2):32-36.

[6]杜杰.某花崗巖風化蝕變高嶺土礦的漂白試驗研究[J].中國非金屬礦工業(yè)導刊,2007(6):36-39.

[7]管俊芳,楊文,魏婷婷,等.廣西高嶺土漂白試驗研究[J].非金屬礦,2010(5):24-26.

[8]胡慶福,劉寶樹,胡曉湘,等.粉體材料漂白實踐[J].化工礦物與加工,2004(9):14-15.

Study on Iron Removal Technology of High-iron and Low-grade Kaoline in Hepu

DU Jie, HE Yun-guang, CHEN Jian, LEI Man-qi
(Guangxi Geological Minerals Products Test Research Centre, Nanning 530023, China)

Because high-iron and low-grade kaolin in Hepu Guangxi is a high iron content, in the ore Fe2O3+TiO2>2.5%. After washing, in -0.045mm size fraction of the iron content of greater than 4%. Research shows that, by high gradient magnetic separation,heating bleaching methods can be obtained Al2O3>35%, Fe2O3<1.5%, greater than 80% of whiteness bleaching products.

high-iron and low-grade kaoline; high-gradient magnetic separation; bleach; iron removal; Hepu Guangxi

P619.232;TD924.1

A

1007-9386(2012)01-0020-04

廣西自然科學基金項目(桂科自0991062)。

2011-09-19