低品位膨潤土礦離心機提純工藝研究

王志明，呂憲俊，邱 俊

（山東科技大學化學與環境工程學院，山東 青島266590）

膨潤土資源具有各種優良的特性，使其在國民經濟各行業中發揮著重要作用，尤其是高純膨潤土在食品、醫藥等行業顯示出優良的性能。我國膨潤土資源儲量豐富，位居世界首位，其中80%以上為鈣基膨潤土，且品位介于30%～60%之間，屬于中低品位的膨潤土礦［1］。目前，國內膨潤土產品的4／5用于冶金球團、鑄造粘接劑和鉆井泥漿、油脂脫色劑等行業，在食品、醫藥等高附加值行業應用較少，高純蒙脫石產品還是以進口為主。英國Laporte公司、美國的Rheox公司、日本Ube公司、德國Sun.clemic等公司壟斷了我國高純蒙脫石生產的大部分市場。此外，法國益普生公司的“思密達”產品在我國廣泛銷售［2］。因此，如何有效利用國內豐富的低品位膨潤土礦資源開發高附加值的蒙脫石產品，拓展我國在高純膨潤土的領域的研究應用，具有廣闊的發展前景。

針對高純膨潤土的制備，使用離心機［3］具有廣泛的應用前景。但目前研究采用的原礦品位普遍較高，一般在65%～80%之間，針對30%～60%的膨潤土原礦研究較少，無法針對我國豐富的低品位膨潤土礦進行廣泛的應用。武占省等［4］采用原礦品位為68.5%的膨潤土礦進行離心提純，制漿的液固比為14∶1，制漿80min，采用3000r／min離心10min時，制得蒙脫石含量95%的產品。陳媛媛［5］等人則采用原礦品位75%的膨潤土礦，15%的礦漿濃度，在2000r／min的條件下，離心2min制得蒙脫石含量93.7%的高純膨潤土產品。此外，馬亮［6］等人用蒙脫石含量79%的膨潤土原礦在液固比1∶12、離心機轉速1000r／min、分散劑用量0.3%的條件下，離心提純制得純度94%的高純蒙脫石產品。以上研究普遍采用較高膨潤土原礦進行，針對低品位膨潤土礦制備高純蒙脫石的研究較少，文獻中也鮮有報道。張娜［7］曾采用原礦品位45%～49%的膨潤土原礦在2100r／min的轉速下，制得蒙脫石含量90.56%的膨潤土原礦。同時，Lin等［8］也曾使用蒙脫石30%～40%的膨潤土原礦，室溫靜置3d使礦物全部浸濕，然后經攪拌、離心制得純度較高的膨潤土。此法雖能用低品位膨潤土礦制得高純蒙脫石，但是提純工藝復雜，制漿離心時間長，只能分批進行，不能連續生產。

為增加低品位鈣基膨潤土礦的附加值，提高臥式螺旋離心機提純高純蒙脫石產品的工業應用，本文采用萊陽某地蒙脫石含量為37.00%的鈣基膨潤土礦為原料，通過離心機操作參數及提純工藝的優化，對臥式螺旋離心機提純工藝參數對蒙脫石指標的影響規律進行了總結，并考察了掃選段數對蒙脫石回收率的影響。實驗獲得了良好的結果，為低品位鈣基膨潤土礦的深加工利用提供了理論基礎。

1 實驗原料和方法

1.1 原料、儀器和試劑

1.1.1 實驗原料

實驗采用萊陽富饒膨潤土礦，外觀呈灰綠色，樣品顆粒粗大，含砂較多。樣品晾曬后，經12mm篩網篩除粗粒，篩下產物破碎至－2mm，采用移堆法混勻，縮分為1kg／袋，作為實驗用原礦。原礦主要性能如表1所示。

表1 原礦主要性能指標測試結果

由原料分析可知，膨潤土礦原礦主要化學成分為SiO2和 Al2O3，其含量分別為64.98%和13.03%，燒失量為10.16%，另含有少量的CaO、MgO、K2O、Na2O、Fe2O3、MnO。

從圖1XRD圖譜中可以看出，主要成分為石英和長石，另含有少量的蒙脫石。蒙脫石的特征衍射峰晶面間距d001值為15.530?，為典型的鈣基膨潤土［9］。經純礦物標定法［10］換算原礦中蒙脫石含量為37.00%，說明原礦樣品中雜質礦物的含量較高。原礦樣品水化性能較差，需進一步提純。

圖1 膨潤土原礦X射線衍射分析圖譜

1.1.2 儀器和試劑

儀器：D／Max 2500PC型X射線衍射分析儀（日本理學公司，測試條件：銅靶，最大電壓60kV，最大電流300A，角度范圍3°～70°，角度重現性0.0001）；BT－9300Z激光粒度分布儀；XZM－100振動磨樣機；SB2－1.8－3.6型電熱板；FT101A（S）P－4電熱鼓風干燥箱；Lw300臥式螺旋卸料沉降離心機（濟南化工機械總廠）。

試劑：亞甲基藍（IND［11］，上海阿拉丁試劑有限公司）；焦磷酸鈉（AR，上海埃彼化學試劑有限公司）。

1.2 實驗方法

1.2.1 臥式螺旋離心機提純實驗

所用設備為Lw300臥式螺旋卸料沉降離心機，每批用料3kg，每次磨至－200目含量84.39%，采用正交實驗設計考察了給料濃度、給料速度、轉鼓轉速對離心機提純效果的影響［12］。

1.2.2 原料及產品性能測試

實驗過程中的吸藍量、陽離子交換容量、膨脹容、膠質價的測定，參照中華人民共和國國標GB／T＿20973－2007［13］進行。其中蒙脫石含量采用純礦物標定法［10］測定。

為了表征試驗樣品中蒙脫石的純度，首先利用Lw300臥式螺旋卸料沉降離心機，在給料濃度3%、給料速度1.00m3／h、轉速3000r／min條件下，從實驗用原礦中提取少量蒙脫石純礦物。經X射線衍射分析表明，所制備的純礦物基本為蒙脫石，僅發現微量石英（圖3）的弱衍射峰。因此，將該樣品作為本實驗的純礦物使用。

測定該純礦物的吸藍量為40.9g／100g。因此，將試驗樣品中的純度標定公式修改為

2 結果分析與討論

2.1 離心機提純工藝參數的優化

為了獲得離心機最佳提純工藝參數，實驗采用L9（34）正交表考查了給礦濃度、給礦速度和離心機轉速對分選結果的影響考。正交實驗結果見表2，工藝參數對離心機溢流（精礦）品位、產率和回收率的影響計算結果見表3～5。

圖2 純礦物X射線衍射分析圖譜

表2 L9（34）正交實驗數據處理結果表

表3 正交實驗品位數據處理結果

表4 正交實驗產率數據處理結果

表5 正交實驗回收率數據處理結果

從實驗結果來看（表3、表4、表5），對分選指標影響最顯著的因素為離心轉速，其次為給礦速度和給礦濃度，但影響規律各不相同。隨著離心轉速的增加，離心機溢流品位逐漸提高，但溢流產率和蒙脫石回收率則逐漸下降；隨著給礦速度的增加，離心機溢流品位有所降低，但溢流產率和蒙脫石回收率則有所增大；隨著給礦濃度的增加，離心機溢流品位有所提高，但溢流產率和蒙脫石回收率則有所下降。因此，從保證溢流品位的角度，應采用較大離心轉速、較小的給礦速度和較大的給礦濃度。

為了保證離心機溢流的純度，根據實驗結果實驗確定離心機分選的最優條件為：轉速2304r／min，給礦濃度5%，給礦速度1.50m3／h。在該條件下，離心機溢流（精礦）品位（蒙脫石含量）96.58%、產率2.44%、回收率6.37%。

對最佳條件下的離心機溢流（精礦）進行X射線衍射分析表明（圖2），該精礦主要為蒙脫石，檢測到少量石英、長石的衍射峰，但雜質礦物的衍射峰強度遠低于蒙脫石的第二特征峰。說明該產品中蒙脫石的含量能夠達到高純蒙脫石的要求。采用純礦物標定法（式1）測得該產品的蒙脫石含量為96.58%。

以上結果表明，采用臥式螺旋離心機，控制適宜的工藝條件，能夠從低品位膨潤土中分離高純蒙脫石。但從實驗結果也可以看出，采用一段離心機分選，鏡框的產率和回收率仍較低，應進一步探索提高精礦產率和回收率的途徑。

圖3 離心機最佳工藝參數下溢流產品XRD圖譜

2.2 離心機掃選段數對分選指標的影響

2.2.3 離心機掃選開路流程實驗

正交實驗中最優方案制得的蒙脫石純度較高，但是回收率較低，僅為6.37%，為進一步提高蒙脫石產品回收率，針對一段臥式螺旋離心機尾礦進行了多段掃選工藝，實驗結果如表6所示。

表6 離心掃選實驗數據結果

掃選實驗可以看出，掃選能有效增加溢流產品回收率，且前兩段掃選溢流產品蒙脫石含量較高，基本符合高純蒙脫石要求，后續兩段較低，有待進一步研究。

實驗對粗選至三段掃選的溢流進行混合，制得綜合精礦1；對粗選至四段掃選溢流進行混合制得綜合精礦2。綜合精礦1和2的化驗結果見表7。

從表7可以看出，綜合精礦1的蒙脫石含量為93.88%，綜合精礦2的蒙脫石含量為92.52%。二者XRD圖譜如圖4所示。

表7 離心掃選實驗數據結果

圖4 綜合精礦1（a）和綜合精礦2（b）XRD圖譜

從圖4中可以看出，綜合精礦1中雜質第一特征峰明顯低于蒙脫石第二特征峰，達到高純土要求。而綜合精礦2中雜質的第一特征峰與蒙脫石第二特征峰很接近，不符合高純土要求。故最終試驗選定采用一段粗選、三段掃選的工藝進行高純蒙脫石的制備，最終制得蒙脫石含量93.88%、產率9.05%、回收率22.96%的精礦產品。

3 結論

實驗表明，萊陽膨潤土礦樣為鈣基膨潤土，且蒙脫石含量較低，直接利用價值不高。其中主要有用礦物為蒙脫石，主要雜質礦物為石英和長石。采用臥式螺旋離心機提純工藝，能有效制得高純蒙脫石，其中礦漿給料濃度對臥式螺旋離心機提純效果影響不大，主要影響因素是給料速度和臥式螺旋離心機轉鼓轉速。隨轉鼓轉速增加，給料速度降低，蒙脫石含量增加。轉速增大到一定程度后，溢流產品蒙脫石含量趨于穩定。實驗最終在轉速2304r／min、給料濃度5%、給料速度1.50m3／h的條件下，進行一段粗選可獲得品位96.58%、產率2.44%、回收率6.37%的高純蒙脫石精礦。在此基礎上，采用三段掃選的工藝使精礦的產率和回收率進一步提高，獲得綜合品位93.88%、產率9.05%、回收率22.96%的高純蒙脫石產品。

［1］姜桂蘭.膨潤土加工與應用［M］.北京：化學工業出版社，2005.

［2］劉健，任瑞晨，李彩霞.高純蒙脫石制備工藝與實踐［J］.非金屬礦，2012，35（6）：35－36.

［3］施震榮.工業離心機選用手冊［M］.北京：化學工業出版社，1999.

［4］武占省，孫喜房，李春.日月雷礦膨潤土提純影響因素分析及產品性能表［J］.礦業研究與開發，2010，30（1）：52－55.

［5］陳媛媛，馬亮，陳雄祝，等.新疆巴里坤膨潤土提純試驗研究［J］.中國非金屬礦工業導刊，2010（4）：37－39.

［6］馬亮，陳雄祝，王新江，等.新疆拉伊格來克有機膨潤土制備試驗研究［J］.非金屬礦，2010，33（4）：30－33.

［7］張娜，汪立今，宋來忠.新疆巴里坤膨潤土改性提純試驗［J］.巖礦測試礦，2007，26（2）：150－152.

［8］LIN F H，LEE Y H，JIAN C H，et al.A study of purified montmo－rillonite intercalated with 5－fluorouracil as drug carrier［J］.Biomaterials，2002，23（9）：1981－1987.

［9］欒文樓，李明路.膨潤土的開發應用［M］.北京：地質出版社，1998 ：30－33.

［10］楊芳芳.高純膨潤土的制備、性能表征及應用研究［D］.青島：山東科技大學，2008.

［11］地質礦產部科學技術司.膨潤土礦物化性能測試暫行統一方法［M］.武漢：湖北科學技術出版社：1－7.

［12］趙文濤，李琳.低品位鈣基膨潤土的提純與鈉化改性研究［J］.淮北煤炭師范學院學報，2005，26（4）：48－51.

［13］中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB／T 20973－2007，膨潤土［S］.2007.