廣西合浦某高嶺土選礦工藝試驗研究

朱 賓，陸 智,蔡振波，周 源，劉均云

(1．桂林理工大學南寧分校，廣西 南寧 530001；2．廣西冶金研究院，廣西 南寧 530023；3．江西理工大學，江西 贛州 341000；4.江西明達功能材料有限責任公司，江西 贛州 342108)

高嶺土是一族黏土礦物的總稱，其基本組成為高嶺石組和多水高嶺石組，主要由高嶺石、埃洛石組成，含量可達90%以上。其次，還有水云母，常混有黃鐵礦、褐鐵礦、銳鈦礦、石英、玉髓、明礬等，有時還有少量的有機質。質純的高嶺土具有白度高、質軟、易分散懸浮于水中、可塑性好、粘結性高、電絕緣性能優良、抗酸溶性良好、陽離子交換量低、耐火性良好等理化性質。高嶺土已被廣泛應用于造紙、陶瓷、橡膠、化工、涂料、醫藥和國防等幾十個行業。高嶺土作為化工添加材料，可顯著提高產品的檔次，增加產品的附加值。

廣西有著豐富的高嶺土資源，僅合浦縣高嶺土資源儲量高達5.7億t。合浦高嶺土具有晶型好、粒度細、白度高等特性，是用于造紙涂料的理想材料。該高嶺土礦床屬濱海瀉湖相沉積型礦床[1]，鐵主要以重礦物的形態存在，磁性較弱，采用單一手段要使白度提高到80以上難度大，必須考慮離心選礦機、高梯度磁選及化學漂白的合理聯合分選法。

1 合浦高嶺土原礦特性

1.1 化學成分

原礦多元素分析結果見表1。

表1 原礦多元素分析

1.2 礦物成分

經顯微鏡下觀察、X射線衍射、差熱分析和電子探針綜合分析，查明原礦中主要礦物為石英、高嶺石和伊利石，少量的礦物有長石、電氣石、鋯石和云母，微量的礦物有銳鈦礦、金紅石、針鐵礦、褐鐵礦等。原礦主要礦物含量及其在各粒級中的分布見表2。

由表2可知，-0.002mm產品中高嶺土的含量高達70%以上，但含鐵、鈦較高。研究圍繞-2μ礦樣降鐵、鈦及提高白度，進行了高梯度磁選、離心選礦機分選、浮選、選擇性絮凝等多種方案探索。

表2 原礦礦物粒度分布情況表

2 選礦試驗

通過對各種除鐵、鈦方法對比，采取離心機脫除的效果較好，可使-2μ產品中的鐵及鈦有較明顯的降低，使白度提高2個左右，同時起到分級作用，減輕分級設備給礦壓力；采用高梯度磁選只能除去14%～20%的鐵及20%的二氧化鈦，使白度提高1左右；采用連二亞硫酸鈉加硫酸調節pH值的化學漂白方案，漂白效果較好，白度可以提高3～4個百分點。探索試驗表明：采用單一手段要使白度提高到80%以上很困難，必須考慮離心選礦機，高梯度磁選及化學漂白的合理聯合分選法[3]。

2.1 離心選礦機選別條件試驗

2.1.1 離心選礦機筒體轉速試驗

離心選礦機對微細礦粒回收效率高，有效回收粒度為0.074～0.01mm，因此試驗中利用離心機降低高嶺石中含鐵、鈦量。固定條件：給礦濃度5%，六偏磷酸鈉用量為3000g/t，給礦流量1000cm3/min。改變離心選礦機筒體轉速(分別為500、650、800r/min時)對精礦指標的影響見圖1。

圖1 離心機不同轉速對精礦指標的影響

由圖1可知，離心機轉速由500r/min增加到800r/min時，精礦的產率下降，精礦中鐵、鈦含量則增加。由此可見，隨著離心機轉速增大，除鐵除鈦效果逐漸變好。

2.1.2 離心選礦機給礦濃度試驗

固定條件：六偏磷酸鈉用量為3000g/t，給礦流量1000cm3/min，離心選礦機筒體轉速800r/min。不同給礦濃度(分別為5%、10%、20%時)對精礦指標影響見圖2。

由圖2可知，給礦濃度為5%時，分選效果最好。探索試驗中進行過2%給礦濃度試驗 ，其精礦產率可達90%，考慮濃度過小緊貼離心機筒壁礦物易被沖走，造成選別效果不佳，同時為保證離心機處理能力，最終選擇5%的給礦濃度為最佳條件。

2.1.3 離心選礦機分散劑用量試驗

固定條件：給礦濃度5%，給礦流量1000cm3/min，離心選礦機筒體轉速800r/min。不同分散劑六偏磷酸鈉[2]用量(分別為0、1250、2500、4000g/t時)對精礦指標的影響見圖3。

圖2 離心機不同給礦濃度對精礦指標的影響

圖3 離心機分散劑用量對精礦指標的影響

由圖3可知，加入分散劑后離心選礦機的分選效果明顯變好，當分散劑六偏磷酸鈉的用量為2500g/t時獲得指標較好。

2.2 化學漂白條件試驗

根據探索試驗，選擇連二亞硫酸鈉作為漂白劑，對連二亞硫酸鈉漂白的主要影響因素：pH值、pH調整劑、連二亞硫酸鈉的用量、加藥時間、漂白溫度等分別進行條件試驗。

2.2.1 pH條件試驗

給礦為-2μ產品，固定條件：連二亞硫酸鈉用量10000g/t，加藥時間30min，漂白溫度40℃，采用硫酸調節pH。試驗結果見表3。

由表3可知，采用連二亞硫酸鈉進行漂白時，pH為3左右漂白效果最佳。其主要原因是pH過低時(小于2)，使連二亞硫酸鈉的穩定性降低，一部分發生分解，使參加還原的藥劑量減少。當pH值大于4時，已被還原為可溶性的二價鐵又易被氧化成三價鐵，生成氫氧化鐵沉淀，因此選擇漂白pH值為2～4。

表3 不同pH值的漂白試驗結果

2.2.2 pH調整劑的選擇

采用硫酸和鹽酸分別作為pH調整劑，將pH調至3，在連二亞硫酸鈉用量10000g/t，加藥時間30min，溫度為40℃的相同條件下，對離心機精礦-2μ產品進行漂白試驗。試驗結果表明：兩種試劑漂白效果相仿，但采用硫酸調劑pH值更穩定，而鹽酸調節pH時變化較快，且中間過程需要補加，綜合考慮試劑價格及來源等因素，最終選擇硫酸作為pH調整劑。

2.2.3 連二亞硫酸鈉用量、加藥時間、漂白溫度試驗

對此三條件進行正交試驗，硫酸加入-2μ試樣中將pH調至5沉降后，抽去部分懸浮物的產品，試驗因素與水平如表4，正交試驗直觀圖見圖4。

表4 試驗因素與水平

圖4 正交試驗直觀圖

由正交試驗直觀圖看出，三因素中影響最大的是連二亞硫酸鈉的用量，其次是溫度，加藥時間影響最小。連二亞硫酸鈉用量為8000g/t時，漂白效果最佳，用量再增大，白度略降低。因此，選擇用量8000g/t為宜。漂白溫度在30℃以下時，漂白效果最差，當達到30℃時漂白效果明顯變好。在試驗過程中發現，當溫度稍高時，由于水中溶解的氧減少，在沉降脫水的過程中防黃現象較少。因此，最佳漂白溫度選擇30℃～40℃，最佳加藥時間30min。

2.3 組合工藝流程試驗

試驗采用除砂-分級-離心選礦機除鐵、鈦，分級-化學漂白工藝方案，選擇最佳工藝條件進行試驗，獲得涂料級產品主要技術指標：-2μ含量大于90%、Al2O335.11%、SiO246.35%、TFe 0.78%、TiO20.89%、SO3小于0.5%、高嶺石大于85%、伊利石小于15%、石英極微、白度80.4%。最終產品指標見表5，試驗工藝流程見圖5。

表5 試驗最終產品指標

圖5 工藝試驗流程圖

3 結語

通過離心選礦機及化學漂白條件試驗，得到了最佳工藝參數：當離心機轉速800r/min、給礦濃度為5%、分散劑六偏的用量為2500g/t、漂白試驗中連二亞硫酸鈉用量為8000g/t、漂白溫度30℃～40℃、加藥時間30min時，獲得的涂料級產品-2μ含量大于90%、Al2O335.11%、SiO246.35%、TFe 0.78%、TiO20.89%、SO3小于0.5%、白度80.4%，同時形成了副產品石英砂和陶瓷原料，試驗應用于實際生產將給企業帶來較高經濟效益。

[1] 張鴻源，等.我國沉積型高嶺土礦的綜合利用研究[C].1990非金屬礦物資源與礦物材料學術討論會論文(摘要)匯編，1990.

[2] 高濂，孫靜，劉陽橋.納米粉體的分散及表面改性[M].北京：化學業出版社，2003.

[3] C.Ustaer.et.al,“The separation of alunite in alunitic kaolin by selective folcculution” Clays and ciay Minerals[R].1976.