大埔洋子湖礦山弱風化高嶺土礦選礦工藝研究

劉東鋒

(廣東省環境地質勘查院,廣東 廣州 510080)

1 資源狀況

大埔縣洋子湖礦山高嶺土礦屬風化殘積型，主要由高嶺石—多水高嶺石礦物組成，勘探儲量在200萬t以上。該高嶺土礦表層風化程度強(約7m)，含泥量高，鋁含量相對較高，主要通過水洗除砂工藝生產水洗高嶺土產品。目前表層強風化高嶺土礦已基本采完，出露中深層部弱風化高嶺土礦帶，該礦帶的-495目(30μm以下)產率為25.43%。弱風化高嶺土原礦化學成分如表1，X-射線衍射圖譜如圖1所示。

表1 洋子湖礦山弱風化高嶺土礦化學成分(%)

圖1 弱風化高嶺土礦樣X-射線衍射圖譜

由表1的化學成分并結合圖1的X-射線衍射圖譜的物相分析可知，洋子湖高嶺土礦弱風化礦樣的礦物組成(%)：石英30、云母類5、鉀長石27、鈉長石9、高嶺石28、其他＜1。圖1的X-射線衍射圖譜中高嶺石族礦物的波峰較寬，峰值強度較低，說明高嶺族礦物結晶程度不高，含量較少，主要原因是長石風化程度較弱，仍有大量的鉀鈉長石未風化完全。整體來看，洋子湖高嶺土礦弱風化礦樣風化不完全、石英含量高，存在大量長石礦物，有部分含鐵礦物存在。

2 選礦試驗

2.1 分級試驗

分級試驗取弱風化高嶺土礦樣5kg，搗漿濃度為65%，搗漿時間為20min，搗漿過程中加入礦樣重0.2%的六偏磷酸鈉作為分散劑，制得的礦漿采用篩析法得到45μm以上的粒級分布，采用沉降法得到45μm以下的粒級分布。將礦樣的粒級分布同X-射線衍射分析、化學成分分析及顯微鏡下觀察相結合，得出各粒級礦物的組成和含量如表2。鑒于高嶺石族礦物富集的主要粒級為30μm以下，因此僅對30μm以下分級樣品進行了白度(R457)測定。

表2 礦樣各粒級礦物含量及組成

由表2可知，30μm以上粒級的相對含量為79.76%，主要礦物為鉀長石、石英和鈉長石。30μm以下粒級含量為20.24%，主要礦物為高嶺石族礦物、少量石英及部分長石礦物。

2.2 形貌分析

圖2為不同粒級高嶺石組成及形態。

圖2a、b為-10+5μm粒級。該粒級的高嶺土主要是片狀和蠕蟲狀的高嶺石，管狀的埃洛石，粒狀的石英和少量風化的長石。

圖2c、d為-5+2μm粒級。該粒級的高嶺土主要是書冊狀、疊片狀的高嶺石，和管狀的埃洛石和粒狀的石英。

圖2e、f為-2μm粒級。該粒級的高嶺土主要由高嶺石和埃洛石組成，高嶺石呈疊片狀，埃洛石呈管狀。

2.3 半工業試驗

2.3.1 除砂試驗

半工業試驗工藝流程見圖3。粗選采用搗漿機—螺旋分級機，一級精選采用Ф75水力旋流器，二級精選采用Ф50水力旋流器。粗選后的礦樣化學分析結果(%)：SiO256.3、Al2O327.92、Fe2O31.79、K2O 4.52、Na2O 0.88、TiO20.074、SO30.014、P2O50.05、LOI 7.47。可知搗漿機—螺旋分級機可除去大部分的石英，使SiO2含量降低至56.3%，Fe2O3含量隨高嶺土的富集而提高，由1.04%提高至1.79%，長石含量略有降低。

圖2 不同粒級高嶺石組成及形態

圖3 半工業試驗工藝流程

一級精選試驗的結果見表3、表4，試驗條件為：進漿壓力0.1MPa、進漿濃度20%、底流口直徑3.72mm。二級精選的試驗結果見表5、表6，試驗條件為：進漿壓力0.25MPa、進漿濃度18%、底流口直徑3.2mm。由表4、表6可知，兩級精選后Al2O3含量和燒失量有較大程度的提高，說明了高嶺土向細粒級富集顯著，但SiO2含量仍偏離標準高嶺土中SiO2含量且K2O+Na2O含量為4.1%，說明精選后的礦樣中存在微細長石礦物。由于含鐵礦物隨高嶺土向細粒級富集而增高，Fe2O3含量達到1.79%，導致選別精礦白度偏低，限制了其工業應用，因此考慮后續除鐵增白工藝。

表3 Ф75水力旋流器分級試驗結果

表4 Ф75水力旋流器產品化學成分(%)

表5 Ф50水力旋流器分級試驗結果

表6 Ф50水力旋流器產品化學成分(%)

2.3.2 增白試驗

該高嶺土精礦白度偏低主要由于其中含鐵礦物在細粒級隨高嶺土富集，Fe2O3含量達2.04%，主要以赤褐鐵礦存在，部分浸染于高嶺石表面。為提高其白度，考慮三級除鐵工藝，即“磁棒—高梯度磁選—漂白”聯合應用。

“磁棒”采用強度為8000高斯的磁棒充分吸附經Ф50水力旋流器的溢流礦漿，礦漿濃度為15.3%，吸附時間為15min；“高梯度磁選”采用型號為SLon100的高梯度磁選機，磁場強度為1.4T，脈沖為200r/min，礦漿流速為1.0cm/s；“漂白”過程中的硫酸用量為5.52kg/t，漂白粉為硫代硫酸鈉，用量為干礦重的3%，草酸用量為干礦重的4%，漂白時間為30min。三級除鐵后礦樣的白度見表7，三級除鐵后礦樣的化學成分見表8。

表7 三級除鐵后精礦白度

由表7可知，Ф50水力旋流器溢流礦漿經“磁棒—高梯度磁選”處理后精礦自然白度由42.62%提高到了53.56%，煅燒白度由51.33%提高到了73.52%，增白效果顯著。表8的化學成分分析結果顯示：經“磁棒—高梯度磁選”處理后，溢流產物中的鐵含量從2.04%降低至1.43%，降低了0.61%，除鐵率為29.9%，除鐵效果顯著。

表8 三級除鐵后精礦化學成分(%)

經“磁棒—高梯度磁選”處理后的礦漿經“漂白”處理后，精礦自然白度由53.56%提高到了60.88%，煅燒白度由73.52%提高到了77.38%。表8的化學成分分析結果顯示：“磁棒—高梯度磁選”處理后礦漿再“漂白”， Fe2O3含量由1.43%降低至1.01%，除鐵率為28.8%。Ф50溢流礦漿經“磁棒—高梯度磁選—漂白”處理的總除鐵率為50.5%。

2.4 尾砂選礦試驗

由除砂試驗可知，Ф50水力旋流器的溢流率為原礦的16.29%，經“搗漿—粗選—一級精選—二級精選”后的尾砂率為原礦的83.71%。鉀鈉長石礦物在尾砂中富集，為提高其在陶瓷、玻璃產業的可用性，從資源綜合利用角度出發，對尾砂進行初步選礦試驗使鉀鈉長石進一步富集，并降低含鐵礦物含量。原礦樣選礦工藝流程尾砂產率如圖4。

圖4 選礦工藝流程尾砂產率

由圖4可知，礦樣選礦工藝中產生的尾砂有以下4種：搗漿沉砂、螺旋分級機返砂、Φ75旋流器底流和Φ50旋流器底流。將4種尾砂按照產率比49.73%∶24.16%∶5.56%∶4.26%均勻混合。為降低待選混合尾砂中的石英含量，對混合尾砂礦過45目標準篩(0.40mm)，篩上物主要是石英砂，可用作建筑工業用砂，篩下總產率為30.05%。對過篩后的尾砂樣進行“脫泥—磁選—浮選”，浮選捕收劑采用十二胺，選礦工藝流程如圖5，選礦前后尾砂的化學分析如表9。

圖5 尾砂選礦流程

表9 尾砂化學成分(%)

由表9可知，過篩后的尾砂經過“脫泥—磁選—浮選”處理后，Fe2O3含量由1.17%降低至0.21%，K2O+Na2O含量由7.03%提高到11.16%。對選礦前后尾砂研磨后壓片，1280℃煅燒，選礦前尾砂燒成白度(R457)為26.5%，選礦后尾砂燒成白度為61.5%。由此可知，篩下尾砂經過“脫泥—磁選—浮選”處理后，有效地提高了其作為長石原料應用于陶瓷和玻璃行業的品質。

3 結論

對洋子湖礦山中深層弱風化高嶺土礦進行選礦試驗，提高了該礦山該類型高嶺土礦的品質，并從資源綜合利用角度，找到了該資源類型的較優選礦工藝和產品方向。得到如下結論：

(1)原礦樣經“粗選—一級精選—二級精選”流程后的精礦的產率為16.29%，化學成分(%)為：SiO249.76、Al2O332.56、Fe2O32.04、TiO20.057、SO30.016，尚達不到陶瓷工業用高嶺土TC-3級國家標準[1]；除砂試驗的精礦經“磁棒—高梯度磁選—漂白”后，自然白度從原來的42.62%提高至60.88%，提高了18.16%，煅燒白度從原來的51.33%提高至77.38%，提高了26.05%，產物中的鐵含量從2.04%降低至1.01%，除鐵率為50.5%，可滿足陶瓷工業用高嶺土TC-2級國家標準[1]。

(2)尾砂選礦試驗，明確了尾砂礦中粒級在0.40mm以上部分的尾砂用作建筑工業用砂。0.40mm以下部分的尾砂通過“脫泥—磁選—浮選”，Fe2O3含量由1.17%降低至0.21%，K2O+Na2O含量由7.03%提高到11.16%，煅燒白度由26.5%提高至61.5%，可作為長石原料應用于陶瓷和玻璃工業。

GB/T 14563-2008高嶺土及其試驗方法國家標準[S].北京:中國標準出版社,2008.