江西某黏土礦選礦試驗

雷曉龍　解志鋒　丁　利

(贛州金環磁選設備有限公司)

黏土是含沙粒很少、有黏性的土壤，水分不容易從中通過具有較好的可塑性。一般的黏土都由硅酸鹽礦物在地球表面風化后形成，一般在原地風化，顆粒較大而成分接近原來的石塊，稱為原生黏土或是一次黏土。此種黏土的成分主要為氧化硅與氧化鋁，色白而耐火，是配制瓷土的主要原料[1-3]。

目前，國內外黏土礦除鐵工藝主要以磁選工藝為主，而磁選工藝通過除去黏土礦物中的雜質礦，尤其是去除含鈦、鐵氧硫化物，可使黏土最終精礦滿足黏土工業的需求。江西某黏土礦含Fe2O3為0.979%，含TiO2為0.148%，屬于低質黏土礦，為此從黏土選礦工藝流程進行了探索試驗，為該黏土礦確認了SLon強磁機除鐵的選礦工藝流程，并獲得了滿意的試驗指標。

1　試驗部分

1.1　試樣化學組成

礦樣化學成分分析結果見表1。其中原礦中Fe2O3、TiO2主要分布結果見表2。

表1　礦樣化學多元素分析結果　%

由表1可知，黏土礦樣白度為23.10%，Fe2O3含量為0.979%，TiO2含量為0.148%，確定該試樣為低品質的黏土原料。

表2　原礦中Fe2O3、TiO2主要分布結果　%

1.2　礦石的礦物組成和嵌布特性

黏土礦樣的礦物組成成分較復雜，包括高嶺石族、伊利石族、蒙脫石族、蛭石族以及海泡石族等礦物。黏土礦礦物結構除海泡石、坡縷石具鏈層狀結構外，其余均具層狀結構。顆粒極細，一般小于0.01 mm。

通過將原礦磨至-0.20 mm 95%，在顯微鏡下看到黏土礦單體解離較充分，發現黏土礦物結構除海泡石、坡縷石具鏈層狀結構外，其余均具層狀結構(見圖1～圖3)。

圖1　管狀黏土石(見于部分樣品局部，

圖2　片狀黏土石(其內含脈石礦物包裹體)

圖3　黏土石的坡縷石具鏈層狀結構

1.3　試驗設備及檢測儀器

試驗設備及檢測儀器主要有：搖床，SLon-強磁機，泰勒標準篩，XTD-30D攪拌機，電子秤，托盤天平，101-2A電熱鼓風干燥箱，ZGP-φ260多用真空過濾機，KM-SB-30手動液壓打餅機，KM-雙頭快速研磨機，UL15自動電爐，WSB-2白度儀。

2　試驗結果與討論

2.1　磨礦細度條件試驗

磨礦細度影響雜質礦物的單體解離程度，對后續磁選是否有效除雜有較大影響，從而影響非磁性產品的最終指標。在強磁選磁場強度為1 035.03 kA/m的條件下，分別考察了-0.45、-0.30、-0.20、-0.15 mm粒級占有率均為95%的磨礦細度對除鐵效果的影響，試驗結果見圖4。

圖4　磨礦細度對除鐵指標的影響

由圖4可見，隨著磨礦細度的增大，試料的單體解離度隨之增加，除鐵效率隨之提高；考慮到非磁性產品的綜合指標，確定該試料的磨礦細度為-0.20 mm 95%。

2.2　在磁選作業前添加重選除雜條件試驗

在試料磨至-0.20 mm 95%、強磁選磁場強度為1 035.03 kA/m的條件下，考察了在磁選作業前添加搖床重選除雜對黏土礦除鐵的影響，試驗流程見圖5，試驗結果見圖6。

圖5　添加重選作業試驗流程

圖6　脫泥對除鐵指標的影響結果

由圖6可見，通過在磁選作業前添加搖床作業可有效去除部分比重較大的雜質，其含鐵量下降明顯。由此說明，在磁選作業前添加重選作業是必要的。

2.3　搖床作業次數條件試驗

通過在磁選作業前添加重選除雜條件試驗的結果可以看出，增加搖床作業是十分必要的。于此，在試料磨礦至-0.20 mm 95%、強磁選磁場強度為1 035.03 kA/m的條件下，分別考察了在磁選作業前添加搖床1次選、2次選對黏土礦除鐵的影響，試驗結果見圖7。

圖7　搖床作業次數對除鐵指標的影響

由圖7可見，在磁選作業前添加兩次搖床選時，非磁性產品的白度為41.7%，較原礦提升了16.4個百分點，選別效果明顯。因此，搖床作業次數確定為兩段作業選。

2.4　強磁磁場強度條件對除鐵的影響試驗

前段搖床作業選已除去了部分雜質，剩余的磁性較弱的雜質只能通過強磁機進行選別。因此，試驗在試料磨至-0.20 mm 95%，搖床1次選、2次選的條件下，分別考察了強磁機在磁場強度分別為796.18、1 035.03、1 194.27 kA/m的條件下對除鐵效果的影響。試驗流程見圖8，試驗結果見圖9。

圖8　磁場強度條件試驗流程

由圖9可見，隨著磁感應強度的增大，非磁性產品的產率下降，但非磁性產品的含鐵量變化不大。考慮到非磁性產品的綜合指標，確定強磁機的磁感應強度為1 035.03 kA/m。

在強磁機選礦中，磁介質對黏土礦除鐵的影響較為明顯。因此，在強磁磁感應強度為1 035.03 kA/m的條件下，分別考察了磁介質直徑分別為1.0、1.5、2.0 mm時對黏土礦除鐵效果的影響，試驗結果見圖10。

圖9　磁場強度對除鐵指標的影響

圖10　磁介質對除鐵指標的影響

由圖10可見，隨著磁介質直徑的增大，非磁性產品的產率、含鐵量隨之下降。綜合考慮產品指標以及沖洗等方面，確認磁介質最佳直徑為1.5 mm。

2.5　強磁2次除鐵條件試驗

前階段除鐵后非磁性產品含鐵量為0.688%，且白度為41.8%，對于黏土礦品質來說，還尚未達到最佳要求，因此需進行再次強磁除鐵。試驗在試料磨至-0.20 mm 95%，搖床1次選、2次選、強磁一段磁場強度為1 035.03 kA/m的條件下，分別考察了強磁2次選在磁感應強度為796.18、1 035.03、1 194.27 kA/m時對除鐵效果的影響。試驗結果見圖11。

圖11　磁場強度對除鐵指標的影響

由圖11可見，隨著磁場強度的增大，非磁性產品的產率下降，但非磁性產品的含鐵量下降。考慮到非磁性產品的綜合指標，確定強磁機的磁場強度為1194.28 kA/m，最終非磁性產品的產率為65.40%，含鐵量為0.610%，白度為47.4%，選別指標較好。

因為磁介質對黏土礦除鐵的影響較為明顯。因此，在強磁2次除鐵作業磁場強度為1 194.28 kA/m的條件下，分別考察了磁介質直徑分別為1.0、1.5、2.0 mm時對黏土礦除鐵效果的影響。試驗結果見圖12。

圖12　磁介質對除鐵指標的影響

由圖12可見，在強磁2次除雜的過程中，隨著磁介質直徑的加大，非磁性產品的產率、含鐵量隨之下降。綜合考慮產品指標及沖洗等方面，確認磁介質最佳直徑為1.5 mm。

2.6　最終工藝流程和各階段產品綜合指標

通過系列條件試驗，確定試料磨至-0.20 mm 95%，搖床1次選、2次選、強磁一段磁場強度為1 035.03 kA/m(磁介質為φ1.5 mm)、強磁二段磁場強度為1 194.28 kA/m(磁介質為φ1.5 mm)的最終工藝流程。試驗流程見圖13，各階段產品多元素分析結果見表3，最終產品中Fe2O3、TiO2的主要分布結果見表4。

圖13　半工業試驗流程

%

表4　產品中Fe2O3、TiO2主要分布結果　%

由表3可知，通過系列除雜工藝，最終可獲得白度為44.1%，含TiO2為0.081%，含Fe2O3僅為0.622%，綜合產率達66.74%的合格黏土礦產品，選別效果顯著。

3　結　語

(1)江西某黏土礦樣白度為23.10%、含Fe2O3為0.979%、含TiO2為0.148%，通過采用搖床+SLon強磁機選的工藝流程，在磨礦至-0.20 mm 95%的條件下，經過系統試驗最終可獲得白度為44.1%，含TiO2為0.081%，含Fe2O3僅為0.622%，綜合產率達66.74%的合格黏土礦產品。

(2)該選黏土礦工藝為純“重選+磁選”除雜工藝，沒有添加任何選礦藥劑，真正達到了無公害、無污染、高環保的選礦要求。

(3)該試驗的關鍵在于磨礦細度的控制，粒度過粗，礦物單體不解離，非磁性產品白度、含Fe2O3、TiO2量又難以符合要求；粒度太細，產品綜合產率過低；所以，合理控制磨礦細度是試驗的關鍵。因此，通過系統的半工業試驗，得以驗證最終產品指標，從而為礦山經濟效益的提高提供了有利依據。

[1]金慧然，王志輝，張立靜，等.黏土及類黏土液晶材料的研究進展[J].硅酸鹽通報，2017，15(4):1234-1240.

[2]倪可，蔡奕，魏乾坤，等.柴油污染粉質黏土干裂隙的特征[J].非金屬礦，2017，26(5):1335-1343.

[3]王文波，田光燕，王丹丹，等.低品位凹凸棒石黏土水熱合成介孔硅酸鹽吸附劑[J].硅酸鹽通報，2017，15(7):2379-2386.