衡山鈉長石濕法選礦提純試驗研究

李三華，陳建文，周崇文，張甲寶

（1.湖南環境生物職業技術學院，湖南 衡陽 421005；2.湖南超牌科技有限公司，湖南 長沙 410000）

長石是鉀、鈉、鈣和少量鋇等堿金屬或堿土金屬的硅氧四面體組成的架狀構造的鋁硅酸鹽礦物，其主要化學成分為SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、CaO、BaO等，長石族礦物是地殼上分布最廣泛的造巖礦物，礦床分布廣。一般情況下，在自然界中比較純凈的長石很少存在，即使被稱為鈉長石的礦物中，也可能共生或混入一些鉀長石，一般把鈉長石和鉀長石構成的長石礦物統稱為堿長石。堿長石具有熔點不高、熔融時間長、熔融液粘度高以及高溫下熔化形成的玻璃態物質透明度高的特點，尤其是鈉長石熔融溫度更低。鈉長石作為平板玻璃及各種玻璃制品的原料，可降低玻璃熔化溫度，節約純堿；它又是生產各種陶瓷、搪瓷、電瓷的坯料和釉料的主要原料，特別是在低溫快速燒成陶瓷中有其獨特的優勢。鈉長石溶解粘土礦物的溫度為1 225℃、溶解石英的溫度為1 350℃，而鉀長石則分別為1 250℃和1 450℃，因此鈉長石具有更顯著的助熔作用，可降低燒成溫度，節約燃料消耗。鈉長石熔融后成為玻璃質，可減少陶瓷坯體的氣孔率，降低坯體的吸水率，并能促進莫來石晶體的發育成長，提高坯體的機械強度和穩定性，更有利于低溫燒成陶瓷的坯料瓷化，同時鈉長石瓷胎透明度高。鈉長石又是一種非塑性原料，在坯體中起瘠化作用，減少生坯收縮、變形和開裂，改善干燥性能，縮短干燥時間。

近年來，隨著科學技術的飛速發展，鈉長石市場前景十分廣闊。但隨著平板玻璃、玻璃纖維、建筑陶瓷和日用陶瓷等日益高檔化，對高純低鐵的鈉長石需求量不斷增加，市場缺口較大，受資源限制，高質量、高品質的鈉長石呈供不應求趨勢，絕大多數鈉長石礦石必須經過選礦除鐵精加工后方能滿足工業生產的質量要求。因此，長石的選礦除鐵精加工工藝正在受到行業的高度重視。本試驗的目的就是針對衡山石碑鈉長石的選礦除鐵精加工進行一系列的試驗研究，探索一條既簡便又有經濟價值的工藝技術路線。

1 原礦性質

衡山石碑鈉長石礦是亞洲最大的鈉長石礦，品位為亞洲之最(一級品鈉長石Na2O含量為10%～11.5%)，是亞洲最大的鈉長石生產基地。其礦區面積0.8km2，礦產資源經湖南省417地質勘探隊勘探，評估儲量為鈉長石2 036.28萬t，由礦區取樣分析可知，礦石中主要的化學成分是SiO2、Al2O3和Na2O，少量的CaO和K2O，極少量的MgO、S，Fe2O3含量為0.35%～0.51%，TiO2含量為0.02%～0.095%。礦石中需排除的雜質元素是鐵、鈦、硫。由顯微鏡觀察可知，礦石中鈉長石的粒度為0.1～5mm，石英的粒度為0.04～0.74mm，白云母的粒度為0.02～0.24mm，電氣石的粒度一般為0.011～0.095mm。礦石中有用(目的礦物)礦物是鈉長石，含量較高，含量都在90%以上。約70%的鈉長石表面有高嶺石化現象，20%～30%的鈉長石表面同時具有高嶺石化和絹云母化。該鈉長石礦石中的脈石礦物主要是白云母、石英，少量的電氣石、黃鐵礦、赤鐵礦、金紅石、褐簾石等。

1.1 原礦化學分析

試樣采自衡山石碑鈉長石礦區不同礦點，共6個礦樣，分別進行粗碎、中碎、細碎、混勻，再將6個礦樣等重量配礦、混勻、環割制得選礦試樣，并檢測化學成分，試樣化學成分全分析結果見表1。

表1 試樣化學成分全分析結果(%)

1.2 原礦石中的鐵、鈦賦存形式和來源

Fe元素主要存在于電氣石、黃鐵礦和赤鐵礦中，需要注意的是礦石中普遍含有細粒級黑色電氣石。

Ti元素主要以金紅石的形式存在，顆粒＜0.074mm，以單體或包體形式存在于鈉長石和石英顆粒之間和顆粒內。

2 小試驗原料制備及選礦除鐵工藝試驗

試驗原料選用衡山石碑鈉長石原礦，將礦區的綜合樣品經粗碎、中碎、洗礦、細磨、分級、強磁選、脫水等濕法工藝，試驗樣品的精制設備采用工業化生產設備。具體選礦除鐵精加工工藝流程如圖1所示。

圖1 鈉長石選礦除鐵精加工小試驗工藝流程

通過一系列反復對比試驗，并參考其他非金屬礦除鐵提純的經驗，確定小試驗磨礦濃度在65%～70%時，磨礦效率最高，能耗最低。細度為－0.074mm含量在55%～60%，選礦除鐵效果最佳，選別指標最好。小試驗采用一段閉路磨礦—強磁選—壓濾流程，可獲得產率達到91.2%、Fe2O3＜0.1%的精礦，小試驗流程簡單，選礦指標好。小試驗濕法選礦除鐵的精礦化學全分析結果見表2。

表2 精礦化學成分全分析結果(%)

3 大生產工藝

3.1 大生產工藝流程確定的依據

根據小試驗工藝路線并參考其他非金屬礦除鐵提純的經驗及行業內對產品質量要求確定大生產工藝流程。

3.2 原則工藝流程

原則工藝流程見圖2。

圖2 原則工藝流程

3.3 工藝流程簡述

3.3.1 破碎工藝

本工藝采用“多碎少磨”原理，實行破碎篩分小閉路循環，將原礦經振動給料機給到顎式破碎機進行粗碎，再經標準圓錐破碎機、短頭圓錐破碎機中碎，篩分。+25mm顆粒入標準圓錐破碎機，-25～+10mm顆粒入短頭圓錐破碎機，-10mm顆粒入槽式洗礦機進行洗礦。

3.3.2 洗礦工藝

洗礦是選礦過程中一道重要的工藝，除去礦石中粘土質物料的過程叫洗礦。其實質是用水或機械力擦洗被粘土膠結在一起或含泥多的礦石，使礦石碎散，洗下礦石表面細泥并分離的過程。洗礦在鈉長石的選礦除鐵精加工工藝中是一道重要工序，目的是除去礦石中粘土質物料和部分云母等對后續作業有影響和危害的雜質，更有利于磁選和鈉長石白度的提高，以獲得良好的選別指標。本工序為-10mm顆粒入槽式洗礦機，通過機械強力洗礦，-10mm～+0.2mm的顆粒料入棒磨機，-0.2mm的顆粒料泵送入分級、脫泥。

3.3.3 磨礦工藝

棒磨機磨礦的目的是為了使鈉長石和Fe2O3含量高的礦物單體解離，同時也是為了使鈉長石磨細至磁選效果最佳的粒度。本研究采用棒磨的方法：①可以降低原礦粒度，使原礦單體解離；②棒磨的方法比球磨的方法過粉碎率低，避免了產生大量的超細粉，影響磁選效率及回收率；③棒磨在粗磨條件下的生產能力較球磨高。

+60目～-10mm鈉長石進入棒磨機磨礦，通過多次反復小試驗和大生產模擬試驗確定磨礦濃度為65%～70%，磨礦細度為-0.074mm，含量在55%～60%時除鐵效果最佳，礦泥的產率相對較低，對礦產資源的浪費程度低，合理有效地利用了鈉長石礦。因此磨礦細度控制為-0.074mm，含量在55%～60%。

3.3.4 脫泥、磁選除鐵工藝

通過分級后+60目礦石返回棒磨形成小閉路循環磨礦，-60目礦漿進入脫泥工段，主要是為了除去礦石中的原生礦泥及磨礦等產生的次生礦泥，用以防止大量細泥影響后續磁選作業的選別效果。然后將濃度調至15%～20%的-60目的礦漿首先進入磁場強度為4 000GS的弱磁選機，通過弱磁選機磁選，除去磨礦過程中混入的機械鐵(次生鐵)、強磁性礦物鐵等雜質，再進入磁場強度為11 000GS的高梯度磁選機磁選除鐵，除去弱磁性礦物鐵等雜質后得精礦漿料，Fe2O3含量降低到0.082%以下。

3.3.5 脫水工藝

磁選后的精砂通過濃縮提高礦漿固含量，使礦漿濃度從15%左右提高到45%以上，從而達到提高脫水效率，節約能耗的目的。最后通過壓濾使精砂水分降至約15%。

3.3.6 廢水回收及循環利用工藝

洗礦廢水、脫泥溢流水、磁選廢水等入1號沉淀池澄清后循環利用；濃縮溢流水、壓濾水等流入2號循環水池后循環利用。生產用水100%循環利用，不外排，對環境不產生污染。

4 選別流程試驗

濕法選礦除鐵聯合工藝試驗數質量流程見圖3。

圖3 選礦除鐵聯合工藝試驗數質量流程圖

結果表明：原礦經選礦除鐵聯合工藝精加工后，鈉長石精粉取得比較理想的指標，Fe2O3含量由0.43%下降到0.082%，產率達73.4%，Na2O含量為10.65%。大生產濕法選礦除鐵的精礦化學成分全分析結果見表3。

表3 大生產濕法選礦除鐵的精礦化學成分全分析結果(%)

5 結論

(1) 經過對衡山石碑鈉長石的工藝礦物學研究，進一步查明了該鈉長石礦的物理化學性能與有關特性，為綜合開發利用該礦資源提供了可靠的理論依據，并為精加工的可行性指明了方向。

(2) 利用“多碎少磨”原理，采用預先篩分與圓錐破碎形成回路，提高了生產效率，降低了成本。

(3) 采用棒磨分級不僅可以使鈉長石和高Fe2O3含量礦物解離，并且可以避免過粉碎，造成資源浪費，影響磁選除鐵效率，同時提高了磨礦效率，粒度均勻，有利于磁選作業，采用強磁選機除鐵可以有效降低鈉長石的Fe2O3含量；在-60目條件下采用一段閉路磨礦，棒磨的磨礦效率較球磨高，能耗最低。

(4) 工藝流程簡單。采用破碎預先篩分、棒磨分級兩個獨立的小閉路循環，很大程度上提高了生產效率，節約了生產成本。

(5) 采用全濕法選礦除鐵聯合工藝流程，磨礦濃度控制在65%～70%、磨礦細度控制為-0.074mm含量在55%～60%時，礦漿固含量為15%～20%的漿料最后通過磁場強度為11 000GS以上的高梯度磁選機磁選除鐵可以獲得產率達73.4%以上、Na2O含量為10.65%、Fe2O3含量為0.082%的鈉長石精粉，屬于不多見的高純低鐵的鈉長石精粉。