ZQS-X-1000型周期式磁選機在福建某高嶺土礦的應用研究

鐘森林，梁燾茂，陳 龍，張超達，王豐雨，蔡紹波

1.廣東省科學院資源綜合利用研究所，廣東省礦產資源綜合開發利用重點實驗室，廣東 廣州510650；2.廣州粵有研礦物資源科技有限公司，廣東 廣州510650

高嶺土廣泛應用于陶瓷工業、造紙涂料、橡膠、塑料、電纜、耐火材料和石化、醫藥、輕工，以及農業等行業中[1]．隨著人們生活水平的提高，對日用陶瓷、建筑衛生陶瓷產品的質量要求越來越高，極大的刺激了對優質高嶺土陶瓷原料的需求．而天然高嶺土常含有鐵、鈦等致色元素，降低了其白度，限制了其應用．為保證產品質量，通常需要對高嶺土原料進行選礦提純加工，除去鐵和鈦等致色元素以提高白度．高嶺土的選礦提純方法有重選法(除砂)、磁選法、浮選法、生物法和化學漂白法[2]，工業上一般采用強(高梯度)磁選和化學漂白方法除去鐵、鈦等染色元素．化學漂白工藝生產成本較高，操作復雜，而且殘留化學藥劑對產品質量有較大的影響，同時需要對漂白后的洗滌廢水進行處理，容易對環境造成一定的污染[3]．磁選方法具有自動化程度高、無污染、勞動強度低等優點，但當前磁選設備分選高嶺土時存在處理量小、介質堵塞、除鐵效率低下等問題，亟待改進．

福建某地具有豐富的砂質高嶺土資源，廣泛應用于陶瓷制品．某高嶺土加工廠對原礦進行破碎、搗漿、分級、除砂后，獲得-0.043 mm粒級含Fe2O3為0.55%、燒成白度為75.2的高嶺土原料．為提高產品品質，獲得更高經濟效益，生產含Fe2O3為0.3%以下的優質陶瓷原料，開發了適用于高嶺土選別的ZQS-X型周期式磁選機．工業試驗取得了良好的生產指標，使用ZQS-X型周期式磁選機對該高嶺土礦磁選一次，獲得了含Fe2O3為0.29%、燒成白度為88.7的優質陶瓷原料．

1 礦樣制備及性質

高嶺土原料制備流程如圖1所示．首先原礦用高壓水槍破碎，再經條篩隔去大塊的粗粒級礦石，然后進入搗漿機制漿，依次經過圓筒篩和螺旋分級機除去粗砂，分級機溢流經旋流器和振動篩除去細砂，篩下物即是高嶺土原料．

圖1 高嶺土原料制備流程圖Fig.1 Processing flow sheet of kaolin raw ore

高嶺土原料多元素分析結果列于表1．由表1可知，試樣含Al2O3為34.81%，燒白度為75.2，含致色元素Fe2O3及TiO2分別為0.55%和0.02%．

表1 試樣多元素分析結果Table 1 Analysis result of multi-element

圖2為原料X射線衍射圖譜．從圖2可見，試樣的主要礦物成分為石英、高嶺石及云母、伊利石和三水鋁石等．

圖2 高嶺土原料XRD圖譜Fig.2 XRD image of kaolin raw ore

2 ZQS-X磁選機和試驗方案

2.1 ZQS-X磁選機的結構、特點及工作原理

ZQS-X磁選機為新型周期式強磁選機，主要運用于細粒及微細粒非金屬礦的除雜，由廣州粵有研礦物資源科技有限公司研制生產，是一種高效的磁選設備，目前已系列化生產應用[4]．該設備激磁線圈采用紫銅繞制而成，鐵鎧磁系包裹線圈，合理的磁系設計極大的減少了漏磁，在上下磁系間形成場強高且分布均勻的選別腔,該機最大磁場強度可達1.5 T．

圖3為新型ZQS-X磁選機的示意圖，該設備主要由磁系、激磁線圈、磁介質、電控柜及各管路組成．礦漿經泵或高位礦箱給入磁選機進漿管，再進入磁選機選別腔，礦漿里的磁性礦物被磁選機分選腔里的磁介質吸附，非磁性礦物隨礦漿從磁選機上部精礦管排至產品池．當磁介質吸附飽和時磁選機停止給礦，留在分選腔里的礦漿可通過回漿(洗礦)管進行回漿或洗漿，采取回漿方式時礦漿則進入給礦池，采用洗漿方式時礦漿則連接洗漿水排至產品池，同時入選礦漿從回流管回至給礦池．磁選機卸礦時，采用高壓水及高壓空氣對吸附在磁介質上的磁性物進行上、下沖洗，并經上、下沖排鐵管排出磁選物，然后進入下一個選別周期，整個過程由PLC自動控制．

圖3 ZQS-X磁選機設備示意圖Fig.3 Diagram of ZQS-X magnetic separator

ZQS-X磁選機主要特點：磁系為多邊形，采用紫銅材質的銅管作為激磁線圈，保證了分選區磁場強度高，分布均勻；電源控制柜高效、安全、可靠，保證了設備性能及運作的穩定，進而確保指標的長期穩定；采用鋼網和鋼毛相結合的組合磁介質，既保證了對磁性物的吸附，同時又降低了高嶺土的夾帶損失量；卸礦時結合高壓水和高壓空氣，并采用上沖和下沖交替的合理沖洗工藝流程，達到了快速、高效的卸礦效果，保證了磁介質不堵塞，提高了設備生產率和穩定生產指標，同時減少沖洗水用量進而減輕后續磁性物脫水作業量．

2.2 試驗方法

由于所制備的高嶺土原料漿的濃度較低，直接進行磁選礦漿量大，會導致處理效率較低，需經濃縮處理，但濃度過濃時高嶺土礦漿黏度增大，流動性下降，高嶺土容易夾帶在磁介質中，既易造成堵塞磁選機，又降低設備生產率及產品回收率．同時，高嶺土中礦物顆粒表面帶有不同電荷，容易相互吸引而絮凝，加入一定量的分散劑使礦物顆粒充分分散，從而降低黏度，有利于提高分選效果[5-6]．

首先將高嶺土原料漿泵送至緩存池濃縮，濃縮至一定濃度后抽至磁選機給礦池中，在添加適量的分散劑進行攪拌，然后經ZQS-X-1000磁選機磁選除鐵，磁選后的非磁性物經濃縮、壓濾、造粒、烘干、打包后為高嶺土產品，磁選機的磁性物經濃縮、壓濾后作為副產品．

3 結果與討論

為降低高嶺土的鐵含量及提高白度，確定ZQS-X-1000最佳生產條件．試驗時磁選機磁場強度參數采用該機最大值進行試驗，即固定磁選機的磁場強度為1.5 T．為確定合適給礦濃度，首先進行給礦濃度條件試驗，然后進行分散劑六偏磷酸鈉添加量的條件試驗研究，最后進行礦漿處理量的試驗．

3.1 給礦濃度條件試驗

在入選礦漿量為25m3/h、六偏磷酸鈉的添加量為0.4%條件下，分別進行了12.5%，15%，17.5%，20%和22.5%的給礦濃度試驗，試驗結果見圖4．由圖4可見：隨著給礦濃度的增加，Fe2O3品位提高而產率下降；當給礦濃度大于17.5%時，產品Fe2O3品位增加，但產品產率降低明顯．這主要原因是高嶺土粒度較細，濃度較大時礦漿黏性也較大，不利于磁選，同時夾帶也較嚴重．

圖4 給礦濃度條件試驗Fig.4 Test of influence of pulp density on the magnetic separation of kaolin

3.2 六偏磷酸鈉用量條件試驗

在給礦濃度17.5%、入選礦漿量25 m3/h條件下，進行了不同六偏磷酸鈉添加量的試驗，添加量分別為0.1%，0.2%，0.3%，0.4%和0.5%，試驗結果見圖5．從圖5可見，隨著給礦中六偏磷酸鈉含量的增加，產品中Fe2O3品位呈降低趨勢，當六偏磷酸鈉添加量大于0.4%時，產品Fe2O3的品位降低不明顯，產品白度也提高不大．

圖5 六偏磷酸鈉用量條件試驗Fig.5 Test of influence of sodium hexametaphosphate dosage on the magnetic separation of kaolin

3.3 入選礦漿量條件試驗

確定給礦濃度17.5%、六偏磷酸鈉添加量0.4%，改變單位時間入選礦漿量，進行了入選礦漿量的條件試驗，其中入選礦漿量分別為10，15，20，25，30和35 m3/h，試驗結果見圖6．

圖6 入選礦漿量的條件試驗Fig.6 Test of influence of pulp feed capacity on the on the magnetic separation of kaolin

從圖6可見，隨著入選礦漿量的增加，產品Fe2O3品位增加，白度下降，尤其當入選礦漿量大于25m3/h時產品Fe2O3含量高于0.3%，但白度顯著降低．因此，要生產Fe2O3含量小于0.3%的高嶺土產品，入選礦漿量不應超過25 m3/h．

3.4 穩定試驗結果

根據條件試驗結果，選定ZQS-X-1000磁選機磁場強度1.5T、礦漿處理量為25m3/h、給礦濃度為17.5%及六偏磷酸鈉添加量為0.4%的條件下，磁選機給礦量為4.8t/h進行穩定生產，生產產品經濃縮后壓濾成成品，穩定生產7周，最終可獲得產率84.15%，Fe2O3品位0.29%、燒成白度為88.7的高嶺土綜合產品．

4 結 語

福建某含Fe2O3為0.55%和燒成白度75.2的砂質高嶺土原料，在ZQS-X-1000磁選機磁場強度1.5 T，給礦量為4.8 t/h，給礦濃度為17.5%，給礦中六偏磷酸鈉含量為0.4%的條件下，高嶺土原料經ZQS-X-1000磁選機一次選別后可取得磁選作業產率84.15%，含Fe2O3品位0.29%，燒成白度為88.7的高嶺土成品．ZQS-X磁選機可有效降低高嶺土原料中的鐵品位，磁選除鐵率達55.63%．連續生產表明，ZQS-X磁選機性能、指標穩定，操作簡單，經濟環保．