山東沂水汞丹山地區絹云母石英片巖浮選試驗研究

韓京增,高樹學,孟 燕,張耀華,李 旭

(中國建筑材料工業地質勘查中心山東總隊，山東 濟南 250100)

絹云母性能獨特、經濟價值高，廣泛用于加工云母紙，制造塑料、化妝品等具有反射光和熱能、絕緣、耐熱等性能的填料，以及防污、耐腐蝕、防輻射和航空器控熱涂料等領域[1-5]。沂水汞丹山地區絹云母石英片巖分布范圍廣，礦石質量好，以往把原巖作為陶瓷及平板玻璃原料等進行評價和應用，未針對絹云母礦開展過評價工作，且DZ/T 0326-2018《石墨、碎云母礦產地質勘查規范》中的對浮選試驗的要求不具體，未明確具體的浮選藥劑制度及相關參數等。

云母浮選工藝雖相對成熟，但不同云母礦床礦石性質差異顯著，浮選工藝與藥劑制度仍需深入探討[6]。本文在深入研究沂水汞丹山地區絹云母的浮選藥劑制度和技術參數的基礎上，確定了精礦中的云母含量和回收率等選別指標，以及長石礦物在各選礦產品中的分布，有助于提高該礦區絹云母石英片巖的礦產資源利用率和礦產品附加值，對絹云母浮選工藝的優化改進亦具有重要意義。

1 樣品特征

1.1 野外特征

該絹云母石英片巖礦體成因為動力變質型，位于峨山口韌性剪切帶中，呈似層狀產出，賦存于絹云母石英片巖內。礦體出露形態呈不規則長條狀。礦石新鮮面呈白色、灰白色，鱗片粒狀變晶結構，片狀構造。礦石中絹云母與石英礦物易于分離，石英顆粒粒度越細，礦石中白云母含量越高。

1.2 工藝礦物學研究

根據礦石工藝礦物學研究結果，該礦區礦石的主要礦物成分為石英，其次為絹云母、斜長石，零星可見磷灰石。鏡下鑒定情況見圖1。

圖1 礦石顯微鏡下照片

石英：含量40%～50%，無色，為半自形—他形粒狀，一級黃白干涉色，表面光潔，有波狀消光現象，多聚集呈條帶狀分布，定向排列明顯，沿顆粒長軸方向定向聚集排列，粒徑0.1～3.8mm。

絹云母：含量15%～30%，無色，鱗片狀，{001}極完全解理，平行消光，干涉色十分鮮艷，絲絹光澤，聚集分布，呈條帶狀近于平行展布于石英條帶之間或局部發生顯微彎曲變形而圍繞石英碎斑周圍連續定向分布，粒徑0.1～1.2mm。

微斜長石：含量10%～20%，無色，他形粒狀，分布在石英條帶之間，負低突起，局部隱約可見細密的聚片雙晶，干涉色一級灰白，格子雙晶發育，粗大的呈透鏡狀，細小的長英質與絹云母一起分布于透鏡狀碎斑周圍，粒徑0.2～4.0mm。

斜長石：含量＜5%，無色，他形粒狀，一級灰白干涉色，局部隱約可見細密的聚片雙晶，細小的長英質集合體圍繞在石英顆粒周邊，粒徑0.2～1.0mm。

磷灰石：微量，零星可見，無色，柱、粒狀，正中突起，干涉色一級灰，以包裹體形式存在，粒徑0.05～0.15mm。

1.3 化學成分

試樣主要化學成分分析結果見表1。

表1 試樣主要化學成分分析結果 (單位：%)

2 試驗方法及過程

2.1 樣品采集與加工

該礦區自西向東有絹云母石英片巖礦帶3處，本次試驗樣品取自勘查線施工槽探及鉆孔樣品，探槽工程采用刻槽法取樣，鉆孔采用半心法取樣。試樣經粗碎、中碎、細碎及篩分等工序，加工至粒度為-1mm備用，在充分混勻后采用四分法對分。

2.2 試驗方法

浮選法是提高云母品位和質量的普遍和重要方法。通常小于4mm細碎云母常采用浮選工藝[7]，且脫泥可降低細泥對云母浮選的干擾[8-9]。該礦石脈石礦物與有用礦物嵌布關系相對簡單，本次試驗采用油酸鈉和十二胺作為捕收劑，FC型和FN型抑制劑作為石英的抑制劑，以硫酸作為pH值調整劑，通過浮選粒度、捕收劑選擇、抑制劑選擇、礦漿濃度、脫泥及掃選試驗等條件試驗，確定浮選藥劑制度及相關工藝參數，再進行流程試驗確定浮選指標。

2.3 云母精礦質量表征

云母精礦質量表征主要采用化學分析和顯微鏡分析相結合的方法[3]。化學分析主要分析樣品中SiO2、Fe2O3、Al2O3、K2O、Na2O的含量，顯微鏡分析采用高清顯微鏡線測法，通過統計鏡下顆粒中非云母礦物含量來測定云母含量。

絹云母的含量一般以K2O和Fe2O3的含量表示，K2O的含量越大，Fe2O3的含量越低，絹云母的品質越高[10]。絹云母化學成分中K2O+Na2O含量一般在9%～11%，Na2O含量遠小于K2O。因此，在浮選試驗過程中，可采用化學分析浮選產品中的K2O含量判定云母含量的高低和選別效果的優劣。

3 試驗結果

3.1 pH值調整劑用量

礦漿pH值是云母浮選時的重要影響因素，云母和長石、石英分離pH值范圍較窄，pH值過低云母回收率低，pH值過高會導致易浮長石進入云母泡沫而降低云母純度(圖2)[11]。

由圖2可知，隨著pH值調整劑用量的不斷增加，K2O含量和回收率不斷升高，當其用量由4 500g/t增加至5 000g/t時，K2O含量和回收率的提高不明顯。因此確定pH值調整劑用量為4 500g/t，此時礦漿pH值在2.5左右。

圖2 pH值調整劑用量試驗

3.2 捕收劑選擇及用量

捕收劑種類選擇是云母浮選成功的關鍵因素，胺類捕收劑是云母浮選常用的浮選藥劑[12-15]。捕收劑種類選擇試驗時，同時考察組合藥劑的試驗效果。單一捕收劑十二胺、單一捕收劑油酸鈉以及二者組合藥劑的對比試驗結果見圖3。

圖3 捕收劑種類選擇試驗結果

以油酸鈉作為單一捕收劑時，浮選起泡效果差，難以得到較好的浮選效果。以單一的十二胺作為捕收劑與以十二胺和油酸鈉組合作為捕收劑相比，云母產率和回收率高。隨著捕收劑用量的增加，云母精礦K2O含量逐漸降低，但回收率逐漸升高(圖4)。綜合考慮K2O含量和回收率，確定捕收劑為十二胺，用量為250g/t。

圖4 捕收劑用量試驗結果

3.3 抑制劑選擇及用量

本次研究選用FC和FN兩種抑制劑進行對比選擇試驗結果見表2，確定抑制劑種類后的抑制劑用量試驗結果見圖5。

圖5 抑制劑用量試驗結果

表2 抑制劑選擇試驗結果 (單位：%)

由表2可知，FC抑制劑能夠相對較好地抑制石英上浮，同時提高云母的產率、品位和回收率。因此確定抑制劑為FC抑制劑。

由圖5可知，隨著抑制劑用量的增加，云母精礦K2O含量逐漸升高，回收率總體也呈上升趨勢。當抑制劑用量達到500g/t后，云母精礦K2O含量略有上升，但回收率基本不再提高，因此確定FC抑制劑用量為500g/t。

3.4 浮選粒度

石英與云母礦物表面性質有相似之處，在pH值調整劑、捕收劑、抑制劑條件試驗過程中，采用的浮選粒度為-0.1mm，脈石礦物比表面積急劇增加致使礦物間可浮性差異降低難以分離[16-17]，且因粒度過細及泡沫結構等原因導致浮選過程中石英夾帶嚴重[18]、云母精礦品位不高，K2O含量不足7%。因此，浮選粒度試驗時，考慮云母與石英的嵌布特點、礦物的單體解離程度，并盡可能保留云母的片徑，

同時提高浮選粒度。浮選粒度試驗結果見圖6。

由圖6可知，隨著浮選粒度的增大，云母精礦品位升高趨勢明顯。但在浮選粒度為-0.6mm時，由于礦物單體解離偏低，入浮粒度過大，云母精礦的產率和回收率呈降低趨勢。因此確定浮選粒度為-0.5mm。

圖6 浮選粒度試驗結果

3.5 礦漿濃度

礦漿濃度試驗結果見圖7。由圖7可知，隨著礦漿濃度的增大，云母精礦產率提高，品位明顯降低。礦漿濃度為25%時，云母精礦產率偏低。礦漿濃度為35%時，浮選試驗過程中沉槽情況嚴重，影響浮選效果。因此確定礦漿濃度為30%較為適宜。

圖7 礦漿濃度用量試驗結果

3.6 脫泥—浮選試驗

為研究條件試驗確定的浮選藥劑制度對礦體表層風化礦及深部原生礦的適用性，進行脫泥—浮選試驗，脫泥采用機械分級工藝。脫泥—浮選效果見表3。

表3 脫泥—浮選試驗結果 (單位：%)

由表3對比試驗結果可知，脫除礦泥粒度減小，脫除礦泥量降低，浮選時的云母精礦產率升高，K2O含量降低0.36%，但回收率增加不明顯，僅為0.1%。因此脫除礦泥粒度為0.044mm較為適宜。

預先脫泥對浮選效果有較為明顯的提高，條件試驗確定的藥劑制度在含泥量較高的礦石進行預先脫泥后的浮選中亦可同樣適用。

3.7 掃選及再磨再選

為進一步提高云母精礦的回收率，進行粗選尾礦掃選和再磨再選試驗，藥劑制度為pH值2.5，十二胺用量125g/t，抑制劑用量為250g/t。根據條件試驗確定的浮選粒度，結合石英與絹云母的礦物粒度，浮選尾礦再磨再選試驗時，粒度控制在-0.4mm。掃選和再磨再選試驗結果見表4。

結合表4及條件試驗結果，掃選試驗獲得的云母精礦K2O含量及回收率低于再磨再選的指標，且尾礦K2O含量基本不再降低。因此，再磨再選可更好地提高云母精礦的回收率。

表4 掃選及再磨再選試驗結果 (單位：%)

3.8 流程試驗及產品分析

流程試驗流程見圖8，試驗結果見表5，云母精礦及石英尾砂的主要化學成分分析結果見表6。

圖8 流程試驗流程圖

表5 預先脫泥—粗浮選—再磨再選流程試驗結果(單位：%)

表6 云母精礦及石英尾砂主要化學成分(單位：%)

為確定絹云母浮選的回收指標，準確判斷浮選分離指標優劣，對流程試驗獲得的礦泥、云母精礦和石英尾砂進行礦物成分鑒定，確定其中的長石和絹云母含量，以及長石礦物在各浮選產品中的分布。采用預先脫泥—粗浮選—再磨再選流程，可獲得云母精礦產率24.07%，K2O含量9.52%，鉀回收率59.83%的選別指標。云母精礦中的絹云母含量為93.10%，回收率為97.05%。原礦中的長石礦物，1.20%富集于云母精礦、2.76%富集于石英尾砂，96.04%富集于礦泥。

4 結論

本研究針對該礦區絹云母石英片巖深入開展了的絹云母浮選試驗，通過浮選條件試驗、脫泥試驗、再磨再選試驗及流程試驗等確定了適合該礦區絹云母的浮選藥劑制度、技術參數、選別指標，以及長石礦物在各選礦產品中的分布情況。

(1)預先脫泥能夠消除粒度過細及泡沫結構等原因導致的浮選過程中石英夾帶，對浮選效果有較為明顯的提高。采用預先脫泥—粗浮選—再磨再選流程，在粗選藥劑制度及工藝參數為礦漿濃度30%、浮選粒度-0.5mm、pH值調整劑用量為4 500g/t、FC抑制劑用量500g/t、捕收劑十二胺用量250g/t的條件下，可獲得云母精礦產率24.07%、K2O含量9.52%、鉀回收率59.83%，以及精礦中絹云母含量93.10%、回收率97.05%的選別指標。原礦中的長石礦物，1.20%富集于云母精礦、2.76%富集于石英尾砂，96.04%富集于礦泥。

(2)pH值是影響該礦區絹云母浮選指標的關鍵因素之一。該礦區絹云母不適宜pH值≥3的浮選環境。當pH值調整劑用量＜4 500g/t時，絹云母表面清洗效果不佳致使捕收劑在絹云母表面吸附量不足，同時石英與礦泥又難以得到有效抑制而上浮進入云母精礦，導致云母精礦品質降低。

(3)在酸性環境下，油酸鈉不適合作為該礦區絹云母石英片巖的浮選捕收劑。無論以油酸鈉作為單一捕收劑還是組合捕收劑，均難以得到較好的浮選效果。

(4)FC型抑制劑能夠相對較好地抑制石英上浮，并提高云母精礦的產率、品位和回收率。這表明在十二胺浮選體系中，強酸性環境下，高價態的金屬陽離子對石英的抑制效果明顯優于硫化物類FN型抑制劑。