安徽鐵尾礦浮選回收云母試驗研究

李俊旺，田明君，呼振峰，張云海，趙發睿，谷 超，靳 浩

(1.礦冶科技集團有限公司，北京 102628；2.礦物加工科學與技術國家重點實驗室，北京 102628；3.自然資源部高原荒漠區戰略性礦產勘查開發技術創新中心，青海 西寧 810000；4.青海省地質調查局，青海 西寧 810000)

云母屬于層狀鋁硅酸鹽礦物，是一種重要的非金屬礦產資源[1-2]。由于具有優良的絕緣性能，物理化學性質穩定，抗壓能力強，耐強酸強堿，云母在現代工業生產中被廣泛應用于電子絕緣、陶瓷、造紙、建材等行業。云母礦產資源分布廣泛，在錫尾礦[3]、金尾礦[4-5]、鐵尾礦[6-8]等礦山尾礦中大量存在，但通常作為脈石礦物隨尾礦排放，這不僅增加了尾礦排放量，影響尾礦庫的安全性能，而且造成了云母資源的浪費。選礦是進行云母除雜提純、實現高值化利用的重要方法，通常包括手選、形狀選礦、摩擦選礦、浮選和風選等。目前，鐵尾礦中云母的回收通常采用浮選工藝，常用的浮選一般在酸性介質中使用陽離子捕收劑，或者在堿性介質中使用陰離子捕收劑、陽離子捕收劑。礦泥不僅消耗大量浮選藥劑，而且干擾藥劑的選擇性會惡化分選過程，因此當礦泥含量較高時，通常采用預先脫泥再浮選的方法。浮選作為應用最廣泛的一種選礦方法，在細粒級云母選礦中占有非常重要的地位。因此，針對尾礦中云母資源的礦物學特性，開發高效浮選回收工藝和新型浮選劑，對于實現有價資源的綜合利用具有重要的意義。

安徽某選鐵尾礦中云母含量較高，具有一定的綜合回收價值。本文在礦物學研究的基礎上，采用浮選工藝，重點研究了磨礦細度、捕收劑種類、礦漿pH值、調整劑種類等因素對云母浮選的影響，為充分利用該尾礦資源奠定了技術基礎。

1 礦樣性質

1.1 化學成分分析

礦樣取自安徽某鐵礦磁選的尾礦，其主要化學成分見表1。由表1可知，礦樣為高硅型鐵尾礦，SiO2含量達75.99%、Fe元素含量為6.20%、K2O含量為1.21%，是云母礦物的標志性元素；Al2O3含量為5.29%，說明礦樣中含有少量黏土礦物；CaO和MgO的含量分別為1.90%和3.15%，其他元素含量較低。

1.2 主要礦物組成

礦樣X射線衍射(XRD)分析結果如圖1所示。由圖1可知，礦樣中主要礦物為石英、白云母、赤鐵礦、白云石等。采用鏡下鑒定、X射線衍射分析、掃描電鏡分析和MLA測定等多種方法考察了礦樣中的礦物組成情況，查明礦樣中云母主要為白云母和少量黑云母。金屬礦物主要為赤(鏡)鐵礦，偶見黃鐵礦、褐鐵礦、閃鋅礦、磁鐵礦、黃銅礦及金紅石等。非金屬礦物主要為石英，少量白云石、綠泥石、滑石、角閃石、方解石、夕線石(藍晶石)，微量透輝石、堇青石、鉀長石、斜長石、蛇紋石等。

表1 礦樣主要化學成分及含量Table 1 Main chemical composition of sample ore

Q-石英；Ms-白云母；Hem-赤鐵礦；Dol-白云石圖1 礦樣X射線衍射分析圖譜Fig.1 XRD pattern of sample ore

1.3 礦樣粒度篩析

礦樣的粒度及粒級分布是試驗研究中重要的物理參數，需詳細考察和確定。礦樣粒度篩析結果見表2。由表2結果可知：礦樣中+0.25 mm粒級含量為6.25%，-0.038 mm粒級含量為12.01%，粗粒級和細粒級含量較少。礦樣中粗粒級產品K2O的含量較高，隨著粒度的減小，K2O的含量逐漸降低。其中，+0.25 mm粒級產品中K2O的含量達到2.87%，-0.038 mm粒級中K2O的含量僅為0.64%。礦樣中的K2O主要分布在中等粒級產品中，其中，-0.150+0.074 mm粒級中K2O的分布率最高，達到41.32%。其次為-0.25+0.15 mm粒級，K2O的分布率為23.67%。

表2 礦樣粒度篩析結果Table 2 Screening results of sample ore

1.4 云母嵌布特征

礦樣中云母的粒度分布統計結果表明，云母粒度主要分布在-0.074+0.043 mm粒級，分布率達到26.84%。其次為-0.043+0.020 mm粒級和-0.104+0.074 mm粒級，分布率分別為20.72%和17.87%。 由此可見，云母在粒級0.104+0.020 mm粒級的分布率達到65.43%，表明礦樣中云母以中細粒嵌布為主。

礦樣中云母以白云母為主，少量黑云母。白云母是選礦回收的主要目的礦物，主要以單體形式存在(圖2(a))，少量為連生體。連生體中白云母主要與石英、綠泥石連生(圖2(b))，少量白云母與黑云母毗鄰連生(圖2(c))。微量與長石交織連生，與鏡鐵礦包裹或毗鄰連生(圖2(d))，偶見與白云石、夕線石等連生。

圖2 白云母嵌布特征Fig.2 Muscovite disseminated characteristics

1.5 選礦工藝難點分析

礦樣中云母是主要的含鉀礦物，選礦產品的K2O含量可直觀反映云母的分選情況，因此通過測試K2O的含量分析選礦試驗指標。礦物學研究表明，礦樣中云母以白云母為主，少量為黑云母。云母嵌布粒度以中細粒為主，在-0.104+0.020 mm粒級的分布率達到65.43%。影響云母回收的主要礦物學因素是礦樣中綠泥石等黏土類硅酸鹽礦物含量較高，在浮選云母過程中易隨云母進入精礦，從而影響云母精礦品質。因此，如何解決礦樣中易浮脈石對云母浮選回收的影響，實現云母礦物的選擇性浮選回收，是該尾礦云母選礦技術研究的難點。

1.6 試驗設備及藥劑

每次試驗稱取礦樣500 g，采用武漢探礦廠生產的XMQ-240×90錐形球磨機進行濕式磨礦，浮選試驗是在吉林探礦廠生產的XFD系列單槽和XFG系列掛槽浮選機上進行的。浮選藥劑中氫氧化鈉為分析純，油酸、石油磺酸鈉、BK421D、十二胺、混合胺、水玻璃、六偏磷酸鈉、羧甲基纖維素鈉(CMC)均為工業品。除油酸采用原液添加外，其他藥劑均配成一定濃度的溶液添加，試驗用水為自來水。

2 試驗結果及分析

細粒云母的主要選礦加工方法是泡沫浮選法，根據捕收劑的不同分為酸性陽離子浮選法和堿性陰離子、陽離子浮選法兩種。根據試驗礦樣的特性，采用堿性介質浮選的選礦工藝，重點考察了磨礦細度、捕收劑種類、礦漿pH值、調整劑種類以及浮選濃度等因素對云母浮選指標的影響。

2.1 磨礦細度試驗

礦樣呈細粒狀，在氫氧化鈉用量為200 g/t、水玻璃用量為500 g/t、陰離子捕收劑油酸和陽離子捕收劑十二胺的用量分別為300 g/t和150 g/t的條件下，考察了磨礦細度對云母浮選的影響。磨礦細度試驗流程如圖3所示，試驗結果如圖4所示。

圖3 磨礦細度試驗流程Fig.3 Flowsheet of grinding fineness test

圖4 磨礦細度試驗結果Fig.4 Results of grinding fineness test

由圖3和圖4結果可知，隨著磨礦細度的提高，云母粗精礦中K2O的回收率略有升高，但K2O的含量呈現下降的趨勢，可能與粒度過細導致脈石礦物的上浮有關。 在不磨礦的條件下(-0.074 mm占35%)，對云母集合體的解離度進行了測量統計，結果見表3。由表3可知，尾礦中云母集合體的單體解離度為75.57%，單體和≥1/2富連生體占比88.62%，另有少量云母集合體被包裹于脈石中，占比為1.03%。綜合考慮選礦技術指標、云母解離特征以及生產成本等因素，確定不進行磨礦，在原始細度-0.074 mm占35%的條件下，鐵尾礦調漿攪拌后直接進行云母浮選回收。

表3 云母集合體的解離度特征Table 3 Dissociation characteristics of mica aggregates

2.2 捕收劑種類試驗

捕收劑是云母浮選的重要影響因素，在氫氧化鈉用量為200 g/t、水玻璃用量為500 g/t的條件下，礦樣調漿攪拌后直接浮選，考察了幾種不同陰離子(用量300 g/t)和陽離子(用量150 g/t)捕收劑組合對云母浮選的影響，試驗結果如圖5所示。由圖5結果可知，當采用石油磺酸鈉和十二胺分別作陰離子-陽離子捕收劑時，云母粗精礦中K2O的含量和回收率較低，浮選效果不理想。采用BK421D和混合胺作捕收劑時，云母粗精礦中K2O的含量和回收率較好，優于油酸和十二胺、油酸和混合胺的浮選指標。BK421D是礦冶科技集團研發的一種新型陰離子捕收劑，具有耐低溫、分散性好等優勢。因此，選擇BK421D和混合胺分別作陰離子-陽離子捕收劑進行云母浮選試驗。

2.3 礦漿pH值試驗

礦漿pH值是云母浮選過程的關鍵影響因素之一，適宜的pH值對于改善礦物的可浮性，提高藥劑與礦物之間相互作用的選擇性具有重要的作用。 采用氫氧化鈉調整礦漿pH值，在水玻璃用量為500 g/t、BK421D和混合胺用量分別為300 g/t和150 g/t的條件下，考察了pH值對云母浮選的影響，試驗結果如圖6所示。 由圖6結果可知，隨著礦漿pH值的升高，云母粗精礦中K2O的含量呈現先升高后降低的趨勢，K2O的回收率逐漸降低。在氫氧化鈉用量為500 g/t、pH值=10.9的條件下，云母粗精礦中K2O的含量和回收率較高。因此，確定氫氧化鈉用量為500 g/t，此時云母浮選的礦漿pH值=10.9。

圖5 捕收劑種類試驗結果Fig.5 Results of collector type test

圖6 礦漿pH值試驗結果Fig.6 Results of pulp pH test

2.4 調整劑種類試驗

礦樣中綠泥石等硅酸鹽礦物的含量較高，在浮選過程中易進行云母精礦，對產品質量造成影響。調整劑在抑制脈石礦物上浮、提高云母精礦質量方面具有重要的作用。在氫氧化鈉用量為500 g/t、BK421D和混合胺用量分別為300 g/t和150 g/t的條件下，考察了水玻璃(250 g/t)、BK500(100 g/t)、CMC(100 g/t)和六偏磷酸鈉(100 g/t)幾種調整劑對云母浮選的影響，試驗結果如圖7所示。由圖7結果表明，當采用水玻璃作調整劑時，云母粗精礦中K2O的含量較低，抑制效果不理想。采用BK500作調整劑時，云母粗精礦中K2O的含量和回收率較好，優于CMC和六偏磷酸鈉的浮選指標。因此，選擇BK500作調整劑進行云母浮選試驗。

2.5 浮選濃度試驗

在氫氧化鈉用量為500 g/t、調整劑BK500用量為100 g/t、BK421D和混合胺的用量分別為300 g/t和150 g/t的條件下，考察了浮選濃度對云母浮選指標的影響，試驗結果如圖8所示。由圖8結果可知，隨著浮選濃度的增加，云母粗精礦中K2O的回收率呈現先升高后下降的趨勢，粗精礦中K2O的含量緩慢降低。綜合考慮含量和回收率指標，推薦浮選濃度控制在20%～25%之間。

2.6 閉路流程試驗

在條件試驗和開路試驗的基礎上，按圖9所示的流程進行了閉路試驗，試驗結果見表4。由表4可知，在堿性礦漿環境下，不磨礦直接浮選，采用BK500新型調整劑，BK421D和混合胺分別作陰離子和陽離子捕收劑，通過“一粗一掃四精，中礦順序返回”的浮選工藝流程，獲得了產率為9.77%、K2O含量為7.89%、回收率為64.41%的云母精礦，取得了較好的指標，為該鐵尾礦二次資源利用提供了良好的技術支持。

圖7 調整劑種類試驗結果Fig.7 Results of regulator type test

圖8 浮選濃度試驗結果Fig.8 Results of pulp concentration test

表4 閉路試驗結果Table 4 Results of locked-cycle test

選礦產品鏡下檢查表明，云母精礦(圖10(a))中大部分礦物為白云母，少量黑云母。其中，白云母絕大部分為單體，少量與石英、綠泥石、赤鐵礦等連生，白云母粒度分布不均，大部分分布在0.050～0.200 mm之間；黑云母大部分以單體形式存在，少量與白云母、綠泥石、石英等連生，粒度主要分布在0.040～0.120 mm之間。損失到尾礦中的云母大部分以連生體形式出現，少量為單體，其中，白云母主要與石英連生(圖10(b))，少量與綠泥石、鉀長石、黑云母等連生；黑云母主要與綠泥石連生，少量與石英、白云母連生。

為了考察云母精礦產品中主要元素的組成情況，對閉路試驗的最終精礦產品進行了化學分析，結果見表5。由表5可知，云母精礦中K2O、SiO2和Al2O3的含量分別為7.89%、48.96%和35.37%，說明云母礦物得到了較好的富集回收。相對于鐵尾礦而言，云母精礦的Fe、Mg的含量均明顯降低，說明脈石礦物在浮選過程得到了較好的抑制。參照碎云母級別要求，該精礦產品達到Ⅲ類級別，可用于磨制云母粉，應用于陶瓷、橡膠、塑料和涂料等行業。

圖9 閉路試驗流程Fig.9 Flowsheet of locked-cycle test

圖10 選礦產品鏡下檢查Fig.10 Microscope inspection of mineral processing products

表5 精礦化學分析結果Table 5 Chemical analysis results of final concentrate

3 結 論

1) 鐵尾礦中K2O的含量為1.21%，脈石組分主要為SiO2，含量為75.99%，屬高硅型鐵尾礦。礦樣中非金屬礦物主要為石英、云母，少量白云石、綠泥石等。金屬礦物主要為殘余的赤(鏡)鐵礦，偶見黃鐵礦、褐鐵礦等。其中，云母主要為白云母，少量黑云母。

2) 根據礦物學研究表明，云母集合體粒度主要為中細粒，其中+0.074 mm粒級云母占比為47.84%，-0.020 mm粒級云母占比為4.60%。 解離度特性研究表明，云母單體解離度為75.57%，單體和≥1/2富連生體占比為88.62%，解離情況較好。

3) 浮選流程優化試驗結果表明，在堿性礦漿環境下，不磨礦直接浮選，采用BK500新型調整劑，BK421D和混合胺分別作陰離子和陽離子捕收劑，通過“一粗一掃四精，中礦順序返回”的浮選工藝流程，實驗室閉路試驗獲得了產率為9.77%，K2O含量為7.89%、回收率為64.41%的云母精礦。