福建某砂質(zhì)高嶺土高效利用選礦試驗(yàn)研究*

王 前 王兆連 張鵬翔, 張義廷 王茂松

(1 濰坊新力超導(dǎo)磁電科技有限公司 山東 濰坊 261205)

(2 山東華特磁電科技股份有限公司 山東 濰坊 262600)

砂質(zhì)高嶺土質(zhì)松散、砂質(zhì)含量大于50%,化學(xué)成分一般屬于硅高鋁低型,鉀含量偏高,有用礦物主要以高嶺石為主,石英、長石也可綜合回收利用,其余的礦物為雜質(zhì)無回收價(jià)值[1]。砂質(zhì)高嶺土的加工方式主要有干法磨礦分級、水洗除砂、分級提純,磁選除鐵等[2],我國砂質(zhì)高嶺土主要以開采原礦和產(chǎn)品粗加工為主,淘洗率較低,生產(chǎn)精制高嶺土能力不足,而且有大量石英、長石等礦物被拋廢,造成資源浪費(fèi)[3]。因此加強(qiáng)砂質(zhì)高嶺土的選礦提純和綜合利用研究,對提高礦山經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境保護(hù)具有重要意義。以福建某地砂質(zhì)高嶺土為研究對象,結(jié)合工藝礦物學(xué)研究結(jié)果,采用分級-磨礦-高梯度磁選-超導(dǎo)磁選的選礦工藝流程,可獲得合格的高嶺土、石英、長石精礦,為科學(xué)高效的開發(fā)砂質(zhì)高嶺土資源提供借鑒和參考。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原礦性質(zhì)

福建某地砂質(zhì)高嶺土原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1。

表1 原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果表(質(zhì)量%)

由表1 可知,原礦中SiO2含量很高,達(dá)到73.72%,說明石英含量很高。經(jīng)礦物物相分析表明:原礦中含量最多的礦物為石英為55%,其次為高嶺石28%、長石9%、云母6%,還有少量的褐鐵礦和鈦鐵礦等約占2%。原礦中主要有害元素為鐵,主要存于云母、褐鐵礦、鈦鐵礦中。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備及試劑

試驗(yàn)磁選設(shè)備:山東華特磁電科技股份有限公司生產(chǎn)的LHGC-Z型立環(huán)高梯度磁選機(jī)、HTDZ-AF電磁漿料磁選機(jī),濰坊新力超導(dǎo)磁電科技有限公司生產(chǎn)的CGC-100低溫超導(dǎo)磁選機(jī)。

試驗(yàn)試劑為六偏磷酸鈉。

1.3 試驗(yàn)方法

由于原礦中石英長石高嶺土的賦存粒度各不相同,石英主要以粗顆粒形式存在,高嶺土主要集中在細(xì)粒級中,所以原礦優(yōu)先篩分分級,然后分別對石英、長石、高嶺土進(jìn)行選礦除鐵提純試驗(yàn)研究。

在非金屬礦除鐵提純中,磁選作為一種物理分選工藝,不僅除鐵效果明顯且綠色環(huán)保,在礦山企業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。其中山東華特磁電科技有限公司生產(chǎn)的立環(huán)高梯度磁選機(jī)、電磁漿料機(jī)在石英長石除鐵降雜方面有較好的選別效果[4～5]。濰坊新力超導(dǎo)磁電科技有限公司生產(chǎn)的低溫超導(dǎo)磁選機(jī)因具備極高的背景場強(qiáng)、除鐵率高、對弱磁性微細(xì)顆粒有較好的捕收能力、綠色環(huán)保、能耗低、分選范圍廣、自動化程度高等優(yōu)越性能,可在高嶺土除鐵增白方面發(fā)揮重要作用[6]。

2 結(jié)果與討論

2.1 分級試驗(yàn)

由于石英長石高嶺土的賦存粒度各不相同,石英主要以粗顆粒形式存在,高嶺土主要集中在-0.045mm 粒級中,所以原礦優(yōu)先篩分分級,然后分別對石英、長石、高嶺土進(jìn)行選礦試驗(yàn)研究。原礦充分?jǐn)嚢韬?按圖1所示流程將原礦分為3個粒級,并分別進(jìn)行化學(xué)多元素分析。分級結(jié)果如表2所示。

圖1 分級試驗(yàn)流程圖

表2 分級試驗(yàn)結(jié)果表(%)

由表2可知,+5 mm 粒級產(chǎn)率45.21%,SiO2含量為94.57%,說明該粒級含有大量優(yōu)質(zhì)石英砂,可通過除鐵降鋁獲得高品質(zhì)石英砂精礦。-0.5+0.045 mm 粒級Al2O3含量為13.94%,屬于中間產(chǎn)物,可通過磁選主要用于提純長石。-0.045 mm 粒級Al2O3含量高,SiO2含量低,說明該粒級主要成分為高嶺土,故將-0.045 mm 粒級作為提純高嶺土的對象。

2.2 石英砂提純試驗(yàn)

+0.5 mm 粒級含有大量石英砂,但雜質(zhì)含量較高,不能直接使用,如需獲得高品質(zhì)石英砂,且滿足石英砂精礦產(chǎn)品粒度要求,需對+0.5 mm 粒級試樣磨至-0.5 mm 全通后再進(jìn)行磁選除鐵降雜試驗(yàn)。磁選設(shè)備選用山東華特磁電科技有限公司生產(chǎn)的立環(huán)高梯度磁選機(jī)。

2.2.1 立環(huán)磁選場強(qiáng)試驗(yàn)

考察磁場強(qiáng)度對石英提純的影響。+5 mm 粒級采用陶瓷球磨機(jī)磨至-0.5mm以下,進(jìn)入立環(huán)磁選,立環(huán)采用2 mm 介質(zhì)棒礦漿濃度25%,分別在0.7 T、1.0 T、1.3 T、1.5 T 磁場強(qiáng)度下進(jìn)行磁選試驗(yàn),試驗(yàn)流程見圖2、試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖2 立環(huán)磁選場強(qiáng)試驗(yàn)流程圖

圖3 磁場強(qiáng)度對石英砂除鐵的影響

由圖3可知,隨著立環(huán)高梯度磁選機(jī)磁場強(qiáng)度的加大,石英砂精礦Fe2O3含量呈下降趨勢。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度在1.3 T 和1.5 T 之間時,Fe2O3含量曲線變得平緩,高梯度磁選場強(qiáng)為1.5 T 較為適宜。

2.2.2 立環(huán)磁選段數(shù)試驗(yàn)

經(jīng)過一段立環(huán)高梯度磁選,石英砂中大部分含鐵雜質(zhì)已被去除,然而扔有部分較難去除的含鐵雜質(zhì)殘存,產(chǎn)品中Fe2O3含量仍未達(dá)到理想指標(biāo)。因此需采用多段磁選,試驗(yàn)分別進(jìn)行了1段、2段、3段高梯度磁選試驗(yàn),場強(qiáng)均為1.5 T,試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 磁選段數(shù)對石英砂除鐵的影響

由圖4可知,二段磁選Fe2O3含量較一段磁選明顯降低。當(dāng)增加到三段磁選后,Fe2O3含量變化不大,但精礦產(chǎn)率降低。綜合生產(chǎn)成本和經(jīng)濟(jì)效益,石英砂除鐵以二段磁選為宜。

2.2.3 擦洗試驗(yàn)

研究表明,石英及長石類的礦粒表面上有一層由氫氧化鐵組成的薄膜[7],可通過攪拌讓顆粒相互摩擦從而去除氫氧化鐵薄膜。為進(jìn)一步降低粗精礦中Fe2O3含量,以提高石英產(chǎn)品質(zhì)量,在上述兩段立環(huán)強(qiáng)磁選基礎(chǔ)上增加擦洗脫泥工藝。擦洗濃度50%,擦洗時間20 min,擦洗轉(zhuǎn)速1 300 r/min。其工藝流程見圖5,試驗(yàn)結(jié)果見表3。

圖5 擦洗流程圖

表3 石英砂除鐵試驗(yàn)結(jié)果表(%)

由表3表明,擦洗脫泥除鐵效果比較理想,經(jīng)擦洗脫泥除鐵后,可獲得SiO2含量99.71%,Fe2O3含量0.01%的石英精礦,達(dá)到了光伏玻璃行業(yè)用硅質(zhì)原料的要求。

2.3 長石除鐵提純試驗(yàn)

由分級結(jié)果可知,-0.5+0.045 mm 粒級中K2O含量為9.23%,Al2O3含量為15.79%,有害成分Fe2O3含量為1.77%,其余TiO2、CaO、Mg O、Na2O等含量較低。試驗(yàn)著重考察磨礦細(xì)度和磁選條件對長石除鐵的影響。

2.3.1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)

將-0.5～+0.045 mm 礦樣分別磨至-0.15 mm占60%、70%、80%、90%,在1.5 T 磁場強(qiáng)度下進(jìn)行電磁漿料高梯度磁選機(jī)一段磁選,考察磨礦細(xì)度對長石除鐵效果的影響。試驗(yàn)流程如圖6,試驗(yàn)結(jié)果見圖7。

圖6 磨礦細(xì)度試驗(yàn)流程圖

圖7 磨礦細(xì)度對長石除鐵的影響

隨著磨礦細(xì)度的提高,礦物顆粒解離度越高,磁性顆粒更容易被去除,精礦含鐵量和產(chǎn)率均呈下降趨勢,但磨礦細(xì)度-0.15 mm 超過80%時,精礦含鐵量變化不大,產(chǎn)率繼續(xù)下降,說明礦物已經(jīng)過磨。所以試驗(yàn)?zāi)サV細(xì)度選取-0.15 mm 占80%比較合適。

2.3.2 電磁漿料磁選試驗(yàn)

在-0.15 mm 通過率80%的磨礦細(xì)度下,經(jīng)1.0 T 場強(qiáng)下經(jīng)電磁漿料高梯度磁選一次,所得精礦含鐵量為0.62%,說明大部分含鐵雜質(zhì)已被去除,但仍有部分較難去除的含鐵雜質(zhì)殘存,產(chǎn)品仍未達(dá)到理想指標(biāo)。因此采用1.5 T 場強(qiáng)進(jìn)行二段磁選。試驗(yàn)流程如圖8,試驗(yàn)結(jié)果見表4。

圖8 長石除鐵試驗(yàn)流程

表4 長石除鐵試驗(yàn)結(jié)果表(%)

由表4可知,-0.5+0.045 mm給礦試樣磨礦至0.15 mm 占80%的條件下經(jīng)過1.5 T 電磁漿料磁選機(jī)兩道強(qiáng)磁選流程,Fe2O3含量由1.77%降至0.23%,白度由27.3%提升至65.8%,所得長石精礦可用于陶瓷行業(yè)。

2.4 高嶺土超導(dǎo)磁選除鐵增白試驗(yàn)

由分級試驗(yàn)結(jié)果可知,高嶺土絕大部分存在于-0.045 mm 粒級中,有害成分Fe2O3含量較高為1.34%。其中濰坊新力超導(dǎo)磁電科技有限公司生產(chǎn)的低溫超導(dǎo)磁選機(jī)在高嶺土除鐵降雜方面有較好的選別效果。試驗(yàn)著重考察磁場強(qiáng)度、磁選段數(shù)和磁選預(yù)處理對除鐵增白的影響。

2.4.1 超導(dǎo)磁場強(qiáng)度試驗(yàn)

磁場強(qiáng)度是影響高嶺土除鐵效果的主要因素。通過對比不同場強(qiáng)下精礦產(chǎn)率和白度,確定超導(dǎo)磁選的最佳磁場強(qiáng)度。在礦漿濃度18%,分散劑用量0.2%,礦漿流速1.0 cm/s,磁介質(zhì)為3#鋼毛,一次磁選流程的條件下,分別考察1.0 T,2.0 T,3.0 T,4.0 T 對除鐵增白的影響。試驗(yàn)結(jié)果見圖9。

圖9 磁場強(qiáng)度對高嶺土除鐵增白的影響

由圖9可知,隨著超導(dǎo)磁選機(jī)磁場強(qiáng)度的加大,高嶺土精礦白度逐步提升,

當(dāng)磁場超過3 T 時,精礦白度變化不大趨于穩(wěn)定,而產(chǎn)率繼續(xù)下降。綜合考慮,超導(dǎo)磁選的磁感應(yīng)強(qiáng)度為3.0 T。

2.4.2 超導(dǎo)磁選段數(shù)試驗(yàn)

考察增加超導(dǎo)磁選次數(shù)對除鐵效果的影響。試驗(yàn)分別進(jìn)行一段、二段、三段超導(dǎo)磁選,每段磁選場強(qiáng)為3 T,其他試驗(yàn)條件不變,試驗(yàn)結(jié)果見圖10。

圖10 磁選段數(shù)對高嶺土除鐵增白的影響

由圖10可知,增加磁選段數(shù),精礦產(chǎn)率降低,但精礦白度提升不大。綜合考慮磁選成本,一段超導(dǎo)磁選即可。

2.4.3 磁選預(yù)處理優(yōu)化試驗(yàn)

為進(jìn)一步提高精礦白度,試驗(yàn)對-0.045 mm 高嶺土進(jìn)行1.0 T 電磁漿料預(yù)處理后再進(jìn)入3.0 T 超導(dǎo)磁選機(jī)進(jìn)行二段磁選,其他試驗(yàn)條件不變。具體試驗(yàn)流程如圖11,試驗(yàn)結(jié)果見表5。

圖11 高嶺土除鐵增白試驗(yàn)流程圖

表5 高嶺土除鐵增白試驗(yàn)結(jié)果表(%)

精礦白度為90.5%,達(dá)到涂料、造紙行業(yè)高嶺土應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

2.5 推薦流程及精礦質(zhì)量分析

通過對該砂質(zhì)高嶺土進(jìn)行各種條件試驗(yàn)選擇出最佳參數(shù),最終制定了適宜的工藝流程,見圖12,所得精礦質(zhì)量分析見表6。

圖12 砂質(zhì)高嶺土選礦工藝流程圖

表6 精礦質(zhì)量分析表(%)

由表5可知,-0.045 mm 礦樣經(jīng)過電磁和超導(dǎo)兩次強(qiáng)磁選流程,Fe2O3含量由1.34%降至0.53%,

由表6可知,所獲得的石英砂精礦達(dá)到了光伏玻璃行業(yè)用硅質(zhì)原料,所得長石精礦可用作陶瓷原料,所得高嶺土精礦可以滿足造紙、高檔陶瓷、涂料等領(lǐng)域的應(yīng)用要求。

3 結(jié)論

(1)福建某地砂質(zhì)高嶺土主要有用礦物石英、高嶺土、長石。根據(jù)石英長石高嶺土的不同賦存粒度,將原礦分為+0.5 mm、-0.5～+0.045 mm 和-0.045 mm 3個粒級,分別對石英、長石、高嶺土進(jìn)行選礦提純試驗(yàn)。

(2)+0.5 mm 礦樣經(jīng)“磨礦-1.5 T 立環(huán)強(qiáng)磁選-1.5 T 立環(huán)強(qiáng)磁選-擦洗脫泥”流程可獲得SiO2含量99.71%,Fe203含量0.01%的石英精礦,達(dá)到了光伏玻璃行業(yè)用硅質(zhì)原料的要求。

(3)-0.5+0.045 mm 礦樣在磨礦至0.15 mm 占80%的條件下經(jīng)過1.5 T 電磁漿料磁選機(jī)兩道強(qiáng)磁選流程,Fe2O3含量由1.77%降至0.23%,白度由27.3%提升至65.8%,所得長石精礦可用于陶瓷行業(yè)。

(4)-0.045 mm 礦 樣 經(jīng) 過1.0 T 電 磁 和3.0 T 超導(dǎo)兩次強(qiáng)磁選流程,可得到Fe2O3含量0.53%、精礦白度為90.5%的高嶺土精礦,可以滿足造紙、高檔陶瓷、涂料等領(lǐng)域的應(yīng)用要求。