超導磁選機用于廣西高嶺土除鐵增白的試驗研究*

張鵬翔 宋 健 張義廷 王兆連，2 苗文波 賈利林 宋志明

(1濰坊新力超導磁電科技有限公司 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)

前言

高嶺土是一種重要的粘土礦物和工業礦物，主要成分為高嶺石，高嶺石是一種含水鋁硅酸鹽，化學組成為Al2O3·2Si O2·2 H2O[1]。高嶺土具有良好的理化性能和優異的工藝特性，在陶瓷、涂料、石油化工、涂布、造紙、耐水材料、功能材料等方面有著非常廣泛的應用[2]。隨著現代科技的不斷進步，高嶺土應用范圍也在不斷地拓寬，開始向高端領域滲透。但由于高嶺土中含有鐵、鈦等染色雜質，影響其煅燒白度，降低了工藝性能，限制了高嶺土的應用。因此，對高嶺土除雜技術的研究顯得尤為重要。

目前國內高嶺土除鐵方法主要是化學漂白和磁選除鐵，生物除鐵技術還處于研究試驗階段[3～4]。其中，化學漂白除鐵在高嶺土工業中應用廣泛，技術成熟，但是污染環境，容易腐蝕設備[5]。隨著企業環保意識的增強，該工藝的采用會越來越少[6]。傳統的磁選除鐵方法也因磁選機的磁場場強不夠高，難以將弱磁性的鐵雜質有效去除，達不到高檔高嶺土產品的品質要求。超導磁選工藝具有以下優勢:極高的背景場強，除鐵率高，對弱磁性微細顆粒也有較好的捕收能力；綠色環保；能耗低；分選范圍廣；自動化程度高[7]。超導磁選工藝對高嶺土除鐵、提高白度及附加值具有重要的意義[8]。

廣西某高嶺土礦含鐵、鈦等有害雜質較高，不能直接利用，為獲取更高品質的高嶺土產品，筆者采用超導磁選工藝對該礦進行除鐵增白試驗研究，并確定了合理的工藝參數及工藝流程。

1 礦樣性質

試驗礦樣取自廣西某高嶺土礦，高嶺土粒徑≤45 μm，主要含石英、高嶺土、云母、長石和少量鐵礦物等。對來樣進行化學多元素分析，其分析結果如表1所示。

由表1分析結果可知，原礦的主要化學成分為:Al2O332.13%，Si O253.92%，有害成分Fe2O3含量為1.31%，其余Ti O2、Ca O、K2O、Mg O等含量較低。原礦鐵含量較高，相應白度較低，需進一步除鐵增白，提高高嶺土的品質及性能等。

表1 原礦多元素化學分析結果Tab.1 The multiele ment analysis results of raw ore

影響該高嶺土白度的磁性礦物為鐵、鈦礦物及云母，鑒于磁性礦物的嵌布粒度較細、磁性較弱，采用一般強磁選機往往脫除率不高，因此本試驗以超導磁選機為主要磁選設備進行除鐵增白。

2 超導磁選機

本實驗采用某公司生產制造的往復式低溫超導磁選機，最高背景場強可以達到5.5 T，在工業生產和高校科研上有很好的應用勢頭，現有8臺超導磁選機已經在廣東、江西、云南、福建、內蒙等地投入了生產使用。

2.1 超導磁選機工作原理

往復式低溫超導磁選機的核心部件是超導磁體。該磁體主要由超導線圈、液氦部分、磁低溫箱、屏蔽罩冷卻器及鐵軛等部分構成。其關鍵技術在于通過低溫技術來處理線圈，使線圈達到超導狀態，此時線圈的電阻基本為零，線圈通上電流能產生很高的磁場，場強最高可達到5.5 T。

分選過程:使礦漿通過處于強磁場內填充有鋼毛的分選腔，當礦漿經過鋼毛介質時，礦漿內鐵磁性礦物會受到場強和梯度的作用而向鋼毛介質聚集，非磁性或逆磁性礦物則隨流體運動而被排出分選腔進入精礦池，從而達到分選的目的[9]。

往復式超導磁選機分選腔組由夾在3個無效分選腔內的2個有效分選腔組成，保持分選腔組的磁平衡。當一個有效分選腔處于磁場內部時，礦物進行分選，磁性顆粒吸附于分選腔內的鋼毛介質上，非磁性礦物從排礦口排到精礦池中，此時另一個分選腔處于磁場外部，用高壓水沖洗吸附在鋼毛上的弱磁性礦物，由管道排放到尾礦池中，由此實現弱磁性礦物與非磁性礦物的分離。分選腔組在電機和皮帶系統的驅動下以預定時間間隔水平在磁場內做往復移動。磁體內分選腔進行分選，磁體外分選腔進行沖洗，進行交替往復運行，極大地提高了選礦效率。分選腔結構示意圖如圖1所示。

圖1 分選腔結構示意圖Fig.1 Schematic diagra m of sorting cha mber str ucture

2.2 超導磁選機的性能優勢

力。

1)超導磁選機極高的背景場強可獲得更高的磁

2)超導磁選機能耗低，節能降耗效益顯著。低溫超導磁選機額定功率在10 k W左右，與電磁設備相比，能耗大大降低，可為礦山企業節約大量的選礦電能成本。

3)超導磁選機分選范圍廣。濰坊新力超導磁電科技有限公司研制的低溫超導磁選機對于磁化率在10-8～10-10m3/kg范圍內的磁性礦物都能夠有效地去除，且分選粒度下限可低至微米級，大大拓寬了現有磁選機可處理的非金屬礦的范圍。

4)超導磁選機處理量大。

5)超導磁選機自動化程度高。超導磁選機的作業過程可實現一鍵操作，一鍵勵磁、一鍵退磁、一鍵自動運行，對生產管理和產品質量的控制提供極大的便利。

3 超導磁選試驗研究

來樣高嶺土的Fe2O3含量較高達1.31%，自然白度只有60.3，嚴重影響其品質，為得到高品質的高嶺土產品，需進行除鐵增白試驗。目前，國內高嶺土行業的除鐵方法主要有磁選除鐵和化學漂白。化學漂白不僅成本較高而且污染環境，因此本試驗采用磁選除鐵的選礦工藝。由于原礦中磁性礦物的嵌布粒度較細、磁性較弱，采用傳統磁選方法難以去除，利用超導才能有效除去礦物中的鐵。

本試驗分別從磁場強度、礦漿流速、礦漿濃度、磁選預處理4個方面進行了試驗研究，最終確定了該高嶺土的最佳磁選工藝。

3.1 磁場強度試驗

表2 磁場強度試驗結果Tab.2 Magnetic field strength test results

影響高嶺土除鐵效果的主要因素是磁場強度，通過對比不同場強下的除鐵效果，來確定試驗的最佳磁場強度。試驗采用CGC-300低溫超導磁選機，固定磁選條件:礦漿濃度為15%，礦漿流速為1.0 c m/s，分散劑用量為0.2%，磁介質為3#鋼毛，采用一次磁選流程。分別在磁場強度為1.5 T、2.5 T、3.5 T、4.5 T和5.5 T的條件下，進行超導磁選除鐵試驗，試驗結果如表2所示。

由表2可知，磁場強度由1.5 T升高到5.5 T后，高嶺土鐵含量由1.31%下降到0.55%，呈逐步降低的趨勢，白度由60.3升高至89.8。精礦產出率逐漸降低，當磁場強度由3.5 T升至5.5 T時，產出率輕微波動，保持在80%左右。試驗說明磁場越高，除鐵效果越明顯，綜合考慮，最佳磁場強度為5.5 T。

3.2 礦漿流速試驗

礦漿流速也是影響除鐵效果的因素之一。流速過慢影響產量，流速過快不利于除鐵。分別在礦漿流速為0.7 c m/s、1.0 c m/s、1.3 c m/s的條件下，進行超導磁選試驗。固定磁選條件:磁場強度為5.5 T，礦漿濃度為15%，分散劑用量為0.2%，磁介質為3#鋼毛，一次磁選流程。試驗結果如表3所示。

表3 礦漿流速試驗結果Tab.3 Pulp slurry velocity test results

由表3可知，隨著礦漿流速的增大，精礦鐵含量逐步增加，產出率逐漸增大，綜合考慮除鐵效果和產出率，最終確定最佳礦漿流速為1.0 c m/s。

3.3 礦漿濃度試驗

在保證礦漿充分分散的前提下，礦漿濃度越高產量越大。分別在礦漿濃度為12%、15%、18%的條件下，進行超導磁選除鐵試驗。固定磁選條件:磁場強度為5.5 T，礦漿流速為1.0 c m/s，分散劑用量為0.2%，磁介質為3#鋼毛，一次磁選流程。試驗結果如表4所示。

表4 礦漿濃度試驗結果Tab.4 Pulp concentration test results

由表4可知，隨著礦漿濃度的增大，除鐵效果變化不大，可以使用較高的濃度，最終選擇礦漿濃度為18%。

3.4 磁選預處理試驗

為了進一步提高高嶺土白度，降低鐵雜質，先將原礦通過電磁漿料機(1.3 T)進行預處理，再將電磁精礦投入超導磁選機進行二次磁選。超導磁選條件:磁場強度為5.5 T，礦漿流速為1.0 c m/s，礦漿濃度為18%，分散劑用量為0.2%，磁介質為3#鋼毛。所得精礦與一次超導磁選精礦對比如表5所示。

表5 磁選預處理試驗結果Tab.5 Magnetic separation pretreat ment test results

由表5試驗結果可知，與一次超導磁選結果對比，采用一次電磁+一次超導磁選工藝能更有效的降低含鐵量、提高高嶺土白度，精礦含鐵量由1.31%降至0.50%、白度由89.1提升至92.6，除鐵增白效果明顯。

4 結語

1)原礦為廣西某高嶺土礦的高嶺土，主要礦物組成為石英、高嶺土、長石。原礦中的Fe2O3含量為1.31%，主要磁性礦物為鐵、鈦礦物及云母，鑒于磁性礦物的嵌布粒度較細、磁性較弱，采用一般強磁選機往往脫除率不高，因此采用超導磁選機對該高嶺土進行除鐵增白。

2)經過磁場強度、礦漿流速、礦漿濃度、流程優化4個方面的對比試驗可知:磁場強度的大小是影響除鐵效果的關鍵因素，礦漿流速、礦漿濃度、磁選流程也會不同程度的影響磁選效果。

3)原礦經1.3 T電磁預處理，電磁精礦在礦漿流速為1.0 c m/s、礦漿濃度為18%，分散劑用量為0.2%，3#鋼毛為磁介質的條件下再經5.5 T超導磁選，所得高嶺土精礦產出率為77.36%，Fe2O3含量由1.31%降至0.50%，白度由60.3提升至92.6，取得了理想的除鐵效果，可以滿足高檔陶瓷、涂料等領域的應用要求。試驗證明超導磁選可有效降低高嶺土中的鐵含量，提升白度，提高高嶺土的產品質量。