江西新余某硅灰石礦浮磁聯(lián)選提純研究*

張曉明 王 振，2 徐永華3

（1.江西廣源化工有限責(zé)任公司；2.西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院）

硅灰石是一種鈣硅酸鹽（Ca3Si3O9），理論上含有48.3%的CaO 和51.7%的SiO2，莫氏硬度約為4.5，解離為葉片狀或針狀的晶體［1］。硅灰石地使用取決于針狀度或長寬比，即晶體顆粒的長與寬之比。長徑比在3∶1 到5∶1 間的硅灰石沒有應(yīng)用的潛力，因此，市場主要局限于陶瓷、冶金助熔劑和涂料填料的應(yīng)用［2］。硅灰石的針狀性質(zhì)使其能夠與其他針狀材料競爭，如陶瓷纖維、玻璃纖維、鋼纖維、氨酰胺和聚乙烯等幾種有機(jī)纖維，它可以減少成本較高的塑料或樹脂介質(zhì)的體積，有助于提高成品的物理和化學(xué)性能［3］。通過對(duì)硅灰石礦物填料進(jìn)行化學(xué)表面處理，可使聚合物與其具有較好的相容性［4］。為了探究浮選、磁選等選礦技術(shù)方法對(duì)江西新余某硅灰石礦降雜的可行性，針對(duì)其中碳酸鈣、氧化鐵含量高，無法直接用于涂料、陶瓷等行業(yè)的問題，探索利用選礦方法對(duì)硅灰石樣品進(jìn)行降雜，以期產(chǎn)出可用于涂料行業(yè)或陶瓷行業(yè)的合格硅灰石精礦，并力求獲得碳酸鈣、氧化鐵等副產(chǎn)品。本文主要基于碳酸鈣、硅灰石表面物理化學(xué)特性的差異和硅灰石、氧化鐵礦物的磁特性差異，對(duì)硅灰石中碳酸鈣雜質(zhì)、氧化鐵雜質(zhì)的選礦工藝脫除進(jìn)行了探索。

1 試驗(yàn)原料與方法

硅灰石礦取自江西新余，樣品使用試驗(yàn)室初級(jí)顎式破碎機(jī)和輥式破碎機(jī)結(jié)合試驗(yàn)室振動(dòng)篩進(jìn)行階段破碎至-3 mm。在選別前，樣品在瓷球磨機(jī)中研磨至所需粒度。采用XFDII型浮選機(jī)對(duì)磨礦礦漿進(jìn)行泡沫浮選，對(duì)浮選尾礦進(jìn)行濕式強(qiáng)磁選，去除磁性雜質(zhì)。

樣品中主要含有細(xì)粒針狀硅灰石，與少量細(xì)粒方解石緊密共生。氧化鐵、黏土和長石含量極低，主要產(chǎn)出于方解石—硅灰石空隙間。硅灰石樣品中CaO 含量43.34%，F(xiàn)e2O3含量2.70%，Al2O3含量2.19%，SiO2含量46.54%，燒失量7.80%。

分析純油酸鈉購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，在試驗(yàn)中作為捕收劑。用分析級(jí)氫氧化鈉和硫酸控制酸堿值。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 浮選除雜試驗(yàn)

在充氣式浮選機(jī)中進(jìn)行浮選試驗(yàn)，浮選葉輪轉(zhuǎn)速保持在1 900 r/min。浮選過程的影響因素很多，其中主要影響因素為磨礦細(xì)度、捕收劑油酸鈉用量、礦漿pH 值及浮選濃度等，該試驗(yàn)通過條件試驗(yàn)考查這4個(gè)因素對(duì)浮選指標(biāo)的影響。

2.1.1 磨礦細(xì)度考察

磨礦細(xì)度關(guān)系到有價(jià)礦物、脈石礦物之間的解離情況，固定捕收劑用量0.8 kg/t、礦漿pH 值為7，考查磨礦細(xì)度對(duì)硅灰石精礦產(chǎn)率和燒失量的影響。試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

由圖1 可見，在磨礦細(xì)度為-0.074 mm68.4%時(shí)，硅灰石精礦燒失量最低（0.49%），因此選擇該磨礦細(xì)度。磨礦細(xì)度為-0.074 mm 35.6%時(shí)，硅灰石精礦燒失量較高的原因是方解石等雜質(zhì)與硅灰石未充分解離，而難以被浮選脫除；而在-0.074 mm 96.5%的細(xì)磨時(shí)，硅灰石精礦燒失量較高的原因可能是礦泥干擾了碳酸鈣等雜質(zhì)的上浮。

2.1.2 捕收劑用量考察

捕收劑用量直接影響目的礦物或脈石礦物的可浮性，其添加量的精確控制十分重要。在磨礦細(xì)度-0.074 mm 68.4%、pH值為7時(shí)，考察捕收劑油酸鈉用量對(duì)浮選結(jié)果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

由圖2 可見，隨著油酸鈉用量的增加，硅灰石精礦燒失量降低；當(dāng)用量大于0.8 kg/t 時(shí)，變化不明顯，此時(shí)燒失量為0.48%；硅灰石精礦的產(chǎn)率隨捕收劑用量增加而下降，當(dāng)用量大于0.8 kg/t時(shí)，下降速度明顯加快；因此，選取于0.8 kg/t 為油酸鈉的最佳用量；低捕收劑用量導(dǎo)致品位下降的原因是捕收劑濃度過低無法浮起方解石等雜質(zhì)，而硅灰石精礦產(chǎn)率下降的原因是過量的捕收劑對(duì)硅灰石礦物地捕收。

2.1.3 礦漿pH值考察

礦漿pH 值通過影響礦物表面成分、荷電狀態(tài)影響礦物的浮選行為［5］。在磨礦細(xì)度為-0.074 mm68.4%、捕收劑油酸鈉用量0.8 kg/t 時(shí)進(jìn)行浮選試驗(yàn)，考察礦漿pH 值對(duì)浮選指標(biāo)的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

由圖3 可見，隨著礦漿pH 值的增加，硅灰石精礦產(chǎn)率降低；當(dāng)pH 值大于8 時(shí)，產(chǎn)率損失較大，而且硅灰石精礦的燒失量隨礦漿pH 值的增加而上升；因此，礦漿pH 值越低越有利于硅灰石精礦的品質(zhì)和產(chǎn)率，但pH 值降低要消耗酸液；綜合考慮，選取于pH值7（H2SO4用量1.2 kg/t）為最佳的硅灰石浮選除雜礦漿酸堿性條件。

通過上述浮選條件試驗(yàn)，得出在礦漿pH 值為7、磨礦細(xì)度-0.074 mm 68.4%、捕收劑油酸鈉用量0.8 kg/t時(shí)進(jìn)行反浮選脫去碳酸鈣等雜質(zhì)，可獲得品質(zhì)較好的硅灰石精礦，其產(chǎn)率為82%，燒失量為0.49%。但通過化驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，其中Fe2O3含量達(dá)2.64%，必須進(jìn)一步脫除鐵雜質(zhì)才能用于涂料、陶瓷、電子封裝材料等。

2.2 磁選除鐵試驗(yàn)

強(qiáng)磁選是從物料中除去氧化鐵雜質(zhì)的有效方法。本文通過濕式強(qiáng)磁選的方法對(duì)反浮選槽底產(chǎn)品即硅灰石精礦進(jìn)行除鐵降雜，主要考察磁場強(qiáng)度對(duì)磁選產(chǎn)品指標(biāo)的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。圖中磁選產(chǎn)品的產(chǎn)率是相對(duì)于原礦的產(chǎn)率而非作業(yè)產(chǎn)率。

由圖4 可見，隨著磁場強(qiáng)度的增加，硅灰石精礦中的氧化鐵含量降低，但同時(shí)伴隨著精礦產(chǎn)率的損失；當(dāng)磁場強(qiáng)度為1 360 kA/m 時(shí)，精礦中氧化鐵含量降至1.57%，可滿足陶瓷原料的要求，此時(shí)硅灰石精礦產(chǎn)率為80.1%；當(dāng)磁場強(qiáng)度為1 520 kA/m 時(shí)，精礦中氧化鐵含量降至0.18%，可滿足油漆涂料填料的要求，此時(shí)硅灰石精礦產(chǎn)率為77.07%，化驗(yàn)其燒失量為0.41%。

2.3 閉路流程試驗(yàn)

通過分析發(fā)現(xiàn)，浮選雜質(zhì)主要成分為碳酸鈣、氧化鐵等，有用作水泥替代物的潛力，因此對(duì)粗浮選產(chǎn)品進(jìn)行兩次空白精選獲得碳酸鈣精礦；磁選部分保持開路，試驗(yàn)流程見圖5，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

對(duì)獲得的硅灰石精礦化驗(yàn)分析，CaO·SiO2含量97.28%，F(xiàn)e2O3含量0.18%、Al2O3含量0.98%，燒失量0.41%，符合用于陶瓷、涂料填料的原料指標(biāo)。對(duì)碳酸鈣精礦化驗(yàn)分析，CaO 含量46.36%，F(xiàn)e2O3含量9.68%，Al2O3含量4.21%，SiO2含量5.72%，燒失量40.24%，可用于水泥原料。

3 結(jié)語

江西新余某低品位硅灰石礦中CaO 含量43.34%、Fe2O3含量2.70%、Al2O3含量為2.19%、SiO2含量46.54%、燒失量7.80%，主要含硅灰石，其次為方解石，少量石榴石、角閃石、鐵氧化物、石英和黏土等，通過研究確定采用浮選除雜—磁選除雜的浮磁聯(lián)選工藝。在最佳試驗(yàn)條件磨礦細(xì)度-0.074 mm 68.4%、捕收劑油酸鈉用量0.8 kg/t 時(shí)，反浮選脫去碳酸鈣等雜質(zhì)；浮選尾礦經(jīng)1 520 kA/m 強(qiáng)磁場除鐵，最終獲得了可用于陶瓷、涂料行業(yè)的硅灰石精礦和可用于水泥原料的碳酸鈣精副產(chǎn)品。