花崗巖型鋸泥尾料綜合利用選礦試驗研究*

王建磊 彭少偉 王 前 竇海濤 魏守江 盧 昊 高 亮 李保全 龍立富 申 宇 劉海洲 付文強

(1 山東華特磁電科技股份有限公司 山東 濰坊 262600) (2 山東省磁力應用技術裝備重點實驗室 山東 濰坊 262600)

花崗巖是一種以長石、石英、云母為主要成分的深成酸性火成巖，所含的鉀、鈉、硅、鋁等元素的比例與鉀鈉長石礦相近。鋸泥是花崗巖在切割、打磨加工板材過程中產生的石粒、石粉與水的混合物。目前國內具有規模化的花崗巖加工板材產業基地二十余處，其中山東、福建、廣東、四川等地的石材加工集群規模較大，這些石材加工企業每年產生幾千萬噸的鋸泥廢料，其堆放占用了大量寶貴的土地資源。鋸泥石粉粒度較細、質地緊密、吸水性較差，干燥后遇風易滿天飛揚，雨天時則四處漫流，造成空氣和水系統的嚴重污染，對周邊植物的生長影響較大；同時還浪費了固廢尾料中的有價的礦物資源，對生態環境及板材產業的健康發展產生制約作用[1～2]

。目前大多數板材生產企業對鋸泥的處理方式主要有：①是深度填埋；②是加工制做加氣磚等建材；③是通過篩分和磁選方式選出部分陶瓷級長石精礦。這些處理方式均存在著二次資源綜合利用程度和利用價值較低的問題[3]。

山東某花崗巖型石板材鋸泥尾料一般粒徑在0.01～2 mm，有少量的為3 mm以上的粗顆粒和-10 μm的微細泥，粒度分布極為不均勻。主要礦物有長石、石英等，次要礦物有角閃石、輝石、白云石、黑云母、磁鐵礦、鈦鐵礦、榍石、褐鐵礦和切削加工磨損的機械鐵、金屬合金粉末等，其中有價礦物為長石、石英、磁鐵礦、機械鐵等。通過多次研究試驗，進行篩分、磨礦、弱磁選、強磁選、分級強磁選等聯合選礦工藝流程[4]，利用振動篩、球磨機、永磁筒式磁選機、板式磁選機、立環高梯度磁選機、旋流器、電磁漿料磁選機等設備組合，選出合格的鐵精礦、中粒陶瓷級長石精礦、細粒陶瓷級長石精礦、建材原料等4種工業產品，使鋸泥尾料二次資源得到充分地綜合利用，實現尾料、尾水的“雙零”排放，并可創造出較高的經濟效益和社會價值[5]。

1 原礦性質

試驗所用鋸泥樣品取自山東某花崗巖型石板材加工企業生產現場，原礦多元素分析結果見表1，礦物組成分析見表2。

表1 原礦多元素分析結果(%)

表2 礦物組成及相對含量分析結果(%)

由表1分析結果可知，該鋸泥中的主要成分與原生鉀鈉長石礦相近，主要有害元素為鐵、鈦、鈣、鎂等。從表2可以看出，該鋸泥中屬于中低品位鉀鈉長石礦類型，主要有價礦物為長石、石英、磁鐵礦、機械鐵等，主要雜質有白云石、角閃石、黑云母、輝石、褐鐵礦、鈦鐵礦、榍石等礦物。

2 選礦試驗

2.1 原礦粒度組成分析

對鋸泥試樣采用+1 mm、(-1+0.54) mm、(-0.54+0.074) mm、(-0.074+0.043) mm、(-0.043+0.010) mm、-0.010 mm等6個粒級進行粒度篩分，考察各粒級的分布率和硅、鋁、鉀、鈉、鐵、鈦等主元素的含量。其分析結果見表3。

原礦粒度分析結果顯示，+0.54 mm粗粒級產率為17.61%，硅含量略高，鉀、鈉、鋁、鐵、鈦等含量略低；-0.54+0.043 mm中粒級產率為56.41%，各元素含量與原礦相近；-0.043 mm細粒級產率為25.98%，鋁含量較高，其他元素含量略低于原礦。

根據粒度分析結果確定，+0.54 mm粗粒級和-0.043 mm細粒級占原礦的43.59%，兩種粒級產品主元素硅、鋁、鉀、鈉的含量與原礦相近，應將兩種粒級產品并入除雜選別系統，以增加產品的附加值。

表3 鋸泥原礦粒度分析結果

2.2 篩分+磨礦試驗

鋸泥中+0.54 mm(+30目)粗砂占比為17.61%，而原生長石礦常規磨礦細度為-0.54 mm(-30目)以下，粒度篩分時發現+30目產品的品質較優，應將這部分粗砂磨礦后并入磁選系統，以提高長石精礦的產率。試驗流程見圖1。

2.3 弱磁選試驗

鋸泥中的強磁性鐵主要為磁鐵礦和切割打磨過程中產生的機械鐵等，可用弱磁選方式進行回收。取篩分磨礦至-30目的試樣，配成35%濃度的礦漿，經CTB筒式磁選機磁選，分別考察不同場強、粗選、精選等條件對比。其試驗流程見圖2，試驗結果見表4。

圖1 鋸泥原礦篩分+磨礦試驗流程

-30目鋸泥原礦分別經CTB-3000GS和2000GS粗選，粗精礦產率分別為0.75%和0.52%，全鐵TFe品位分別為42.67%和50.01%，與合格鐵精礦標準相差較大；將兩種條件選出的粗精礦分別經CTB-1800GS和1600GS精選，鐵精礦產率分別為0.28%和0.24%，全鐵TFe品位分別為62.16%和63.08%，達到三級以上鐵精礦標準。磁選鐵指標難以提高的主要原因與中粒級磁鐵礦連生體有關。

圖2 弱磁選鐵條件對比試驗流程

綜合選鐵和除鐵的指標要求，以CTB-3000GS+1800GS一粗一精選的磁選流程比較適宜。

2.4 中磁選鐵試驗

鋸泥中賦存的鐵除了強磁性的磁鐵礦、機械鐵外，常伴生中等磁性的褐鐵礦、鈦鐵礦、電氣石等礦物[6]。

取3000GS弱磁選鐵的尾礦試樣配成30%濃度的礦漿，分別經CTB-6000GS筒式磁選機、SGB—8500GS和SGB—11000GS板式磁選機3種不同的設備進行磁選對比試驗，同時考察除鐵指標。試驗流程見圖3，試驗結果見表4、表5。

圖3 中磁選鐵試驗流程

表4 弱磁選鐵條件對比試驗結果

表5 中磁選鐵試驗結果

CTB-3000GS磁選鐵尾礦分別經CTB-6000GS、SGB-8500GS、SGB-11000GS這3種條件磁選對比發現，中等磁性礦物的種類較多，氧化鐵含量最高選到33.51%，未選出合格的氧化鐵精礦產品，而含鈦礦物因比磁化率低，故鈦的去除率較低。

3種條件對比，以SGB-11000GS的除鐵指標較優，Fe2O3含量由0.98%降低至0.64%，中等磁性的氧化鐵礦物的提前去除，減輕了后續高場強磁選作業的負荷。

2.5 強磁除雜試驗

花崗巖型鋸泥中弱磁性礦物主要有氧化鐵、鈦鐵礦、黑云母、角閃石、輝石等有含氧化鐵、鈦及硅酸鐵礦物，以及切削加工產生的金屬合金粉末是影響長石精礦白度提高的主要因素。這些礦物的比磁化率較低，常規的永磁類磁選機難以去除，應采用場強更高的電磁類強磁選機進行選別[7～8]。

取SGB-11000GS板式磁選機產出的長石粗精礦試樣，配成25%濃度的礦漿，分別經LHGC—1.4T立環高梯度磁選機一粗一精兩次磁選流程和LHGC—1.4T立環高梯度磁選機+HTDZ—1.6T電磁漿料磁選機組合磁選流程作除雜對比試驗，立環高梯度磁選機環介質為Φ2 mm的高導磁不銹鋼棒，電磁漿料磁選機介質為高導磁不銹鋼板網，分析各產品中硅、鋁、鉀、鈉、鐵、鈦等主元素的含量。試驗流程見圖4，試驗結果見表6。

立環高梯度磁選機和電磁漿料磁選機除雜過程中，弱磁性的氧化鐵、鈦鐵礦、硅酸鐵、金屬合金粉末等礦物易被高導磁介質磁吸出，少量呈包裹體賦存狀態的鐵、鈦礦物難以去除。

圖4 強磁除雜對比試驗流程

表6 強磁除雜對比試驗結果

SGB長石粗精礦經立環高梯度磁選機1.4 T場強一次除雜流程，Fe2O3含量由0.64%降至0.28%，立環高梯度磁選機二次精礦Fe2O3含量降至0.23%，降低幅度較??；立環高梯度磁選機一精礦經電磁漿料再次除雜，精礦Fe2O3含量降至0.13%，降低幅度相對較大，但精礦損失較多。強磁除雜對比試驗結果說明，粒級分布較寬的物料采用混合選別的工藝流程難以取得較好的選礦指標。

2.6 分級強磁選試驗

原礦粒度篩分分析顯示，鋸泥中-0.043 mm(-325目)細粉占比為25.98%，這部分細粉是加工打磨板材時的產品，具有懸浮性好、粒度微細、鋁含量高、吸水性差等特點；細粉的物理性質與軟質高嶺土相近，采用脫泥工藝則造成鋁含量損失，而氧化礦物雜質在此微細粒度條件下易產生泥化現象，采用常規的磁選方式難以去除。[9]

強磁除雜對比試驗結果發現，電磁漿料磁選機除雜效果優于立環高梯度磁選機，但精礦產率降低幅度較大，主要原因是電磁漿料磁選機的磁系介質細密、腔體深長，尤其適用于細粒和微細粒物料的分選。而適用于細粒物料分選的介質對中粒度產品易產生夾帶現象，適用于中粒物料分選的介質對細粒物料的磁作用力較低。依據鋸泥產品的特性，應該選擇中粒與細粒產品分級選別的工藝為宜。

2.6.1 立環高梯度磁選機粗精分級試驗

將1.4T立環高梯度磁選機選出的長石粗精礦經水力旋流器+高頻振動篩篩分為+325目和-325目兩種粒級產品，分析各主元素含量，1 200 ℃電爐測白度。分級試驗流程見圖5，分級試驗結果見表7。

圖5 立環粗精礦分級試驗流程

立環高梯度磁選機選出的長石粗精礦經水力旋流器+高頻振動篩分級，其中+325目粗粒級產率為73.09%，Fe2O3含量由0.27%降至0.19%，白度由52.84%升至58.66%，與粗粒產品中石英含量增加有關。

-325目細粒級產率為26.91%，Fe2O3含量由0.27%升至0.47%，白度由52.84%降至36.23%，是由于細粒產品中含有較多產生泥化現象的氧化鐵、鈦礦物的原因。2.6.2 粗精分級強磁選除雜試驗

立環高梯度磁選機粗精分級為+325目和-325目兩種粒度產品，其中+325目試樣配制成25%濃度的礦漿，經1.4T立環高梯度磁選機強磁除雜流程，磁選介質為高導磁不銹鋼棒。

-325目試樣配制成20%濃度的礦漿，經1.6T電磁漿料磁選機一次強磁除雜流程，磁選介質為高導磁不銹鋼板網和高導磁不銹鋼毛按4∶1配制，考察兩種

表7 立環粗精礦分級試驗結果

強磁選設備分別對中粒和細粒長石的除雜效果，分析各主元素含量，1 200 ℃電爐測白度。試驗流程見圖6，試驗結果見表8。

圖6 粗精分級強磁選除雜試驗流程

表8 粗精分級強磁選除雜試驗結果

表9 鋸泥綜合利用全流程試驗結果

立環高梯度磁選機長石粗精礦分級磁選指標顯示，+325目粗粒產品經立環精選所得長石精礦的Fe2O3含量由0.19%降至0.09%，白度由58.66%升至65.24%，達到陶瓷級二級品長石精礦的質量標準；-325目細粒經電磁漿料精選所得長石精粉的Fe2O3含量由0.47%降至0.26%，白度由36.23%升至49.65%，達到陶瓷級四級品長石精礦的質量標準。

圖7 鋸泥綜合利用全流程試驗工藝流程

立環高梯度磁選機粗精礦分級強磁除雜試驗指標說明，對于粒級分布不均勻的礦物選擇合適的粒度采用分級選別的工藝流程，能取得較好的選礦指標，此選礦工藝在工業中能實現量化生產[9～10]。

2.7 全流程試驗

對鋸泥物料進行了多元素分析、礦物組成和粒度篩分等分析后，確定了篩分粗粒磨礦、弱磁選鐵、中磁除雜、強磁除雜、粗細粒再分級強磁選等各試驗最佳條件后，進行最終的全流程選礦試驗。

鋸泥原礦以30目篩分出粗砂，經陶瓷球磨機磨礦至-30目，采用CTB-3000GS+1800GS一粗一精選流程選出磁鐵礦精礦；尾礦經SGB—1.1T板式磁選機+LHGC—1.4T立環高梯度磁選機一次除雜流程，所得的長石精礦經水力旋流器+高頻振動篩分級，+325目產品經立環高梯度磁選機再次精選得到中粒長石精礦；-325目細粉經HTDZ—1.6T電磁漿料磁選機深度提純，選出的細粒長石精礦粉，分析各主元素含量，1 200 ℃電爐測白度。全流程試驗工藝流程見圖7，全流程試驗結果見表9。

鋸泥中+30目粗粒經篩分磨礦，可提高長石精礦產率及附加值，通過弱磁選可得全鐵TFe品位為62.35%的鐵精礦；經分級強磁選除雜工藝，可分別得白度為65.49%的中粒長石精礦和白度為49.16%的細粒長石精礦兩種產品。各段磁選的尾礦產品合并為總磁尾礦。

各產品白度如下圖所示：

原礦白度15.12%

立環粗精礦52.84%

粗粒長石精礦65.49%

細粒長石精礦49.16%

3 總結

(1)花崗巖型石板材鋸泥的主要特點是粗、中、細粒度均勻分布，主要有價礦物為長石、石英、磁性鐵、機械鐵等；主要雜質為硅酸鐵、氧化鐵、氧化鈦等含鐵鈦礦物、金屬合金粉末。其硅、鋁、鉀、鈉等含量與原生長石相近，綜合利用價值較高。

(2)采用粗粒篩分磨礦+弱磁選鐵+強磁除雜+分級強磁分選等聯合選礦工藝，弱磁選出產率為0.29%、TFe品位為62.35%的鐵精礦產品；分級強磁分選出產率為61.96%、Fe2O3含量為0.19%、白度為65.49%的中粒陶瓷用長石精礦產品和產率為20.42%、Fe2O3含量為0.26%、白度為49.16%的細粒陶瓷用長石精礦產品。各磁選作業產生的磁選尾礦合并為產率17.33%的總磁尾礦。各產品濃縮壓濾后產生的尾水經沉淀澄清后可返回各作業段重復使用，沉淀物并入總磁尾礦中。磁性尾礦粒度相對均勻，硬度適中，可作為水泥、建材砂或加氣磚的原材料。

(3)依據花崗巖型石板材鋸泥的特性而制定的聯合選礦工藝流程，可有效分選出磁鐵精礦、中粒長石精礦、細粒長石精粉和建材原料等四種工業產品。該工藝流程實現了尾礦、尾水雙零排放和二次資源綜合利用的目標，已在山東省魯西南和膠東、福建等地區多家花崗巖型石板材加工企業得到實際生產應用，產生了較高的經濟效益和重要的社會環保意義，對板材產業的健康發展起到積極地推動作用。