湖南某細粒難選砂質高嶺土選礦試驗研究*

彭少偉 王兆連 劉風亮 王 前 盧 昊 王寶春 魏守江 竇海濤

(山東華特磁電科技股份有限公司 山東 濰坊 262600)

高嶺土具有良好的可塑性、粘結性、燒結性、分散性、吸附性、燒后白度和化學穩定性等特殊性能,廣泛應用于陶瓷、造紙、橡膠、涂料、化工、醫藥、農業、航空航天等領域。石英具有堅硬、耐磨、化學性能穩定等特點,廣泛應用于玻璃、陶瓷、冶金、化工、電子、橡膠、塑料等工業領域[1]。國內砂質高嶺土儲量較大,實際生產中選礦利用率較低,尤其是低品質礦床難以分選出合格的工業產品,造成資源性浪費和經濟效益降低。隨著工業經濟的高速發展及日益增長的市場需求,對低品質難選的砂質高嶺土中所含的石英、高嶺土等基礎礦物材料進行加工提純尤顯重要性[2]。

湖南某細粒砂質高嶺土屬于沉積型礦床,主要礦物為石英、高嶺土等,其他礦物有白云母、鉀長石、鈉長石、磁鐵礦、褐鐵礦、赤鐵礦、黃鐵礦、鈦鐵礦、金紅石、輝石、黑云母等。其中石英呈中粒、細粒、微細粒均勻分布,采用常規工藝分選出的高嶺土產品中硅高鋁低,強度、硬度、白度等技術指標均達不到合格工業產品質量要求[3]。筆者通過多次探索研究,采用磨礦、攪拌、旋流砂土粗分級的工藝分出石英砂和高嶺土兩種產品,其中石英砂采用強磁除雜、篩分、擦洗、重選提純、分級等工藝流程,高嶺土采用強磁除雜、旋流分級、超導提純等工藝流程,分別產出超白玻璃用石英砂、平板玻璃用石英砂、化工用細粒石英砂、陶瓷用高嶺土4種合格工業產品,產品綜合利用率達到84%以上,取得了較高的經濟效益。

1 原礦性質

砂質高嶺土原礦的多元素分析見表1,礦物組成分析見表2。

表1 原礦多元素分析結果(%)

表2 礦物組成及含量分析結果(%)

由表1多元素分析結果所知,原礦主要有用成份為SiO2和Al2O3,含有少量的K2O、Na2O。主要有害元素為Fe2O3、TiO2、S、P等。

由表2礦物組成分析結果可知,原礦主要非金屬礦物為石英、高嶺土及少量的白云母、長石、白云石等主要金屬礦物為黃鐵礦、褐鐵礦、赤鐵礦、鈦鐵礦、金紅石等;主要硅酸鐵礦物為輝石。其中石英占比較高,含鐵、鈦礦物為有害雜質,是影響石英、高嶺土產品質量的主要因素。

2 選礦試驗研究

2.1 原礦粒度篩析

砂質高嶺土原礦以0.80 mm、0.15 mm、0.10 mm、0.043 mm(20目、100目、150目、325目)等粒級篩制進行粒度篩析,考察各粒級中硅、鋁、鐵等元素的含量及分布率。篩析結果見表3。

表3 原礦粒度篩析結果(%)

原礦粒度篩析結果顯示,產品粒度較細,-0.80+0.043 mm 中粒級產率為70.66%,大部分石英集中在此粒級,少量高嶺土殘存于石英表面凹陷處及裂隙中;-0.043 mm 細粒級產率29.34%,主要礦物為高嶺土和少量細粒、微細粒石英砂。主要雜質氧化鐵在細粒級中含量較高,微細粒石英砂和氧化鐵的賦存狀態將直接影響到產品的選礦指標[4]。

2.2 常規工藝選礦試驗

砂質高嶺土常規條件下一般采用磨礦—攪拌—旋流器或高頻振動篩砂土分離—石英砂與高嶺土分別經立環和電磁漿料磁選機強磁除雜—粗細砂分級的選礦工藝流程,分別產出中粒砂、細粒砂、高嶺土或云母等產品。依照常規選礦工藝流程對湖南砂質高嶺土進行分選試驗。試驗流程見圖1;試驗結果見表4。

圖1 砂質高嶺土常規條件選礦試驗流程

表4 常規工藝分選試驗結果(%)

砂質高嶺土采用常規的325目分級石英砂和高嶺土兩種產品再分別進行除雜的工藝流程試驗時,石英砂產品的選礦指標正常,但高嶺土精礦產品存在硅高鋁低的現象,1 200 ℃燒出的餅出現開裂,說明-325目細粒中除了高嶺土外,還有部分石英細砂影響著高嶺土的可塑性及粘結性。

針對高嶺土精礦產品進行粒級篩析,以確定合理的除砂工藝(見表5)。

表5 高嶺土精礦篩析結果(%)

高嶺土精礦篩析結果顯示:+600目和-600+1 000目兩個細粒級中篩出產率分別為2.28%和6.35%、SiO2含量95.86%和94.51%的細粒石英砂,-1 000目產品中Al2O3含量由30.69%提高到33.25%,SiO2含量由57.56%降至54.16%,仍含有少量微細粒石英砂較難去除,是影響高嶺土品質的關鍵因素。

2.3 優化工藝選礦試驗

2.3.1 砂土分離試驗

砂土分離時將2‰的六偏磷酸鈉作分散劑加入陶瓷球磨機中,適當延長球磨機的磨礦及攪拌時間,使石英顆粒表面凹陷處或裂隙處殘存的黏土狀高嶺土脫落。水力旋流器分離石英砂與高嶺土的粒度控制在400目左右,以降低高嶺土中細粒砂的含量。分離試驗結果見表6。

表6 砂土分級試驗結果(%)

水力旋流器砂土分離時,+400目砂中SiO2含量由85.02%提高到95.78%,分級效果較明顯;-400目細粒級較-325 目常規條件Al2O3含量提高了0.65%,SiO2含量為58.43%,仍有部分細砂存在,需調整旋流器參數以強化砂土分離效果。

2.3.2 石英優化條件選礦試驗

水力旋流器分級產出的石英砂經立環兩次強磁選除去氧化鐵、鈦雜質礦物,輔以擦洗工藝脫除部分高嶺士,經電磁漿料強磁深化除雜后,再經螺旋溜槽重選去除比磁化率較低但比重大的硫鐵礦、硅酸鐵、氧化鐵、氧化鈦等礦物,獲得混合石英精礦產品。各作業段優化試驗結果見表7。

表7 石英優化選礦試驗結果(%)

+400目石英砂優化選礦工藝后,可選得含SiO298.67%、Fe2O30.012%的石英砂精礦,鐵含量符合標準,硅含量略低。平板玻璃用石英砂粒度要求為-20+150目,應選擇篩分方式進行分級,以產出不同品質的合格石英砂工業產品。

2.3.3 石英精礦篩分試驗

經優化條件試驗,溜槽石英精礦Fe2O3含量0.012%、粒度為-20+400目,粒級范圍較寬。選擇100目、150目等標準篩進行粒度篩析,粒度篩析結果,如表8所示。

表8 石英精礦篩析結果(%)

精礦經不同粒度篩析,-20+150目粒級產品的產率為83.73%、SiO299.01%、Fe2O30.010%達到優質玻璃用石英砂質量標準,其中-20+100目粒級產品含SiO299.26%、Fe2O30.0085%,達到超白玻璃石英砂質量標準。-150+400 目粒度產品SiO296.93%、Fe2O30.023%,可用作化工、填料等工業產品。

2.3.4 高嶺土優化條件選礦試驗

-325目高嶺土常規細度時Al2O3含量僅為27.50%,經電磁漿料磁選機兩次強磁除雜后,精礦中Al2O3含量提高至30.63%,再經1 000 目分級后Al2O3含量提高至33.25%,距常規36%左右的質量要求差距較大,細粒、微細粒石英砂含量較高是影響高嶺土品質的主要因素。所以高嶺土的優化條件試驗采用水力旋流器預分級,-400目高嶺土經電磁漿料兩次強磁去除氧化鐵、鈦礦物,再以水力旋流器細分級,-1 000目高嶺土經電磁漿料磁選機深度強磁除雜,分選出合格高嶺土和細粒石英砂精礦兩種產品。試驗結果見表9。

表9 高嶺土優化選礦試驗結果(%)

高嶺土的優化試驗指標中,Al2O3含量由29.01%提高至34.12%,SiO2含量由58.05%降低至52.78%,白度由74.38%提高至87.21%。試驗結果說明,針對此種含微細粒分布的砂質高嶺土礦,調整水力旋流器的設備參數進行細分級可有效地達到提鋁降硅的分選效果[5]。

2.3.5 高嶺土深度提純試驗

精礦中Al2O3含量為34.12%,燒制的餅仍產生微細裂隙,說明細砂仍在影響高嶺土的可塑性和粘結性。產品中所含氧化鐵、鈦礦物的比磁化率較低或嵌布粒度較細難以去除,故選擇磁場強度為5.5 T 的低溫超導磁選機進行高場強深度提純工藝,試險結果見表10。

表10 高嶺土提純試驗結果(%)

高嶺土經超導磁選機深度提純后,Al2O3合量由34.12%提高至35.43%,白度由87.21%提高至90.62%,達到優質造紙級精礦產品質量要求。試驗結果說明,高場強的低溫超導磁選機對細粒及微細粒且比磁化率較低的氧化鐵、鈦礦物有較為明顯的磁力捕獲效果[6]。

2.4 優化條件選礦全流程試驗

表11 全流程試驗結果(%)

圖2 湖南某細粒砂質高嶺土優化條件綜合選礦試驗流程

在各條件試驗基礎上進行細粒砂質高嶺土全流程試驗:原礦加分散劑磨礦—攪拌—旋流器400目砂土分離,①+400目細度的石英砂采用立環高梯度磁選機兩次強磁除雜—擦洗—水力旋流器砂土分離—+1 000目石英砂經電磁漿料高梯度磁選機強磁除雜—溜槽重選—精礦分級的試驗流程,其中經擦洗分級產出的-1 000目高嶺土并入高嶺土漿料三作業。②-400 目細度的高嶺土產品采用電磁漿料高梯度磁選機兩次強磁除雜—水力旋流器分級—1 000目高嶺土經電磁漿料和超導磁選機深度提純,其中旋流分級產出的+1 000目細砂并入石英砂溜槽重選作業。綜合選礦試驗流程見圖2,試驗結果見表11。

3 結論

(1)細粒、微細粒分布的砂質高嶺上,采用常規的選礦工藝無法產出合格的高嶺土工業產品,依據礦物間的嵌布粒度、賦存狀態、比磁化率、密度等理化性能的差異,采用磨礦、攪拌、分級、磁選、擦洗、重選、篩分等聯合選礦流程,可有效分選出合格的石英砂、高嶺土、硅微粉等工業產品。

(2)通過優化條件選礦工藝,可獲得產率為50.80%、SiO299.08%、Fe2O30.010%-20+150目粒級的晶質玻璃石英砂精礦產品,其中-20+100目粒級產率為34.52%、SiO299.27%、Fe2O30.008 9%,達到超白玻璃砂質量標準。同時獲得產率為23.46%、Al2O335.69%、白度90.28%的優質造紙工業用高嶺土產品及產率為10.51%、SiO297.83%%、Fe2O30.026%的可作化工、填料用的硅微粉工業產品,產品綜合選礦利用率達到84.77%。為此種類型的細粒難選砂質高嶺土礦除雜提純提供了可靠的技術依據。