福建某砂質高嶺土高效利用選礦試驗研究*

王 前 王兆連 張鵬翔, 張義廷 王茂松

(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)

砂質高嶺土質松散、砂質含量大于50%,化學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,其余的礦物為雜質無回收價值[1]。砂質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],我國砂質高嶺土主要以開采原礦和產品粗加工為主,淘洗率較低,生產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[3]。因此加強砂質高嶺土的選礦提純和綜合利用研究,對提高礦山經濟效益和環境保護具有重要意義。以福建某地砂質高嶺土為研究對象,結合工藝礦物學研究結果,采用分級-磨礦-高梯度磁選-超導磁選的選礦工藝流程,可獲得合格的高嶺土、石英、長石精礦,為科學高效的開發砂質高嶺土資源提供借鑒和參考。

1 試驗部分

1.1 原礦性質

福建某地砂質高嶺土原礦化學多元素分析結果見表1。

表1 原礦化學多元素分析結果表(質量%)

由表1 可知,原礦中SiO2含量很高,達到73.72%,說明石英含量很高。經礦物物相分析表明: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 試驗設備及試劑

試驗磁選設備:山東華特磁電科技股份有限公司生產的LHGC-Z型立環高梯度磁選機、HTDZ-AF電磁漿料磁選機,濰坊新力超導磁電科技有限公司生產的CGC-100低溫超導磁選機。

試驗試劑為六偏磷酸鈉。

1.3 試驗方法

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粒級中,所以原礦優先篩分分級,然后分別對石英、長石、高嶺土進行選礦除鐵提純試驗研究。

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保,在礦山企業中有著廣泛的應用。其中山東華特磁電科技有限公司生產的立環高梯度磁選機、電磁漿料機在石英長石除鐵降雜方面有較好的選別效果[4～5]。濰坊新力超導磁電科技有限公司生產的低溫超導磁選機因具備極高的背景場強、除鐵率高、對弱磁性微細顆粒有較好的捕收能力、綠色環保、能耗低、分選范圍廣、自動化程度高等優越性能,可在高嶺土除鐵增白方面發揮重要作用[6]。

2 結果與討論

2.1 分級試驗

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,所以原礦優先篩分分級,然后分別對石英、長石、高嶺土進行選礦試驗研究。原礦充分攪拌后,按圖1所示流程將原礦分為3個粒級,并分別進行化學多元素分析。分級結果如表2所示。

圖1 分級試驗流程圖

表2 分級試驗結果表(%)

由表2可知,+5 mm 粒級產率45.21%,SiO2含量為94.57%,說明該粒級含有大量優質石英砂,可通過除鐵降鋁獲得高品質石英砂精礦。-0.5+0.045 mm 粒級Al2O3含量為13.94%,屬于中間產物,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

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

2.2.1 立環磁選場強試驗

考察磁場強度對石英提純的影響。+5 mm 粒級采用陶瓷球磨機磨至-0.5mm以下,進入立環磁選,立環采用2 mm 介質棒礦漿濃度25%,分別在0.7 T、1.0 T、1.3 T、1.5 T 磁場強度下進行磁選試驗,試驗流程見圖2、試驗結果見圖3。

圖2 立環磁選場強試驗流程圖

圖3 磁場強度對石英砂除鐵的影響

由圖3可知,隨著立環高梯度磁選機磁場強度的加大,石英砂精礦Fe2O3含量呈下降趨勢。當磁感應強度在1.3 T 和1.5 T 之間時,Fe2O3含量曲線變得平緩,高梯度磁選場強為1.5 T 較為適宜。

2.2.2 立環磁選段數試驗

經過一段立環高梯度磁選,石英砂中大部分含鐵雜質已被去除,然而扔有部分較難去除的含鐵雜質殘存,產品中Fe2O3含量仍未達到理想指標。因此需采用多段磁選,試驗分別進行了1段、2段、3段高梯度磁選試驗,場強均為1.5 T,試驗結果見圖4。

圖4 磁選段數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。當增加到三段磁選后,Fe2O3含量變化不大,但精礦產率降低。綜合生產成本和經濟效益,石英砂除鐵以二段磁選為宜。

2.2.3 擦洗試驗

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。為進一步降低粗精礦中Fe2O3含量,以提高石英產品質量,在上述兩段立環強磁選基礎上增加擦洗脫泥工藝。擦洗濃度50%,擦洗時間20 min,擦洗轉速1 300 r/min。其工藝流程見圖5,試驗結果見表3。

圖5 擦洗流程圖

表3 石英砂除鐵試驗結果表(%)

由表3表明,擦洗脫泥除鐵效果比較理想,經擦洗脫泥除鐵后,可獲得SiO2含量99.71%,Fe2O3含量0.01%的石英精礦,達到了光伏玻璃行業用硅質原料的要求。

2.3 長石除鐵提純試驗

由分級結果可知,-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。試驗著重考察磨礦細度和磁選條件對長石除鐵的影響。

2.3.1 磨礦細度試驗

將-0.5～+0.045 mm 礦樣分別磨至-0.15 mm占60%、70%、80%、90%,在1.5 T 磁場強度下進行電磁漿料高梯度磁選機一段磁選,考察磨礦細度對長石除鐵效果的影響。試驗流程如圖6,試驗結果見圖7。

圖6 磨礦細度試驗流程圖

圖7 磨礦細度對長石除鐵的影響

隨著磨礦細度的提高,礦物顆粒解離度越高,磁性顆粒更容易被去除,精礦含鐵量和產率均呈下降趨勢,但磨礦細度-0.15 mm 超過80%時,精礦含鐵量變化不大,產率繼續下降,說明礦物已經過磨。所以試驗磨礦細度選取-0.15 mm 占80%比較合適。

2.3.2 電磁漿料磁選試驗

在-0.15 mm 通過率80%的磨礦細度下,經1.0 T 場強下經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已被去除,但仍有部分較難去除的含鐵雜質殘存,產品仍未達到理想指標。因此采用1.5 T 場強進行二段磁選。試驗流程如圖8,試驗結果見表4。

圖8 長石除鐵試驗流程

表4 長石除鐵試驗結果表(%)

由表4可知,-0.5+0.045 mm給礦試樣磨礦至0.15 mm 占80%的條件下經過1.5 T 電磁漿料磁選機兩道強磁選流程,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。

2.4 高嶺土超導磁選除鐵增白試驗

由分級試驗結果可知,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%。其中濰坊新力超導磁電科技有限公司生產的低溫超導磁選機在高嶺土除鐵降雜方面有較好的選別效果。試驗著重考察磁場強度、磁選段數和磁選預處理對除鐵增白的影響。

2.4.1 超導磁場強度試驗

磁場強度是影響高嶺土除鐵效果的主要因素。通過對比不同場強下精礦產率和白度,確定超導磁選的最佳磁場強度。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。試驗結果見圖9。

圖9 磁場強度對高嶺土除鐵增白的影響

由圖9可知,隨著超導磁選機磁場強度的加大,高嶺土精礦白度逐步提升,

當磁場超過3 T 時,精礦白度變化不大趨于穩定,而產率繼續下降。綜合考慮,超導磁選的磁感應強度為3.0 T。

2.4.2 超導磁選段數試驗

考察增加超導磁選次數對除鐵效果的影響。試驗分別進行一段、二段、三段超導磁選,每段磁選場強為3 T,其他試驗條件不變,試驗結果見圖10。

圖10 磁選段數對高嶺土除鐵增白的影響

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

2.4.3 磁選預處理優化試驗

為進一步提高精礦白度,試驗對-0.045 mm 高嶺土進行1.0 T 電磁漿料預處理后再進入3.0 T 超導磁選機進行二段磁選,其他試驗條件不變。具體試驗流程如圖11,試驗結果見表5。

圖11 高嶺土除鐵增白試驗流程圖

表5 高嶺土除鐵增白試驗結果表(%)

精礦白度為90.5%,達到涂料、造紙行業高嶺土應用標準。

2.5 推薦流程及精礦質量分析

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

圖12 砂質高嶺土選礦工藝流程圖

表6 精礦質量分析表(%)

由表5可知,-0.045 mm 礦樣經過電磁和超導兩次強磁選流程,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到了光伏玻璃行業用硅質原料,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、涂料等領域的應用要求。

3 結論

(1)福建某地砂質高嶺土主要有用礦物石英、高嶺土、長石。根據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、高嶺土進行選礦提純試驗。

(2)+0.5 mm 礦樣經“磨礦-1.5 T 立環強磁選-1.5 T 立環強磁選-擦洗脫泥”流程可獲得SiO2含量99.71%,Fe203含量0.01%的石英精礦,達到了光伏玻璃行業用硅質原料的要求。

(3)-0.5+0.045 mm 礦樣在磨礦至0.15 mm 占80%的條件下經過1.5 T 電磁漿料磁選機兩道強磁選流程,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。

(4)-0.045 mm 礦 樣 經 過1.0 T 電 磁 和3.0 T 超導兩次強磁選流程,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、涂料等領域的應用要求。