高嶺土尾礦綜合回收選礦試驗(yàn)研究*

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

(山東華特磁電科技股份有限公司 山東 濰坊 262600)

前言

高嶺土類礦物是由高嶺石、地開石、珍珠石、埃洛石等微細(xì)片狀或管狀高嶺石族礦物組成，一般含有黏土礦物和非黏土礦物兩類，黏土礦物主要是高嶺土、水云母、蒙脫石，非黏土礦物主要為石英、長石、云母、褐鐵礦、赤鐵礦、鈦鐵礦、有機(jī)炭、植物纖維等。根據(jù)其成因、質(zhì)量、可塑性和砂質(zhì)含量，可劃分為硬質(zhì)高嶺土、軟質(zhì)高嶺土和砂質(zhì)高嶺土三種工業(yè)類型。高嶺土在陶瓷、造紙、橡膠、塑料、涂料、化工、石油、建材、農(nóng)藥等領(lǐng)域用途廣泛[1]。

砂質(zhì)高嶺土主要成分是高嶺土、石英、云母、長石、有機(jī)物、氧化鐵等礦物，具有質(zhì)松軟和可塑性差、除砂后可塑性較強(qiáng)、砂質(zhì)含量≥50%等特點(diǎn)。砂質(zhì)高嶺土一般3～6 t原礦能選出1 t高嶺土精礦，生產(chǎn)中產(chǎn)出的砂質(zhì)尾礦堆存占據(jù)大量寶貴的土地資源，一般用作鋪路或低品質(zhì)建筑砂及加工成石英粗砂產(chǎn)品，石英、云母和殘存的高嶺土等有價(jià)礦物未得到充分利用，并造成資源浪費(fèi)和水質(zhì)及土壤的污染。

筆者以福建某砂質(zhì)高嶺土尾礦為研究對象，經(jīng)多次試驗(yàn)探索，選擇了篩分、磨礦、擦洗、分級、磁選、浮選等聯(lián)合選礦工藝流程。該工藝流程可以將高嶺土尾砂分選出合格的石英砂、高嶺土、云母、硅微粉和建材砂等產(chǎn)品，達(dá)到二次資源綜合利用的選礦目的[2]。

1 礦石性質(zhì)

高嶺土尾礦的多元素分析見表1，礦物組成分析見表2。

表1 多元素分析結(jié)果

表2 礦物組成分析結(jié)果

由表1多元素分析結(jié)果可知，主礦物石英SiO2含量為82.86%，具有較高的選礦價(jià)值。由表2礦物組成分析結(jié)果可知，除了石英以外，高嶺土和云母兩種礦物同樣具有回收價(jià)值，主要雜質(zhì)為磁鐵礦、氧化鐵礦、鈦鐵礦和綠泥石等含鐵、鈦氧化礦物。

2 選礦試驗(yàn)

2.1 原礦粒度分析

試樣原礦進(jìn)行+0.85 mm、-0.85+0.10 mm、-0.10+0.05 mm、-0.05 mm四個(gè)粒級的粒度篩分分析，考察了各粒級的SiO2和Al2O3含量及產(chǎn)率、分布率等數(shù)據(jù)。粒度分析結(jié)果見表3。

表3 原礦粒度分析結(jié)果

由表3粒度篩分分析及目測結(jié)果可知，+0.85 mm粒級中主要為粗粒石英和少量片狀云母，-0.85+0.10 mm粒級主要為石英和少量的細(xì)片云母，-0.10+0.05 mm粒級主要含細(xì)粒石英和云母粉，-0.05 mm粒級中主要為高嶺土和少量細(xì)粉狀石英砂。石英、云母、高嶺土三種礦物的分布狀態(tài)較有規(guī)律，適合于分級選別工藝。

2.2 磨礦—擦洗—分級試驗(yàn)

平板玻璃用石英砂粒度要求為-0.85+0.10 mm，原礦粒度篩分時(shí)+0.85 mm粒級產(chǎn)率為15.56%，粗粒產(chǎn)品所含的石英砂品質(zhì)較優(yōu)，另有少量片狀白云母。將這部分粗粒砂經(jīng)陶瓷球磨機(jī)磨至-0.85 mm，經(jīng)攪拌擦洗后再以水力旋流器分出沉砂與溢流兩種產(chǎn)品。試驗(yàn)流程見圖1，分級試驗(yàn)結(jié)果見表4。

圖1 磨礦分級試驗(yàn)流程

表4 磨礦分級試驗(yàn)結(jié)果

磨礦可將粗粒石英顆粒磨至合格粒度，增加精礦產(chǎn)率；擦洗可使殘存的高嶺土與石英砂解離；旋流器分級可將細(xì)粉與顆粒狀分開。

表4磨礦分級試驗(yàn)結(jié)果可知，溢流產(chǎn)品中Al2O3分布率為83.31%，大部分礦物為高嶺土和云母粉，另有極少量細(xì)粒石英砂，Al2O3含量由12.04%提高至36.03%；沉砂中SiO2分布率為83.18%，基本上為石英和少量云母片等，SiO2含量由82.86%提高至95.51%。高嶺土和云母粉易懸浮，石英砂易沉降，利用這一物理性質(zhì)差異，采用水力旋流器可將石英砂與云母粉、高嶺土等進(jìn)行有效地分離[3]。

2.3 溢流強(qiáng)磁除雜—分級試驗(yàn)

旋流器溢流產(chǎn)品中主要礦物為高嶺土和云母粉，雜質(zhì)主要為細(xì)粒及微細(xì)粒氧化鐵、鈦和綠泥石等弱磁性礦物，另有少量的細(xì)粉狀石英砂等。云母粉呈+0.05 mm細(xì)片狀，高嶺土呈-0.05 mm細(xì)粉狀。依據(jù)這幾種礦物間的比磁化率和賦存狀態(tài)等差異，試驗(yàn)采用鋼板網(wǎng)介質(zhì)的1.6 T電磁漿料機(jī)一次強(qiáng)磁除雜和非磁性物經(jīng)300目高頻振動(dòng)篩分的流程進(jìn)行分選。除雜分級試驗(yàn)流程見圖2，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

圖2 溢流強(qiáng)磁除雜分級試驗(yàn)流程

表5 溢流強(qiáng)磁除雜分級試驗(yàn)結(jié)果

溢流產(chǎn)品經(jīng)強(qiáng)磁除雜+篩分流程，分別得細(xì)片狀云母粉、高嶺土兩種精礦，其中云母粉測得自然白度為68.24%，高嶺土精礦1 200 ℃燒餅，并測白度為78.81%，均達(dá)到合格的精礦產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 石英砂強(qiáng)磁除雜試驗(yàn)

旋流器的沉砂為-0.85+0.03 mm石英砂，主要雜質(zhì)為白云母、高嶺土、磁鐵礦、褐鐵礦、赤鐵礦、鈦鐵礦、電氣石、綠泥石、長石等。含鐵、鈦金屬礦物和硅酸鐵礦物均有弱磁性，可用強(qiáng)磁選方式去除[4]。試驗(yàn)選擇高導(dǎo)磁不銹鋼棒介質(zhì)的高梯度立環(huán)磁選機(jī)兩次除雜流程。試驗(yàn)流程見圖3，除雜結(jié)果見表6。

圖3 沉砂立環(huán)強(qiáng)磁除雜試驗(yàn)流程

表6 沉砂強(qiáng)磁除雜試驗(yàn)結(jié)果

表6強(qiáng)磁除雜試驗(yàn)結(jié)果可知，一次立環(huán)選得石英砂精礦中SiO2含量由95.51%提高至97.82%，兩次立環(huán)選得石英砂精礦中SiO2含量提高至98.93%，Al2O3含量由2.78%降至0.95%，F(xiàn)e2O3含量由0.37%降至0.023%，說明立環(huán)強(qiáng)磁除雜提純效果明顯。立環(huán)尾礦中主要為白云母、氧化鐵、硅酸鐵和連生體等雜質(zhì)，但石英砂精礦中仍含有少量的片狀云母、長石、包裹鐵和鈣鎂礦物，影響著精礦品質(zhì)。

2.5 石英砂反浮選—分級試驗(yàn)

立環(huán)強(qiáng)磁除雜后石英砂粗精中的主要雜質(zhì)是少量片狀白云母、氧化鐵和硅酸鐵及含鋁、鈣、鎂礦物。其中氧化鐵和硅酸鐵等礦物基本上呈微細(xì)粒連生體或包裹體賦存，這部分雜質(zhì)的比磁化率較低，采用強(qiáng)磁選方式難以去除，但浮選法可以將這部分雜質(zhì)有效選出。

采用碳酸鈉用量1 000 g/t調(diào)整礦漿PH值為9，陰離子HT-3用量400 g/t做捕收劑，進(jìn)行反浮選除雜試驗(yàn)。浮選所得石英砂精礦粒度為-0.85+0.03 mm，參照平板玻璃用石英砂精礦-0.85+0.10 mm的粒度標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)采用0.10 mm(150目)進(jìn)行篩分。試驗(yàn)流程見圖4，試驗(yàn)結(jié)果見表7。

圖4 石英砂反浮選—分級試驗(yàn)流程

表7 石英砂反浮選—分級試驗(yàn)結(jié)果

立環(huán)精礦經(jīng)反浮選+分級流程，中粒石英砂精礦SiO2含量由98.73%提高至99.10%，雜質(zhì)Al2O3和Fe2O3含量分別降至0.70%和0.017%；細(xì)粒石英砂精礦中的SiO2、Al2O3、Fe2O3含量均略高，與礦物間呈包裹狀態(tài)有關(guān)；浮選云母的脂肪酸類藥劑對微細(xì)粒含鐵、鋁、鈣、鎂等礦物同樣有捕收作用[5]，故選出的云母產(chǎn)品中雜質(zhì)較多，可與強(qiáng)磁選尾礦合并為同一產(chǎn)品。

2.6 綜合選礦流程試驗(yàn)

綜合各段選礦試驗(yàn)條件，高嶺土尾砂做最終篩分—磨礦—擦洗—分級—強(qiáng)磁+分級—強(qiáng)磁+反浮選+篩分的全流程試驗(yàn)，其中高嶺土為電磁漿料磁選機(jī)一次強(qiáng)磁除雜流程，石英砂為立環(huán)高梯度磁選機(jī)兩次除雜流程，反浮選時(shí)采用碳酸鈉用量1 000 g/t調(diào)整礦漿pH值為9，陰離子HT-3捕收劑用量400 g/t，流程為一次粗選。綜合選礦試驗(yàn)流程見圖5，試驗(yàn)結(jié)果見表8。

圖5 高嶺土尾砂綜合選礦試驗(yàn)全流程

表8 高嶺土尾砂綜合選礦試驗(yàn)指標(biāo)

綜合全流程試驗(yàn)中，高嶺土尾砂經(jīng)分級、磨礦、擦洗、分級、強(qiáng)磁+分級、強(qiáng)磁+浮選+分級等聯(lián)合選礦試驗(yàn)流程，分別選出云母粉、高嶺土、石英砂、硅微粉等四種合格的精礦產(chǎn)品，電磁漿料和立環(huán)及反浮選等三個(gè)流程所得的磁性尾礦合并為總尾礦。其中主產(chǎn)品石英精礦含SiO299.10%、Fe2O30.017%，達(dá)到一級品平板玻璃用石英砂的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

(1)福建某砂質(zhì)高嶺土尾砂中主要礦物為石英、云母、高嶺土等，有害雜質(zhì)有氧化鐵、氧化鈦、硅酸鐵等。石英砂大部分呈0.03～1 mm粗、中、細(xì)粒分布，云母大部分呈0.05～0.37 mm片狀和細(xì)片狀賦存，高嶺土呈-0.05 mm細(xì)粒、微細(xì)粒存在于石英和云母等礦物表面或裂隙中。其中石英、云母、高嶺土等三種礦物具有較高的選礦利用價(jià)值。

(2)利用不同礦物間的比磁化率和賦存狀態(tài)等差異，選擇分級磨礦、擦洗分級、強(qiáng)磁分級、浮選分級等聯(lián)合選礦試驗(yàn)流程可有效地分選出白度為68.24%工業(yè)級云母粉、白度為78.81%陶瓷級高嶺土、SiO2含量為99.10%玻璃級石英砂，SiO2含量為98.12%化工級硅微粉等四種精礦產(chǎn)品，磁選和浮選出的合并尾礦主要為石英砂、白云母、硅酸鐵、氧化鐵、鈦鐵礦、長石等礦物，可用作加氣磚建材或水泥原材料，實(shí)現(xiàn)了尾礦零排放和二次資源綜合回收利用。