湖南某細(xì)粒難選砂質(zhì)高嶺土選礦試驗研究*

彭少偉 王兆連 劉風(fēng)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(jié)性、燒結(jié)性、分散性、吸附性、燒后白度和化學(xué)穩(wěn)定性等特殊性能,廣泛應(yīng)用于陶瓷、造紙、橡膠、涂料、化工、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、航空航天等領(lǐng)域。石英具有堅硬、耐磨、化學(xué)性能穩(wěn)定等特點,廣泛應(yīng)用于玻璃、陶瓷、冶金、化工、電子、橡膠、塑料等工業(yè)領(lǐng)域[1]。國內(nèi)砂質(zhì)高嶺土儲量較大,實際生產(chǎn)中選礦利用率較低,尤其是低品質(zhì)礦床難以分選出合格的工業(yè)產(chǎn)品,造成資源性浪費和經(jīng)濟(jì)效益降低。隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展及日益增長的市場需求,對低品質(zhì)難選的砂質(zhì)高嶺土中所含的石英、高嶺土等基礎(chǔ)礦物材料進(jìn)行加工提純尤顯重要性[2]。

湖南某細(xì)粒砂質(zhì)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(xì)粒、微細(xì)粒均勻分布,采用常規(guī)工藝分選出的高嶺土產(chǎn)品中硅高鋁低,強(qiáng)度、硬度、白度等技術(shù)指標(biāo)均達(dá)不到合格工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)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(chǎn)品,其中石英砂采用強(qiáng)磁除雜、篩分、擦洗、重選提純、分級等工藝流程,高嶺土采用強(qiáng)磁除雜、旋流分級、超導(dǎo)提純等工藝流程,分別產(chǎn)出超白玻璃用石英砂、平板玻璃用石英砂、化工用細(xì)粒石英砂、陶瓷用高嶺土4種合格工業(yè)產(chǎn)品,產(chǎn)品綜合利用率達(dá)到84%以上,取得了較高的經(jīng)濟(jì)效益。

1 原礦性質(zhì)

砂質(zhì)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(jié)果(%)

表2 礦物組成及含量分析結(jié)果(%)

由表1多元素分析結(jié)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(jié)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(zhì),是影響石英、高嶺土產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素。

2 選礦試驗研究

2.1 原礦粒度篩析

砂質(zhì)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(jìn)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(jié)果見表3。

表3 原礦粒度篩析結(jié)果(%)

原礦粒度篩析結(jié)果顯示,產(chǎn)品粒度較細(xì),-0.80+0.043 mm 中粒級產(chǎn)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(xì)粒級產(chǎn)率29.34%,主要礦物為高嶺土和少量細(xì)粒、微細(xì)粒石英砂。主要雜質(zhì)氧化鐵在細(xì)粒級中含量較高,微細(xì)粒石英砂和氧化鐵的賦存狀態(tài)將直接影響到產(chǎn)品的選礦指標(biāo)[4]。

2.2 常規(guī)工藝選礦試驗

砂質(zhì)高嶺土常規(guī)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(jīng)立環(huán)和電磁漿料磁選機(jī)強(qiáng)磁除雜—粗細(xì)砂分級的選礦工藝流程,分別產(chǎn)出中粒砂、細(xì)粒砂、高嶺土或云母等產(chǎn)品。依照常規(guī)選礦工藝流程對湖南砂質(zhì)高嶺土進(jìn)行分選試驗。試驗流程見圖1;試驗結(jié)果見表4。

圖1 砂質(zhì)高嶺土常規(guī)條件選礦試驗流程

表4 常規(guī)工藝分選試驗結(jié)果(%)

砂質(zhì)高嶺土采用常規(guī)的325目分級石英砂和高嶺土兩種產(chǎn)品再分別進(jìn)行除雜的工藝流程試驗時,石英砂產(chǎn)品的選礦指標(biāo)正常,但高嶺土精礦產(chǎn)品存在硅高鋁低的現(xiàn)象,1 200 ℃燒出的餅出現(xiàn)開裂,說明-325目細(xì)粒中除了高嶺土外,還有部分石英細(xì)砂影響著高嶺土的可塑性及粘結(jié)性。

針對高嶺土精礦產(chǎn)品進(jìn)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(jié)果(%)

高嶺土精礦篩析結(jié)果顯示:+600目和-600+1 000目兩個細(xì)粒級中篩出產(chǎn)率分別為2.28%和6.35%、SiO2含量95.86%和94.51%的細(xì)粒石英砂,-1 000目產(chǎn)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(xì)粒石英砂較難去除,是影響高嶺土品質(zhì)的關(guān)鍵因素。

2.3 優(yōu)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(jī)中,適當(dāng)延長球磨機(jī)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(xì)粒砂的含量。分離試驗結(jié)果見表6。

表6 砂土分級試驗結(jié)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(xì)粒級較-325 目常規(guī)條件Al2O3含量提高了0.65%,SiO2含量為58.43%,仍有部分細(xì)砂存在,需調(diào)整旋流器參數(shù)以強(qiáng)化砂土分離效果。

2.3.2 石英優(yōu)化條件選礦試驗

水力旋流器分級產(chǎn)出的石英砂經(jīng)立環(huán)兩次強(qiáng)磁選除去氧化鐵、鈦雜質(zhì)礦物,輔以擦洗工藝脫除部分高嶺士,經(jīng)電磁漿料強(qiáng)磁深化除雜后,再經(jīng)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(chǎn)品。各作業(yè)段優(yōu)化試驗結(jié)果見表7。

表7 石英優(yōu)化選礦試驗結(jié)果(%)

+400目石英砂優(yōu)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(biāo)準(zhǔn),硅含量略低。平板玻璃用石英砂粒度要求為-20+150目,應(yīng)選擇篩分方式進(jìn)行分級,以產(chǎn)出不同品質(zhì)的合格石英砂工業(yè)產(chǎn)品。

2.3.3 石英精礦篩分試驗

經(jīng)優(yōu)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(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行粒度篩析,粒度篩析結(jié)果,如表8所示。

表8 石英精礦篩析結(jié)果(%)

精礦經(jīng)不同粒度篩析,-20+150目粒級產(chǎn)品的產(chǎn)率為83.73%、SiO299.01%、Fe2O30.010%達(dá)到優(yōu)質(zhì)玻璃用石英砂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),其中-20+100目粒級產(chǎn)品含SiO299.26%、Fe2O30.0085%,達(dá)到超白玻璃石英砂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。-150+400 目粒度產(chǎn)品SiO296.93%、Fe2O30.023%,可用作化工、填料等工業(yè)產(chǎn)品。

2.3.4 高嶺土優(yōu)化條件選礦試驗

-325目高嶺土常規(guī)細(xì)度時Al2O3含量僅為27.50%,經(jīng)電磁漿料磁選機(jī)兩次強(qiáng)磁除雜后,精礦中Al2O3含量提高至30.63%,再經(jīng)1 000 目分級后Al2O3含量提高至33.25%,距常規(guī)36%左右的質(zhì)量要求差距較大,細(xì)粒、微細(xì)粒石英砂含量較高是影響高嶺土品質(zhì)的主要因素。所以高嶺土的優(yōu)化條件試驗采用水力旋流器預(yù)分級,-400目高嶺土經(jīng)電磁漿料兩次強(qiáng)磁去除氧化鐵、鈦礦物,再以水力旋流器細(xì)分級,-1 000目高嶺土經(jīng)電磁漿料磁選機(jī)深度強(qiáng)磁除雜,分選出合格高嶺土和細(xì)粒石英砂精礦兩種產(chǎn)品。試驗結(jié)果見表9。

表9 高嶺土優(yōu)化選礦試驗結(jié)果(%)

高嶺土的優(yōu)化試驗指標(biāo)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(jié)果說明,針對此種含微細(xì)粒分布的砂質(zhì)高嶺土礦,調(diào)整水力旋流器的設(shè)備參數(shù)進(jìn)行細(xì)分級可有效地達(dá)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(chǎn)生微細(xì)裂隙,說明細(xì)砂仍在影響高嶺土的可塑性和粘結(jié)性。產(chǎn)品中所含氧化鐵、鈦礦物的比磁化率較低或嵌布粒度較細(xì)難以去除,故選擇磁場強(qiáng)度為5.5 T 的低溫超導(dǎo)磁選機(jī)進(jìn)行高場強(qiáng)深度提純工藝,試險結(jié)果見表10。

表10 高嶺土提純試驗結(jié)果(%)

高嶺土經(jīng)超導(dǎo)磁選機(jī)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(dá)到優(yōu)質(zhì)造紙級精礦產(chǎn)品質(zhì)量要求。試驗結(jié)果說明,高場強(qiáng)的低溫超導(dǎo)磁選機(jī)對細(xì)粒及微細(xì)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(yōu)化條件選礦全流程試驗

表11 全流程試驗結(jié)果(%)

圖2 湖南某細(xì)粒砂質(zhì)高嶺土優(yōu)化條件綜合選礦試驗流程

在各條件試驗基礎(chǔ)上進(jìn)行細(xì)粒砂質(zhì)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(xì)度的石英砂采用立環(huán)高梯度磁選機(jī)兩次強(qiáng)磁除雜—擦洗—水力旋流器砂土分離—+1 000目石英砂經(jīng)電磁漿料高梯度磁選機(jī)強(qiáng)磁除雜—溜槽重選—精礦分級的試驗流程,其中經(jīng)擦洗分級產(chǎn)出的-1 000目高嶺土并入高嶺土漿料三作業(yè)。②-400 目細(xì)度的高嶺土產(chǎn)品采用電磁漿料高梯度磁選機(jī)兩次強(qiáng)磁除雜—水力旋流器分級—1 000目高嶺土經(jīng)電磁漿料和超導(dǎo)磁選機(jī)深度提純,其中旋流分級產(chǎn)出的+1 000目細(xì)砂并入石英砂溜槽重選作業(yè)。綜合選礦試驗流程見圖2,試驗結(jié)果見表11。

3 結(jié)論

(1)細(xì)粒、微細(xì)粒分布的砂質(zhì)高嶺上,采用常規(guī)的選礦工藝無法產(chǎn)出合格的高嶺土工業(yè)產(chǎn)品,依據(jù)礦物間的嵌布粒度、賦存狀態(tài)、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(lián)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(yè)產(chǎn)品。

(2)通過優(yōu)化條件選礦工藝,可獲得產(chǎn)率為50.80%、SiO299.08%、Fe2O30.010%-20+150目粒級的晶質(zhì)玻璃石英砂精礦產(chǎn)品,其中-20+100目粒級產(chǎn)率為34.52%、SiO299.27%、Fe2O30.008 9%,達(dá)到超白玻璃砂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。同時獲得產(chǎn)率為23.46%、Al2O335.69%、白度90.28%的優(yōu)質(zhì)造紙工業(yè)用高嶺土產(chǎn)品及產(chǎn)率為10.51%、SiO297.83%%、Fe2O30.026%的可作化工、填料用的硅微粉工業(yè)產(chǎn)品,產(chǎn)品綜合選礦利用率達(dá)到84.77%。為此種類型的細(xì)粒難選砂質(zhì)高嶺土礦除雜提純提供了可靠的技術(shù)依據(jù)。