低品位长石矿加工的研究进展

李学伟，管俊芳，田晶晶，高惠民，张凌燕

(武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北 武汉 430070)

长石是钾、钠、钙、钡等碱金属或碱土金属的铝硅酸盐矿物，晶体结构属架状结构。其主要化学成分为SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、CaO等[1]。长石族矿物是地壳中分布最广的矿物，约占地壳总重量的50%，是一种普遍存在的造岩矿物。60%的长石赋存在岩浆岩中，30%分布在变质岩中，10%存在于沉积岩碎屑岩中，但只有在相当富集时长石才能成为工业矿物[2]。长石矿物富含钾、钠等碱金属，熔融温度较低(1100～1200℃)，熔融间隔较长，具有较强的助熔性和较高的化学稳定性，因此广泛地应用于玻璃、陶瓷等工业[3]，例如玻璃熔剂、陶瓷坯体配料陶瓷釉料、搪瓷原料等。另长石可作为磨料、钾长石可作为提取钾肥的优质原料，月光石、日光石等可作宝石材料。

自然界高品质的长石矿资源有限，大部分长石矿都为低品质的长石矿，需通过选矿去除脉石矿物和有害的杂质元素。目前，陶瓷行业高等级的产品对长石质量要求越来越高，尤其是铁钛含量和脉石含量，这就对长石矿的加工提出了更高的要求。

1 影响长石精矿质量的因素

1.1 长石矿中的杂质元素与杂质矿物

长石矿中杂质元素和杂质矿物与长石矿的矿床类型有关，例如伟晶岩型长石矿床和岩浆岩型长石矿床，其矿石的脉石矿物的种类、大小等不同。但其主要有害杂质元素一致，主要是铁和钛两种金属元素[4]。有害杂质矿物主要有：粘土矿物、石英、白云母、黑云母、金红石、磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿[5-6]。有些长石原矿中还含有磷灰石、黄铁矿、锆石、榍石、绿帘石、石榴子石、褐帘石、角闪石、电气石等[5,7]。

1.2 长石矿中铁、钛元素的赋存状态

长石矿中铁的赋存状态有三类：①粗粒的磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿单体和集合体等，赤褐铁矿集合体分布在长石粒间，有的呈细脉状贯穿在长石中，这种集合体一般粒度较粗，易于选别；②以铁染形成的氧化铁淋漓渗透污染长石的表面，氧化铁沿着裂缝、矿物间及钾长石的解理缝贯入分布，形成铁的氧化物的薄膜，这种铁染形成的氧化铁大大增加了除铁的难度[6]；③含铁的脉石矿物，例如铁钛矿、黑云母、电气石、角闪石、绿帘石、褐帘石、黄铁矿等，虽然这类矿物一般含量较低，但对长石精矿的质量影响较大，而且这类矿物采用传统的单一加工方法很难去除，这就会增加了除铁工艺流程，增加选矿的成本。

目前，国内外关于长石中钛杂质的研究很少，只指出长石中钛主要赋存在金红石(或锐钛矿)、钛铁矿和少量榍石中[4]，而关于钛元素在脉石中详细的赋存状态则鲜有报道，只有贝雷克塔等[8]在研究土耳其爱琴一主要含钛杂质的长石矿床中简要指出：“该地区长石矿中钛杂质以侵染形式赋存于脉石中。”随着长石选矿技术的发展，关于长石中的钛杂质，我们还需要做更进一步的研究。

选别长石矿，系统了解矿石中脉石矿物的种类和嵌布特征是加工的基础。

2 矿石的粉碎工艺

2.1 粉碎

长石矿的粉碎工艺包括破碎与磨矿。长石的粉碎一方面是为了满足最终产品的粒度要求，另一方面也是除杂工艺的需要。目前，长石磨矿主要分为干法和湿法两种方式，湿法磨矿效率比干法高，且不易出现“过磨”现象。玻璃行业长石加工大多选用钢棒介质磨矿，磨矿效率高，且粒度均匀，但有铁质污染，导致长石质量不高；陶瓷行业采用石质轮碾或瓷球磨矿，磨矿效率低，能耗高。在保证长石产品高质量的基础上，实现高效率磨矿和连续化生产是长石加工提纯研究的一项重要课题[4]。

陈国安[10]采用“锤式破碎→摆式磨粉→磁选”的工艺流程，获得了含Fe2O30.05%的优质长石精矿。高惠民等[11]采用“湿式棒磨与螺旋分级闭路—弱磁选与强磁选”工艺流程，使Fe2O3含量0.17%的长石矿经一次选别后，获含Fe2O30.09%的长石精矿，产率达92.2%。

2.2 洗矿与脱泥

洗矿适用于产自风化花岗岩或长石质砂矿的长石，主要是去除粘土、细泥和云母等杂质，即可降低长石矿中Fe2O3含量，又可提高长石矿中钾、钠含量。洗矿工艺常采用振动筛或洗矿槽，它是利用粘土、细泥、云母粒度细小或沉降速度小(比重轻)，在水流作用下易与粗粒长石分开[9]。脱泥主要是为了除去矿石中的原生矿泥及因磨矿等产生的次生矿泥，防止大量细泥影响后续作业(如浮选、磁选等)的选别效果。通常在单一或复合力场中脱泥，常用设备有脱泥斗、离心机、水力旋流器等[4]。另外，由于胺类捕收剂对矿泥很敏感。RNH3+易吸附在荷负电的矿泥颗粒表面，这样不仅要消耗大量的捕收剂，而且常会造成大量黏性泡沫，使过程失去选择性，降低浮选效果。所以使用胺类捕收剂时浮选矿浆需进行预先脱泥[12]。

3 选矿工艺

3.1 磁选

由于长石中的铁矿物、黑云母、角闪石和电气石等都具有一定的磁性，因此在外加磁场的作用下可与长石分离。一般地，长石中这类矿物磁性较弱，只有采用强磁选设备才能获得较好的分选效果。

3.1.1 磁选设备

目前，国内用于长石除铁的磁选设备主要有：永磁辊式强磁选机、永磁筒式中强磁场磁选机、电磁平环强磁选机、电磁感应辊式强磁选机、高梯度强磁选机及超导强磁选机等[13-14]。

根据工艺流程及物料性质选择磁选设备原则一般为[14]：①优先采用永磁磁选机，只是在质量要求较高或永磁磁选设备无法实现的情况，再考虑电磁磁选设备；②先弱磁后强磁；③微细粒时采用湿式分选；④高精度分选时可采用干式分选；⑤选择合适的分选粒度，在达到产品粒度要求的情况下，尽量在较粗的粒度下进行除铁作业；⑥避免铁杂质的二次混入。当长石中含有较多磁铁矿时，应当考虑先进行一次弱磁选或中磁选，再进行强磁选，这样不仅可以避免强磁选机的堵塞，还能减少强磁性矿物的夹杂造成钾长石的损失，可采用磁性物回收较充分的湿式逆流型永磁筒式磁选机实施[5]。

3.1.2 磁选工艺

王会云等[13]利用国内常用的稀土永磁辊式强磁选机、电磁除铁器、SHP湿式强磁选机和湿式筒式强磁选机，进行了探索性磁选试验，结果表明，由于-44μm钾长石粉粒度偏细，采用一般的磁选机很难获得Fe2O3含量0.1%以下甚至更低的超纯钾长石精矿。而采用其研制的新型高效长石除铁强磁选机对平江-44μm长石粉进行磁选，可将原矿Fe2O3的含量由0.17%降低到0.03%，达到了国际领先水平。高惠民等[15]利用高梯度磁选机进行了除铁试验研究，采用干磨和湿磨两种方式，结果表明，在这两种方式中，磁选除铁效果都很好，经过高梯度磁选除铁后的长石粉作釉料时，烧成的陶瓷釉面没有黑色铁斑点，提高了瓷器的等级。而未经磁选的长石粉作釉料时，即使其铁含量很低，有时也会在瓷器表面形成黑色斑点。周奇珍[16]采用新型DLSD-15超精细高梯度湿式磁选机除铁，除铁率最差达81.51%，且精矿中铁的含量较低，为0.05%，达到很好的除铁效果。当煅烧温度都为1200℃时，没经过除铁前，产品煅烧后的白度为23.4，通过新型DLSD系列超精细高梯度湿式磁选机除铁后，其白度最低可达73.8，平均可达74.1，因此，除铁后产品的白度明显增，为用户带来更可观的经济效益。

3.2 浮选

对长石浮选国内外已进行了大量的试验研究，主要致力于对阴离子捕收剂、阳离子捕收剂和活性剂进行长石分离和回收的作用机理的研究。

3.2.1 长石与云母的分离

云母易在粗磨的条件下进行浮选，通常使用反浮选的方法除去云母。一方面是为了减少长石在云母浮选中的损失；另一方面，云母磨矿过细会消耗大量价格昂贵的药剂。云母既可以在酸性回路中也可以在碱性回路中浮选，大多数采用酸性浮选法。云母天然可浮性使得它很容易用胺类阳离子捕收剂浮选回收。浮选矿浆用硫酸调到pH值≈3，浮选云母的捕收剂为十二胺[18]。

3.2.2 长石与石英分离

浮选法是分离石英与长石的主要方法，其经历了传统的氢氟酸法(又称有氟有酸法)、无氟有酸法和无氟无酸法几个发展阶段[19]。目前，石英—长石分离技术大致有三种：酸性浮长石法、中性浮长石法及碱性浮石英法。其中，最成熟、应用最广泛的是酸性浮长石法，但这一工艺需要强酸性的介质条件，造成设备腐蚀严重。因此，中性浮长石法和其它几种工艺方法有着良好的应用前景，代表着石英—长石浮选分离工艺的发展方向，尽管目前这些方法还不够成熟，大部分仅限于实验室研究，在工业生产中应用的较少，但是这些工艺方法值得进一步探讨和改进，以便早日实现工业应用[20]。

3.2.3 长石与含铁矿物的分离

一般情况下，长石矿物中的铁主要赋存于云母、黄铁矿、少量赤褐铁矿和含铁的碱金属硅酸盐(例如石榴子石、电气石和角闪石)。通常，在pH值2.5～3.5的酸性条件下，采用胺类阳离子捕收剂可浮出云母；在pH值5～6的酸性条件下，采用黄药类捕收剂可浮选出黄铁矿等硫化矿物；在pH值3～4的酸性条件下用磺酸盐类捕收剂可浮选出含铁硅酸盐[5]。Gulsoy等[21]利用两段浮选进行了从实验室浮选测试到工业应用的试验研究，并得到很好的效果。首先，采用牛脂胺醋酸盐作为捕收剂，用50%的MIBC和50%的松油作为起泡剂，在pH值为2.5～3的条件下去除云母。然后，使用油酸钠，pH值为5.5～6.5，在磨矿粒度-300μm的条件下除去钛、铁氧化物。其最终得到TiO2+Fe2O3＜0.12%的高品质精矿，此法得以在工业中应用。范海宝等[22]在pH值为5的弱酸条件下，用油酸钠进行单一浮选除铁，得到Fe2O3＜0.2%的长石精矿，达到工业要求。

3.2.4 长石与含钛矿物的分离

长石矿中钛主要赋存在金红石(或锐钛矿)、钛铁矿和少量榍石中[4]。在pH值4～6的范围内，使用脂肪酸作捕收剂，金红石(或锐钛矿)是很易浮选的，但其可浮性是按下列顺序依次下降，油酸＞亚油酸＞亚麻酸。利用石油磺酸盐或脂肪伯胺乙酸盐，在pH值2.5的酸性条件下也可以浮选金红石(或锐钛矿)，并具有更好的选择性。也可使用羟肟酸钾，或将琥珀酸酰胺盐与磺酸盐混合使用浮选金红石(或锐钛矿)[5]。目前只有很少的文献资料介绍榍石的浮选性能，表明榍石能用油酸及其皂类进行浮选，但这一浮选过程对于存在的矿泥是很敏感的[4]。Celik[23]用油酸钾、油酰基肌氨酸和羟肟酸盐在磁选前和磁选后用来浮选有颜色的杂质矿物(主要是金红石和云母)。试验结果表明，油酰基肌氨酸比其他捕收剂能获得跟更好的结果。Bozkurt等[24]先用一种名为Procol CK921的全新捕收剂去除长石矿中的黑云母，其用量450g/t，pH值2.5，效果非常好。然后使用SM15与SM35联合浮选去除钛、铁杂质，最后再用Armac C和MIBC进行浮选，得到高品位长石精矿，Procol CK921捕收剂的作用机理还正在研究中。

3.3 磁—浮等联合流程

某些高铁极难选长石矿，不仅含铁很高，而且其中部分铁矿物是以铁染形式渗透于长石解理间，对于这些矿物，如果采用单一选别工艺都不能满足精矿要求时，可以采用联合流程。徐龙华等[25]对四川某低品位长石采用“磁选—浮选”联合工艺，获得合格的钾钠长石精矿，且可综合回收石英。庞玉荣等[6]采用“反浮选—强磁选”联合工艺流程，获得K2O+Na2O含量为13.92%、Fe2O3含量为0.2%的钾长石精矿。李晓燕等[12]采用“磁选—脱泥—浮选”联合工艺流程将长石中的铁降低到0.051%，二氧化钛降低到0.018%，氧化钙降低到0.05%，氧化钾达到13.39%，长石产率达到87%。

3.4 其他选矿工艺

3.4.1 酸浸

酸浸是去除长石杂质的有效方法，它往往是处理长石中含有极细微嵌晶结构的杂质。采用较大的硫酸浓度、较高的酸浸温度和较长的酸浸时间，除铁效果较好，均明显优于摇床重选和湿法磁选的物理除铁方法[5]。但是，酸浸工艺存在环境问题，在长石加工工艺中一般不采用。

3.4.2 生物浸取

这种方法主要是用来去除极细长石微粒中的含铁矿物。铁可以作为某些微生物的电子载体和能量源，与微生物作用时发生氧化、还原反应，变成可以溶解的离子态，此过程产生的有机酸也会使杂质矿物溶解，再通过水洗即可将杂质矿物除去[13]。生物浸取具有操作简单、环境污染小等优点，国外学者将其与其他方法配合使用得到了含铁量低于0.02%的高纯长石精矿，国内这方面的研究则较少。

4 结语

随着优质长石资源的减少，低品位长石已成为长石矿加工的主要资源，另外，下游企业对长石精矿品位的要求越来越高，这势必对长石矿的加工提出更高的要求，单一的选矿提纯工艺已不能满足市场的需求，采用多种选别作业，如脱泥，磁选，浮选等组成联合工艺流程将会成为长石矿加工的主要途径。

随着国家环境保护政策的完善，“无氟无酸”长石—石英分离技术代表着浮选工艺的发展方向。另外，国外对生物浸取选矿技术已有较多研究，而国内则很少，应加强对这方面的研究与应用。

[1]张兄明,张英亮.长石选矿工艺研究[J].中国非金属矿工业导刊,2012(3):32-35.

[2]陶维屏.中国工业矿物和岩石(上册)[M].北京:地质出版社,1987.

[3]孙宝岐,吴一善,梁志标,等.非金属矿深加工[M].北京:冶金工业出版社,19 95.

[4]郑光军.低品质钾钠长石矿选矿提纯实验研究[D].武汉:武汉理工大学,2007.

[5]任子杰,罗立群,张凌燕.长石除杂的研究现状与利用前景[J].中国非金属矿工业导刊,2009(1):19-22.

[6]庞玉荣,孟建卫,庞雪敏,等.某高铁钾长石矿的选矿实验研究[J].现代矿业,2009,488(12):24-26.

[7]宋翔宇,杨中正,于力,等.某地钾长石矿选矿试验及机理研究[J].非金属矿,2002,25(5):39-40.

[8]贝雷克塔 I,厄塞英 S,许孙曲.用磺酸盐、琥珀酰胺酸盐和植物油皂浮选富集含钛钠长石[J].国外选矿快报,1998(21):1-4.

[9]李小静,张福存,方大文.长石精加工现状及发展趋势[J].金属矿山,2003(2):46-47.

[10]陈国安.长石选矿工艺流程除铁实验研究[J].矿产保护与利用,2000(6):21-23.

[11]高惠民,袁继祖,张凌燕,等.长石选矿工艺研究[J].中国非金属矿工业导刊,1999(4):24-25.

[12]李晓燕,康凯,孙建,等.某地钾长石选矿试验研究[J].科技致富向导,2012(3):275-276.

[13]王会云,李小静.超纯长石粉磁选工艺及设备研究[J].矿产保护与利用,2004(3):37-38.

[14]冉红想,卢刚.强磁选机设备在非金属矿除铁中的应用[J].有色金属(选矿部分),2011(S1):150-151.

[15]高惠民,袁继祖,张凌燕,等.长石除铁实验研究[J].中国陶瓷,2006,42(4):46-48.

[16]周奇珍.新型超精细高梯度湿式磁选机在长石除铁中的应用[J].佛山陶瓷,2012(1):14-16.

[17]HEYES G W,ALLAN G C,BRUCKARD W J.Review of flotation of feldspar[J].Mineral Processing and Extractive Metallurgy(Trans.Inst.Min.Metall.C),2012,121(2):72-76.

[18]熊文良,杨永涛.青海某钾长石资源综合利用试验研究[J].矿产综合利用,2007(2):10-12.

[19]侯清麟,陈琳璋,银锐明,等.石英—长石的浮选分离工艺研究[J].湖南工业大学学报,2011,25(3):27-29.

[20]于福顺.石英长石无氟浮选分离工艺研究现状[J].矿产保护与利用,2005(3):53-54.

[21]GULSOY O Y,CAN N M,ERSAYIN S,BAYRAKTAR I.Two stage flotation of sodium feldspar from laboratory to indus trial application[J].Mineral Processing and Extractive Metallurgy(Trans.Inst.Min.Metall.C),2004,113(12):139-144.

[22]范海宝,吕宪俊,王志明,等.某高铁钾长石矿除铁试验研究[J].中国矿业,2011,20(7):95-98.

[23]CELIK M S.Removal of titanium impurities from feldspar ores by new flotation collectors[J].Minerals Engineering,1998,11(12):1201-1208.

[24]BOZKURT V,UCBAS Y,KOCA S.Recovery of feldspar from trachyte by flotation[J].Minerals Engineering,2006(19):1216-1217.

[25]徐龙华,巫侯琴,王维清,等.四川某低品位长石矿选矿提纯实验研究[J].非金属矿,2012,35(4):29-31.