江苏某难选蓝晶石矿石选矿试验

路 洋 高惠民 王 芳 洪 礼 管俊芳 张凌燕

(1.武汉理工大学资源与环境工程学院;2.矿物资源加工与环境湖北省重点实验室)

蓝晶石是一种天然高铝矿物，与红柱石、硅线石成同质异形体，统称“三石”，其分子式为Al2(SiO4)O，理论组成为 SiO237.10%、Al2O362.90%［1］。蓝晶石煅烧后形成莫来石，具有耐火度和机械强度高、热膨胀率低、抗化学腐蚀性和抗热冲击性强的特点，因此主要用于生产冶金工业耐火材料如各种耐火砖和耐火砂浆等，此外还可用作陶瓷原料和生产硅铝合金等。蓝晶石矿产品中蓝晶石矿物含量的高低及杂质含量的多少直接影响其性能和用途［2］，因此低品位的蓝晶石矿矿石需要进行选矿提纯。本研究对江苏某低品位难选蓝晶石矿石进行选矿试验，为该蓝晶石资源的开发利用提供技术支持。

1 试样性质

1.1 试样物质组成

试样的化学多元素分析结果见表1。

表1 试样化学多元素分析结果 %

结合化学成分分析结果、显微镜观察和XRD分析结果，试样的矿物组成主要为蓝晶石、石英、叶腊石、白云母、黑云母、高岭石、黄玉、赤褐铁矿、磷钙铝石等，有少量的金红石、钛铁矿、磷灰石和钙铁榴石。各矿物的含量见表2。

表2 试样矿物组成 %

1.2 蓝晶石嵌布特征

采用德国徕卡公司产DMLP型透/反两用偏光显微镜对矿物进行形貌分析，结果如图1所示。可见，蓝晶石晶体中包裹着石英、赤褐铁矿，或与金红石紧密共生，这将给分选带来较大难度。

图1 矿石的偏光显微镜照片

2 试验方案

蓝晶石矿石的选矿一般以浮选为主，且浮选在酸性、碱性、中性条件下均可进行，碱性条件(pH=8.5～9.5)下使用脂肪酸捕收剂如油酸、油酸钠、氧化石蜡皂、癸脂、脂肪酸类乳浊液等，酸性条件(pH=3～4)下使用磺酸盐捕收剂(主要是石油磺酸盐)，中性条件(pH=6.5～7.5)下使用磺酸盐和脂肪酸混合捕收剂［3-9］。对于本试验矿样，前期探索试验发现:磨矿后进行全粒级浮选，无论是在酸性条件下以石油磺酸钠为捕收剂，还是在碱性条件下以油酸为捕收剂，均难以获得高品位的蓝晶石精矿，且镜下观察发现精矿中的铁钛杂质主要分布在细粒级;而将磨后原矿按45μm分为粗细两级分别在酸性条件下以石油磺酸钠为捕收剂进行浮选，并对细粒级在浮选前进行脱泥，则可取得较好的选别效果——通过粗粒级浮选得到高品位精矿，通过细粒级浮选提高回收率。

试样中的赤褐铁矿、黑云母、金红石、钛铁矿等含铁钛杂质矿物均具有一定的弱磁性，可以采用简单又高效的高梯度磁选方法将它们去除。考虑到浮选后再高梯度磁选时，浮选精矿所带药剂易将磁性和非磁性颗粒凝聚成团而使高梯度磁选过程中产生较多的夹带损失［10］，因而高梯度磁选应在浮选前进行。

综上所述，确定采用磨矿—高梯度磁选除铁钛—按45μm分级—细粒级脱泥—脱泥沉砂和粗粒级分别进行石油磺酸钠酸性浮选的试验方案。

3 试验结果与讨论

3.1 条件试验

鉴于高梯度磁选比较简单，故仅进行磨矿细度、－45μm细粒级脱泥粒度、浮选粗选药剂用量等条件试验，并且为简化试验，这些条件试验在不经过高梯度磁选的情况下进行。

3.1.1 磨矿细度试验

将原矿磨至不同细度，分别按45μm筛分为粗细两级，然后在硫酸和石油磺酸钠用量均为1 000 g/t(药剂用量均对原矿量计，下同)的条件下对+45 μm粗粒级进行浮选粗选，试验结果如图2所示(Al2O3回收率对原矿计，下同)。

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图2 不同磨矿细度下粗粒级的浮选粗选指标

由图2可见，粗粒级浮选粗精矿的Al2O3回收率在磨矿细度为－74μm占65.28%时出现最大值，Al2O3品位在磨矿细度超过－74μm占65.28%后急剧下降。因此，确定磨矿细度为－74μm占65.28%。在此磨矿细度下，磨矿产品的筛分分级结果见表3。

表3 －74μm占65.28%磨矿产品分级结果 %

3.1.2 +45μm粒级浮选粗选硫酸用量试验

固定磨矿细度为－74μm占65.28%、石油磺酸钠用量为1 000 g/t，考察硫酸用量对+45μm粒级浮选粗选指标的影响，试验结果如图3所示。

图3 粗粒级浮选粗选硫酸用量试验结果

由图4可见，随着硫酸用量的增加，+45μm粒级浮选粗精矿的品位和回收率均先上升后下降，并都在硫酸用量为800 g/t时达到最大值，故确定+45 μm粒级浮选粗选硫酸用量为800 g/t，此时矿浆pH为3.5。

3.1.3 +45μm粒级浮选粗选石油磺酸钠用量试验

固定磨矿细度为－74μm占65.28%、硫酸用量为800 g/t，考察石油磺酸钠用量对+45μm粒级浮选粗选指标的影响，试验结果如图4所示。

图4 粗粒级浮选粗选石油磺酸钠用量试验结果■—品位;□—回收率

由图4可见:随着石油磺酸钠用量的增加，+45 μm粒级浮选粗精矿的品位逐渐下降而回收率先上升后微幅下降;当石油磺酸钠用量为1 000 g/t时，+45μm粒级浮选粗精矿的回收率达到最大值，品位也较高。故确定+45μm粒级浮选粗选的石油磺酸钠用量为1 000 g/t。

3.1.4 －45μm粒级脱泥粒度试验

－45μm粒级含大量矿泥，严重影响浮选过程，因此需进行脱泥。采用自然沉降法分别按不同粒度对－45μm粒级进行脱泥，然后在硫酸用量为500 g/t(pH为3.5)、水玻璃用量为200 g/t、石油磺酸钠用量为500 g/t条件下对沉砂进行浮选粗选，试验结果如图5所示。

图5 不同脱泥粒度下沉砂的浮选粗选指标■—品位;□—回收率

由图5可见，随着脱泥粒度的增大，沉砂浮选粗精矿的品位先提高后趋于稳定，回收率则先变化不大后急剧下降，当脱泥粒度为20μm时，沉砂浮选粗精矿的品位和回收率都处于较高水平，故确定脱泥粒度为20μm。在此粒度下的脱泥结果见表4。

表4 脱泥粒度为20μm时的脱泥结果 %

3.1.5 脱泥沉砂浮选粗选水玻璃用量试验

固定硫酸用量为500 g/t(pH为3.5)、石油磺酸钠用量为500 g/t，考察抑制剂水玻璃用量对－45 μm粒级脱泥沉砂浮选粗选指标的影响，试验结果如图6所示。

由图6可见:随着水玻璃用量的增加，沉砂浮选粗精矿的品位逐渐增加而回收率逐渐降低，且品位比回收率变化明显;当水玻璃用量达到160 g/t后，两者均变化甚微。综合考虑，确定－45μm粒级脱泥沉砂浮选粗选的水玻璃用量为160 g/t。

图6 沉砂浮选粗选水玻璃用量试验结果

3.1.6 脱泥沉砂浮选粗选石油磺酸钠用量试验

固定硫酸用量为500 g/t(pH为3.5)、水玻璃用量为160 g/t，考察石油磺酸钠用量对－45μm粒级脱泥沉砂浮选粗选指标的影响，试验结果如图7所示。

图7 沉砂浮选粗选石油磺酸钠用量试验结果

由图7可见，随着石油磺酸钠用量的增加，沉砂浮选粗精矿的品位和回收率均先上升后下降，并都在石油磺酸钠用量为480 g/t时达到最大值，故确定－45μm粒级脱泥沉砂浮选粗选的石油磺酸钠用量为480 g/t。

3.2 流程试验

在上述条件试验基础上，按照所制定的工艺方案，以磁介质为 2 mm钢棒、脉动冲次为400次/min、脉动冲程为10 mm、背景磁感应强度为1.0 T条件下的SLon－100高梯度磁选机作为除铁钛手段，进行了磨矿—高梯度磁选除铁钛—按45μm分级—细粒级脱泥—脱泥沉砂和粗粒级分别酸性浮选开路流程试验，然后根据开路流程试验结果，按图8进行了闭路流程试验，获得了 Al2O3品位为55.69%、Al2O3回收率为69.23%的蓝晶石精矿1和Al2O3品位为50.17%、Al2O3回收率为 15.16%的蓝晶石精矿2，Al2O3综合回收率达84.39%(见表5)。

图8 闭路试验流程

表5 闭路流程试验结果 %

对闭路流程试验所获两种精矿进行化学多元素分析，结果如表6所示。

表6 精矿化学多元素分析结果

表6表明:精矿1达到了国家行业标准中LJ－55牌号蓝晶石精矿的质量要求［11］，精矿2杂质含量偏高、Al2O3品位偏低，可用作陶瓷原料。

4 结论

(1)江苏某蓝晶石矿石品位低、杂质矿物种类较多、蓝晶石与杂质矿物相嵌关系复杂，属难选矿石，磨矿后采用全粒级浮选工艺难以获得高品位的蓝晶石精矿，且回收率低。

(2)采用磨矿—高梯度磁选除铁钛—按45μm分级—细粒级脱泥—脱泥沉砂和粗粒级分别酸性浮选工艺流程处理该矿石，可获得质量达到国家行业标准中LJ－55牌号蓝晶石精矿要求的精矿1和可用作陶瓷原料的精矿2，两种精矿的Al2O3回收率分别为69.23%和15.16%。

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