大埔洋子湖矿山弱风化高岭土矿选矿工艺研究

刘东锋

(广东省环境地质勘查院,广东 广州 510080)

1 资源状况

大埔县洋子湖矿山高岭土矿属风化残积型，主要由高岭石—多水高岭石矿物组成，勘探储量在200万t以上。该高岭土矿表层风化程度强(约7m)，含泥量高，铝含量相对较高，主要通过水洗除砂工艺生产水洗高岭土产品。目前表层强风化高岭土矿已基本采完，出露中深层部弱风化高岭土矿带，该矿带的-495目(30μm以下)产率为25.43%。弱风化高岭土原矿化学成分如表1，X-射线衍射图谱如图1所示。

表1 洋子湖矿山弱风化高岭土矿化学成分(%)

图1 弱风化高岭土矿样X-射线衍射图谱

由表1的化学成分并结合图1的X-射线衍射图谱的物相分析可知，洋子湖高岭土矿弱风化矿样的矿物组成(%)：石英30、云母类5、钾长石27、钠长石9、高岭石28、其他＜1。图1的X-射线衍射图谱中高岭石族矿物的波峰较宽，峰值强度较低，说明高岭族矿物结晶程度不高，含量较少，主要原因是长石风化程度较弱，仍有大量的钾钠长石未风化完全。整体来看，洋子湖高岭土矿弱风化矿样风化不完全、石英含量高，存在大量长石矿物，有部分含铁矿物存在。

2 选矿试验

2.1 分级试验

分级试验取弱风化高岭土矿样5kg，捣浆浓度为65%，捣浆时间为20min，捣浆过程中加入矿样重0.2%的六偏磷酸钠作为分散剂，制得的矿浆采用筛析法得到45μm以上的粒级分布，采用沉降法得到45μm以下的粒级分布。将矿样的粒级分布同X-射线衍射分析、化学成分分析及显微镜下观察相结合，得出各粒级矿物的组成和含量如表2。鉴于高岭石族矿物富集的主要粒级为30μm以下，因此仅对30μm以下分级样品进行了白度(R457)测定。

表2 矿样各粒级矿物含量及组成

由表2可知，30μm以上粒级的相对含量为79.76%，主要矿物为钾长石、石英和钠长石。30μm以下粒级含量为20.24%，主要矿物为高岭石族矿物、少量石英及部分长石矿物。

2.2 形貌分析

图2为不同粒级高岭石组成及形态。

图2a、b为-10+5μm粒级。该粒级的高岭土主要是片状和蠕虫状的高岭石，管状的埃洛石，粒状的石英和少量风化的长石。

图2c、d为-5+2μm粒级。该粒级的高岭土主要是书册状、叠片状的高岭石，和管状的埃洛石和粒状的石英。

图2e、f为-2μm粒级。该粒级的高岭土主要由高岭石和埃洛石组成，高岭石呈叠片状，埃洛石呈管状。

2.3 半工业试验

2.3.1 除砂试验

半工业试验工艺流程见图3。粗选采用捣浆机—螺旋分级机，一级精选采用Ф75水力旋流器，二级精选采用Ф50水力旋流器。粗选后的矿样化学分析结果(%)：SiO256.3、Al2O327.92、Fe2O31.79、K2O 4.52、Na2O 0.88、TiO20.074、SO30.014、P2O50.05、LOI 7.47。可知捣浆机—螺旋分级机可除去大部分的石英，使SiO2含量降低至56.3%，Fe2O3含量随高岭土的富集而提高，由1.04%提高至1.79%，长石含量略有降低。

图2 不同粒级高岭石组成及形态

图3 半工业试验工艺流程

一级精选试验的结果见表3、表4，试验条件为：进浆压力0.1MPa、进浆浓度20%、底流口直径3.72mm。二级精选的试验结果见表5、表6，试验条件为：进浆压力0.25MPa、进浆浓度18%、底流口直径3.2mm。由表4、表6可知，两级精选后Al2O3含量和烧失量有较大程度的提高，说明了高岭土向细粒级富集显著，但SiO2含量仍偏离标准高岭土中SiO2含量且K2O+Na2O含量为4.1%，说明精选后的矿样中存在微细长石矿物。由于含铁矿物随高岭土向细粒级富集而增高，Fe2O3含量达到1.79%，导致选别精矿白度偏低，限制了其工业应用，因此考虑后续除铁增白工艺。

表3 Ф75水力旋流器分级试验结果

表4 Ф75水力旋流器产品化学成分(%)

表5 Ф50水力旋流器分级试验结果

表6 Ф50水力旋流器产品化学成分(%)

2.3.2 增白试验

该高岭土精矿白度偏低主要由于其中含铁矿物在细粒级随高岭土富集，Fe2O3含量达2.04%，主要以赤褐铁矿存在，部分浸染于高岭石表面。为提高其白度，考虑三级除铁工艺，即“磁棒—高梯度磁选—漂白”联合应用。

“磁棒”采用强度为8000高斯的磁棒充分吸附经Ф50水力旋流器的溢流矿浆，矿浆浓度为15.3%，吸附时间为15min；“高梯度磁选”采用型号为SLon100的高梯度磁选机，磁场强度为1.4T，脉冲为200r/min，矿浆流速为1.0cm/s；“漂白”过程中的硫酸用量为5.52kg/t，漂白粉为硫代硫酸钠，用量为干矿重的3%，草酸用量为干矿重的4%，漂白时间为30min。三级除铁后矿样的白度见表7，三级除铁后矿样的化学成分见表8。

表7 三级除铁后精矿白度

由表7可知，Ф50水力旋流器溢流矿浆经“磁棒—高梯度磁选”处理后精矿自然白度由42.62%提高到了53.56%，煅烧白度由51.33%提高到了73.52%，增白效果显著。表8的化学成分分析结果显示：经“磁棒—高梯度磁选”处理后，溢流产物中的铁含量从2.04%降低至1.43%，降低了0.61%，除铁率为29.9%，除铁效果显著。

表8 三级除铁后精矿化学成分(%)

经“磁棒—高梯度磁选”处理后的矿浆经“漂白”处理后，精矿自然白度由53.56%提高到了60.88%，煅烧白度由73.52%提高到了77.38%。表8的化学成分分析结果显示：“磁棒—高梯度磁选”处理后矿浆再“漂白”， Fe2O3含量由1.43%降低至1.01%，除铁率为28.8%。Ф50溢流矿浆经“磁棒—高梯度磁选—漂白”处理的总除铁率为50.5%。

2.4 尾砂选矿试验

由除砂试验可知，Ф50水力旋流器的溢流率为原矿的16.29%，经“捣浆—粗选—一级精选—二级精选”后的尾砂率为原矿的83.71%。钾钠长石矿物在尾砂中富集，为提高其在陶瓷、玻璃产业的可用性，从资源综合利用角度出发，对尾砂进行初步选矿试验使钾钠长石进一步富集，并降低含铁矿物含量。原矿样选矿工艺流程尾砂产率如图4。

图4 选矿工艺流程尾砂产率

由图4可知，矿样选矿工艺中产生的尾砂有以下4种：捣浆沉砂、螺旋分级机返砂、Φ75旋流器底流和Φ50旋流器底流。将4种尾砂按照产率比49.73%∶24.16%∶5.56%∶4.26%均匀混合。为降低待选混合尾砂中的石英含量，对混合尾砂矿过45目标准筛(0.40mm)，筛上物主要是石英砂，可用作建筑工业用砂，筛下总产率为30.05%。对过筛后的尾砂样进行“脱泥—磁选—浮选”，浮选捕收剂采用十二胺，选矿工艺流程如图5，选矿前后尾砂的化学分析如表9。

图5 尾砂选矿流程

表9 尾砂化学成分(%)

由表9可知，过筛后的尾砂经过“脱泥—磁选—浮选”处理后，Fe2O3含量由1.17%降低至0.21%，K2O+Na2O含量由7.03%提高到11.16%。对选矿前后尾砂研磨后压片，1280℃煅烧，选矿前尾砂烧成白度(R457)为26.5%，选矿后尾砂烧成白度为61.5%。由此可知，筛下尾砂经过“脱泥—磁选—浮选”处理后，有效地提高了其作为长石原料应用于陶瓷和玻璃行业的品质。

3 结论

对洋子湖矿山中深层弱风化高岭土矿进行选矿试验，提高了该矿山该类型高岭土矿的品质，并从资源综合利用角度，找到了该资源类型的较优选矿工艺和产品方向。得到如下结论：

(1)原矿样经“粗选—一级精选—二级精选”流程后的精矿的产率为16.29%，化学成分(%)为：SiO249.76、Al2O332.56、Fe2O32.04、TiO20.057、SO30.016，尚达不到陶瓷工业用高岭土TC-3级国家标准[1]；除砂试验的精矿经“磁棒—高梯度磁选—漂白”后，自然白度从原来的42.62%提高至60.88%，提高了18.16%，煅烧白度从原来的51.33%提高至77.38%，提高了26.05%，产物中的铁含量从2.04%降低至1.01%，除铁率为50.5%，可满足陶瓷工业用高岭土TC-2级国家标准[1]。

(2)尾砂选矿试验，明确了尾砂矿中粒级在0.40mm以上部分的尾砂用作建筑工业用砂。0.40mm以下部分的尾砂通过“脱泥—磁选—浮选”，Fe2O3含量由1.17%降低至0.21%，K2O+Na2O含量由7.03%提高到11.16%，煅烧白度由26.5%提高至61.5%，可作为长石原料应用于陶瓷和玻璃工业。

GB/T 14563-2008高岭土及其试验方法国家标准[S].北京:中国标准出版社,2008.