河南南召低品位长石矿可利用性评价研究

郝小非，李 珍，张成强，胡宏杰

(1.中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，河南 郑州 450006； 2.国家非金属矿资源综合利用工程技术研究中心，河南 郑州 450006； 3.中国地质大学(武汉)材料与化学学院，湖北 武汉 430074； 4.纳米矿物材料及应用教育部工程研究中心，湖北 武汉 430074)

河南南召低品位长石矿可利用性评价研究

郝小非1，2，3，李 珍3，4，张成强1，2，胡宏杰1，2

(1.中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，河南 郑州 450006； 2.国家非金属矿资源综合利用工程技术研究中心，河南 郑州 450006； 3.中国地质大学(武汉)材料与化学学院，湖北 武汉 430074； 4.纳米矿物材料及应用教育部工程研究中心，湖北 武汉 430074)

以河南南召某低品位长石矿为研究对象，根据矿石的化学多项分析、工艺矿物学研究和X衍射分析，查明了物质组成和赋存状态。试验结果表明：采用简单的工艺流程，通过磨矿、脱泥、差异分选、磁选，可使原矿中Fe2O3含量0.83%降到0.20%，同时获得的精矿产率为83.9%。并用该长石精矿制备了饰面用微晶玻璃板，当长石精矿占基础玻璃质量的40%时，制备的制品硬度为6.5，弯曲强度105.2MPa，吸水率为0，指标优于人造大理岩，为低品位长石开发利用提供了新的利用途径。

长石磁选；差异化分选；饰面用微晶玻璃

长石是一种重要的工业矿物，由于熔点在1100～1300℃之间，化学稳定性好，在与石英及硅酸盐共熔时有助熔作用等特点，主要用作制造玻璃和陶瓷坯釉的助熔剂，并降低烧成温度。在玻璃工业中，长石的用量约占其消费总量的50%～60%，在陶瓷工业中，长石的用量约占其消费总量的30%[1]。河南南召长石矿显著结构为斜长石与微斜长石紧密交织在一起，形成条纹；以及蠕虫状石英与条纹长石均匀紧密镶嵌，形成文象结构和蠕虫状结构，现在是一呆滞矿山。由于矿石中的SiO2、Fe2O3含量高，K2O、Na2O含量低，如要利用，还需进行选矿提纯试验研究。

1 实验部分

1.1 试样矿物组成与化学成分

试样采自河南南召，工艺矿物学研究表明：矿石中主要矿物是微斜长石与斜长石以及含有石英、云母和褐铁矿、磁铁矿，其中微斜长石和斜长石紧密交织在一起形成条纹。其工艺矿物学光学显微结构见图1。试样的化学多项分析见表1，X衍射见图2。

表1 试样化学多项分析/(wt/%)

图1 长石原矿光学显微结构

图2 试样X-衍射粉晶图谱

根据试样的X-衍射粉晶图谱分析，矿石中含微斜长石大约35%、斜长石28%、石英30%、云母6%、其他1%。与化学成分分析、工艺矿物学分析一致。

1.2 样品评价

从矿石矿物组成和化学多项分析中看出，该类矿石K2O、Na20含量低，K2O+ Na20<9%，Fe2O3>0.5%，不符合国家工业用长石产品的质量标准要求[1]。此属于较低品位长石矿，必须进行选矿提纯。由于该类矿石K2O含量较低，离标准要求最低K2O>9，相差甚远，综合考虑现有选矿技术及经济、环境因素，认为提钾降硅毫无意义。本试验主要考虑的是磁选降杂技术试验研究和产品的应用研究。

1.3 仪器设备

鄂式破碎机，PEX-100×125；辊式破碎筛分机，XPS-250×150，瓷衬球磨机，XMCQ-180×200；多用真空过滤机，XTLZ-260×200；高梯度磁选机，Slon-100；恒温鼓风干燥箱，GF-9240A；压片机，BJ-24；硅碳棒实验电炉，SX2-6-13；箱式实验电炉，SXW-6-17。场发射扫描电镜，SU8020。

1.4 选矿试验流程

根据工艺矿物学研究，该长石的含铁杂质矿物主要是云母、褐铁矿、磁铁矿。磨矿、脱泥均是为了获得更好的磁选条件。磨矿采用瓷衬球磨机，使矿样研磨至合适的解离粒度，且不会产生二次铁质污染；脱泥是脱去原生矿泥和磨矿产生的次生矿泥。磁选是在一定磁场强度下除去磁性矿物。最终以选出的精矿为主要原料以烧结法制备微晶玻璃装饰板。主要选矿试验流程图见图3。

2 结果与讨论

2.1 磨矿

矿样中，大部分含Fe2O3类杂质矿物赋存或包裹在长石石英中，只有让其和主矿物进行解离，才能在磁选作业时充分除去该类杂质矿物，所以必须选择磨矿。当磨矿细度较细时，磁选杂质夹杂严重；磨矿粒度较粗时，杂质矿物和主矿物未充分解理，Fe2O3也降不下去。因而必须进行试验，选择合适的磨矿细度。当脱泥粒度0.025mm和磁场强度1.1T条件不变，选择磨矿细度为变量时，进行试验，试验结果见图4。

图3 长石选矿试验流程图

图4 磨矿细度对精矿指标的影响

从图4可知，磨矿细度为-0.074mm占50%时，精矿产率较高，达到86.2%，精矿Fe2O3含量较低，为0.22%。因此，选择磨矿细度为-0.074mm占50%。

2.2 脱泥

矿样中自然风化存在的原生矿泥以及在磨矿过程中产生的次生矿泥，对后续磁选作业影响较大，泥质矿物易进入磁选精矿中，导致精矿质量品位下降[2]。当磨矿细度-0.074mm占50%，磁选强度1.1T不变，选择脱泥粒度为变量时，进行试验，试验结果见图5。

从图5可知，长石精矿产率随着脱泥粒度增大而减少，其Fe2O3含量也随之先降低后升高，未脱泥的时候Fe2O3明显较高；说明：脱泥粒度对精矿Fe2O3影响显著，证明了铁类杂质矿物易进入细粒级泥质矿物中。综合考虑，确定脱泥粒度为0.038mm。精矿产率84.8%，Fe2O3含量0.22%。

2.3 磁场场强

磁场场强可有效去除含铁类杂质矿物，如黑云母、磁铁矿、褐铁矿等。当磨矿细度-0.074mm占50%，脱泥粒度0.038mm不变，磁场强度为变量的时，进行试验，试验结果见图6。

图5 脱泥粒度对精矿指标的影响

图6 磁场强度对精矿指标的影响

从图6中可知，随着磁场场强的增加，精矿Fe2O3含量逐渐降低，到1.2T时，其含量呈直线变化，而产率逐渐降低，再继续增加磁场强度精矿Fe2O3含量未能继续降低。综合考虑，磁场强度为1.2T时为较优磁选时磁场强度，其精矿产率84.5%，Fe2O3含量0.20%。

2.4 粒度筛分

对粒度进行筛分，考察其影响，目的为尽量提前分选一部分合格样品，减轻后续磁选作业压力。对磁选前(磨矿、脱泥后的试样)的试样进行筛分，筛分结果见表2。

从表2可知，不同粒度之间的Fe2O3含量存在明显差异。在0.3mm粒度筛分是个明显的分水岭，+0.3mm粒度以上的试样产品Fe2O3含量小于等于0.21，比较接近较优条件下所选的精矿Fe2O3含量指标，可以作为合格样品提前分选出来，其累计产率为27.51%；-0.3mm粒度以下的试验产品Fe2O3含量均比较高。也证明了矿物有嵌布不均的自然特征，存在自然差异属性。

2.5 最终选矿优化试验

对各个作业工序进行优化，最终优化流程见图7。得到精矿产率为83.9%，产品多项化学分析见表3。

表2 筛分结果

图7 最终选矿试验流程图

表3 产品化学多项分析结果/%

K2ONa20Si02Al2O3Fe2O3CaOMgOTiO2LOSS5．793．5274．2515．160．200．500．130．020．43

2.6 长石选矿产品分析

取长石精矿进行了显微镜观察照相以及烧成白度测试。产品实体显微照片下显示基本较白、较纯。烧成小饼的表面无黑点、白度好，测试白度为55%，产品和烧成白度照片见图8。

图8 产品实体显微照片和烧成白度

2.7 选矿产品评价

选矿提纯的精矿白度高，氧化铁含量达到了陶瓷玻璃工业Ⅰ级要求标准，但是氧化钾、氧化铝含量仍不符合质量要求。应寻找其它利用途径。根据精矿成分的化学分析，SiO2和A12O3的含量约占了总含量的90%，而且白度高，烧成无黑点，可以探索用它生产Si02-A12O3-CaO系饰面用白色微晶玻璃装饰板。

2.8 产品应用试验

制备饰面用白色微晶玻璃板采用烧结法工艺，工艺流程见图9。因为烧结法工艺简单，易控制，无需加入晶核剂。查阅有关资料，微晶玻璃材料的性能取决于主晶相的类型以及结晶的微细结构。根据CaO-Al2O3-SiO2系统相图，可能形成的矿相有黄长石、透辉石及硅灰石等。其中硅灰石相是典型的链状结构，具有较强的抗弯强度和抗压强度以及较低的热膨胀系数，适合制备建筑装饰用微晶玻璃板，其成玻范围为CaO-Al2O3-SiO2系统成玻范围为：SiO255%～70%，CaO 12%～65%，Al2O30～19%[3]。

图9 饰面用微晶玻璃板制备试验流程

以所选的长石选矿产品长石粉和双飞粉、石英砂、硼酸、硝酸钠、氧化锌、碳酸钡为原料按表4所示的化学组成配制基础玻璃，以熔制100g基础玻璃计算，CAS-0为未添加长石粉、CAS-2为添加长石粉占20%，CAS-4占40%，CAS-6占60%。其原料经搅拌磨充分搅拌研磨，将磨矿烘干后混合均匀的粉料装入刚玉坩埚内，放入硅钼棒炉中以5℃/min升到1000℃，保温2h，然后以 3℃/min升到1550℃保温6h。倒入水中，淬成1～7mm的颗粒，制得CaO-Al2O3-SiO2微晶玻璃的基础玻璃，基础玻璃经过研磨、过筛、成型后送入硅钼棒炉中，从室温升至820℃核化1.5h，在970℃晶化3h。得到所需制品。制品规格为100mm×100mm×10mm。其性能指标见图10。

表4 饰面用微晶玻璃板基础玻璃的组成/(wt%)

2.9 制品的性能指标讨论

由图10可知，当添加40%的长石粉时即CAS-40配方时，所制备的制品弯曲强度最大，吸水率最低。其制品的X衍射和SEM图见图11、图12。

由图11、图12可知，微晶玻璃的晶体为柱状硅灰石，硅灰石晶体排列紧密，均匀分布在玻璃相中，大大增强了玻璃的强度和韧性。当采用HVS-1000数显显微硬度计时，压头钢球直径2.5mm，试验力4.9N，力保持时间10s，大理岩和微晶玻璃制品受压后的显微照片见图13。

图10 添加不同含量的长石粉添制备微晶玻璃板的性能指标

图11 微晶玻璃制品X衍射图

由图13可知，人造大理岩加压后，面积大，孔深，周围大面积塌陷，而该微晶玻璃制品经加压后面积较小，孔较浅，周围无塌陷，说明了制备的该制品硬度、韧性比大理岩优。按JC/T872-2000《建筑装饰用微晶玻璃》标准制样测试的各项性能指标见表5。

图12 微晶玻璃制品SEM照片

图13 微晶玻璃与大理岩加压后显微照片

表5 微晶玻璃装饰板技术指标

弯曲强度莫氏硬度光泽度抗冻性※吸水率耐酸性◎耐碱性◎放射性105．2MPa6．595%0．001%0%0．02%0．01%无

注：◎15mm×15mm×10mm试样浸入25℃的该溶液(1%NaOH或1%H2SO4)中浸泡650h的失重；※把15mm×15mm×10mm的样品在25℃中放置2天，然后再放置在-20℃中4h，反复25次后的失重。

3 结 论

1)该类型矿石是微斜长石、斜长石相互交织共生一起，形成的条纹长石，主要矿物为斜长石、微斜长石、石英，杂质矿物主要是云母、磁铁矿、褐铁矿。

2)磨矿细度、脱泥粒度、磁场强度对长石磁选除铁效果影响显著，较佳的试验条件为磨矿细度-0.074mm占50%、脱泥粒度0.038mm、磁选强度1.2T。

3)矿石存在自然差异属性，对不同粒度进行分选，可预先分出需要的产品。

4)长石原矿K2O 5.54%、Na2O 3.45%、Fe2O30.83%，经破碎、磨矿、脱泥、预先筛分、磁选，可获得K2O 5.79%、Na2O 3.52%、Fe2O30.20%的长石精矿，精矿产率83.9%。烧成白度55%。

5)采用烧结法工艺，当所选的长石粉添加量占基础玻璃质量的40%时，制备的饰面用微晶玻璃装饰板性能指标较优。其弯曲强度105.2MPa，吸水率为零，硬度6.5，光泽度95，各项性能指标均满足JC/T872-2000《建筑装饰用微晶玻璃》的要求，优于人造大理岩性能。

6)该类型的矿石经简单磁选后，其精矿可应用于制备白色饰面用微晶玻璃装饰板。应用此类廉价矿物原料，制备高附加值的白色饰面用微晶玻璃装饰板，具有显著的社会效益和经济效益。

致谢：工作中得到中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所所长冯安生研究员对矿石差异化利用的指导，特表谢忱。

[1] 董伟霞，顾辛勇，包启富.长石矿物及其应用[M].北京：化学工业出版社，2010：15-59.

[2] 郝小非，张成强，马驰，等.河南某低品位钾长石矿开发利用技术研究[J].矿产保护与利用，2012，5(10)：34-38.

[3] 程金树，李宏，汤李缨，等.微晶玻璃[M].北京：化学工业出版社，2007：41-45.

Evaluate on utilization of feldspar in Henan Nanzhao

HAO Xiao-fei1，2，3，LI Zhen3，4，ZHANG Cheng-qiang1，2，HU Hong-jie1，2

(1.Zhengzhou Institute for Multipurpose Utilization of Mineral Resources，Chinese Academy of Geological Sciences，Zhengzhou 450006，China；2.National Engineering Research Center for Multipurpose Utilization of Non-metallic Mineral Resources，Zhengzhou 450006，China； 3.Faculty of Materials Science and Chemistry，China University of Geosciences(Wuhan)，Wuhan 430074，China； 4.Engineering Research Center of Nano-Geomaterials of Ministry of Education，Wuhan 430074，China)

Taking a low grade of Feldspar from Henan Province as the object of study.According to chemical analysis，X-diffraction analysis，and research of process mineralogy，It is identified the ore composition and occurrence states.This paper uses simple process，appropriate size of ground product，desliming-granularity，magnetic intensity.Succeeds in separating effectively iron-oxide grade 0.83% sample.by grinding，desliming，the differences separation，magnetic separation，get concentrate iron-oxide grade 0.20%，productivity 83.9%.Glass ceramics used for veneer are prepared，by making use of the concentrate.When it adds 40%，The hardness of products are 6.5，flexural strength are 105.2MPa.It is better than Artificial marble.It provides a new way to develop this type of feldspar.

magnetic separation of feldspar；differences separation；glass ceramics

2015-01-28

河南省科技攻关计划项目资助(编号：112102310044)

郝小非(1982-),男,河南汝南人,博士,工程师,主要从事非金属矿产资源可利用性评价与矿产经济研究。E-mail:haopaper@163.com。

TD973.5

A

1004-4051(2015)07-0118-05