硅藻土擦洗—摇床分选试验研究

张开永

(华北科技学院，北京 东燕郊 065201)

硅藻土擦洗—摇床分选试验研究

张开永

(华北科技学院，北京 东燕郊 065201)

试验采用先擦洗、再摇床的联合方法，经试验确定了最佳擦洗条件：在硅藻土样品400 g时，NaOH为 1.2 g，六偏磷酸钠为1.2 g，擦洗机转速为1200 r/min，固液比为2∶5，时间为准备10 min钟、调浆10 min、分散剂作用20 min时进行擦洗效果较好。擦洗后的物料经过120目标准筛筛分，筛下物经过摇床分选后精矿品位SiO2达到90.14%，Al2O3、Fe2O3杂质的含量也大幅下降。

硅藻土；擦洗；摇床

0 引言

硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，主要由古代硅藻的遗骸所组成，其本质是含水的非晶质SiO2[1]。我国是世界上硅藻土最丰富的国家之一，硅藻土资源主要分布在华东、东北、西南地区，以吉林地区最多，占到全国储量的54.8%，优质硅藻土也集中于此，其余多为三、四级矿土，不可直接利用[2]。

以中国的情况来看，硅藻土作填料的占比还很小，尤其在颜料、造纸、橡胶、涂料、农药等工业上的应用仍处于开拓阶段，前景非常可观。随着城市化的推进、建材工业、冶金的迅速发展，利用硅藻土开发新型、高强、轻质保温制品的前景也很广阔。预计我国2020年和2050年对该矿的消费量分别约为52.62万吨和58.64万吨[3-5]。

我国该矿的资源虽然丰富，但天然优质的硅藻土矿少而正面临枯竭。大量的中低品位矿因为含有杂质，使其使用受到了限制，必须进行选矿提纯，以富集硅藻，剔除石英、黏土类矿物、有机质和金属氧化物矿物等。硅藻土的分选提纯方法很多，主要有干法分级、湿法重选、酸浸、磁选、浮选、焙烧以及多种方法的联合提纯工艺[6-9]。本研究采用擦洗-摇床方法进行分选，探究有效的分选条件，为硅藻土的下一步利用创造良好条件。

1 实验部分

1.1 实验材料

本次试验设计选用的硅藻土原矿从吉林省某矿山的废弃矿采集得到。原矿化学成分如表1所示。

表1 硅藻土原矿化学成分(%)

从表1可知，原矿SiO2含量为82.42%，主要由蛋白石组成，此外含有Al2O35.54%、Fe2O32.23%，属于二级硅藻土[10-11]，为含粘土硅藻土。粘土矿物的组分为白云母、伊利石、角闪石等，碎屑矿物则为长石、石英等。

1.2 实验仪器和试剂

1) 仪器：擦洗机、摇床、120目标准筛、电子天平、圆盘真空过滤机、电热鼓风烘箱、压片机、矿石分析仪EDX8800各一个；塑料桶、盆、药匙、称量纸、滤纸若干。

2) 试剂：氢氧化钠、焦磷酸钠、六偏磷酸钠；

3) 样品：原矿若干

1.3 实验方法

称取一定质量的原矿、量取一定体积的清水，加入擦洗机，按预定转速、时间等擦洗，一定时间后加入氢氧化钠药品调浆至所需矿浆pH，再次开机一定时间后，加入分散剂擦洗至规定时间，取出矿浆分别筛分、过滤、烘干、称重。经数次擦洗条件的探究，选出各最佳条件做擦洗，擦洗的筛下物去摇床，按照水量、时间、浓度的不同，将收集的各产物过滤、烘干、称重、化验，探究最佳摇床条件，得出综合的擦洗-摇床条件。

2 结果及讨论

2.1 擦洗浓度试验

称取400 g样品、加入一定体积的水量，开动擦洗机，擦洗机转速保持1000 r/min，先擦洗10分钟，到时间后往矿浆中加入称取的1.2 gNaOH 调浆，然后继续擦洗10分钟，到时间后加入称取好的分散剂焦磷酸钠0.8 g，再擦洗20分钟，然后将矿浆过120目标准筛，筛上物为杂草、砂砾等杂质，筛下物为擦洗精矿，分别将筛上物、筛下物盛于两桶中，用真空圆盘过滤机进行过滤筛上、筛下物，然后取下滤饼至于无污染物的托盘中(防止铁锈和非硅藻土类的残留矿物，以免影响化验结果)，放至电热鼓风烘箱烘干5小时，冷却后称重并记录。分别加水1000 ml、2000 ml、4000 ml，改变加水的量即改变矿浆浓度，对应浓度分别为28.57%、16.67%、9.09%，测试该试验条件下的擦洗效果。试验结果如表2。

表2 浓度试验各产品产率及精矿品位

擦洗主要靠搅拌机构对矿粒的搅拌作用和矿粒之间的摩擦作用来破碎、碎解矿块。矿浆浓度过低使擦洗功效均降低，尤其降低了矿粒之间相互摩擦的概率，使大量精矿未被释放出来，最终作为粗土排掉了，降低了精矿品位和产率，导致尾矿品位、产率过高，所以低浓度的试验条件效果不如高浓度的条件；但是受擦洗机构造和功率的限制，其浓度当有个上限。本次所用擦洗机，在30%左右给料浓度时粘附于料桶内壁的矿浆呈泥巴状，不易落回料桶继续参与擦洗过程，故不再设置更高浓度试验条件。从试验结果看出入料固液比2∶5 时的浓度精矿品位87.41%，效果较好，此时浓度为28.57%。

2.2 擦洗时间试验

称取400 g原矿样品，烧杯量取1000 ml水，加入擦洗机，开动擦洗机10分钟，擦洗机1000 r/min，到时间后往矿浆中加入称取的1.2 gNaOH 调浆，然后开机10分钟，到时间后加入称取好的分散剂焦磷酸钠0.8 g，调整加入分散剂后的擦洗时间，分别为10 min、 20 min、30 min，分散剂作用时间对擦洗效果的影响试验结果如表3。

表3 分散剂作用时间试验各产品产率及精矿品位

擦洗是将矿粒碎解后粘土矿物与硅藻进行分离的过程。硅藻露出极性表面，极性水分子被吸引在其表面形成一层水化膜，水化膜具有排斥作用，若矿粒相互靠近，水化膜就会阻碍它们，防止他们聚团。当外力剪切作用过大时.颗粒表面的水化膜就会被破坏，从而出现颗粒聚团的现象。当擦洗时间增加时，筛下物品位快速上升，而其产率快速下降.这是因为随擦洗时间的增加，矿粒碎散更加充分；而擦洗时间超过一定数值后，筛下物品位快速降低而其产率快速上升，这是因为发生了粘土团聚；擦洗时间继续增加，则精矿品位平缓下降、其产率呈平缓上升，变化不会明显，这可能是由于擦洗机的功率限制下，一定时间后剪切絮团的影响变化不大。从表3中看出，分散剂作用时间为20分钟时，擦洗效果最好。

2.3 擦洗药剂的选择与配比

用天平称取400 g原矿，烧杯量取2000 ml水，加入擦洗机，调整擦洗机转速为1000 r/min，开机10分钟，到时间后往矿浆中加入称取的1.2 gNaOH 调浆，然后继续擦洗10分钟，到时间后加入称取好的分散剂焦磷酸钠0.8 g、1.2 g、1.8 g，擦洗20分钟。为了查看不同种类药剂的对擦洗分选的效果。在样品称重、水量、擦洗时间等均不变的情况下，选用六偏磷酸钠0.8 g、1.2 g、1.8 g进行了对比试验。试验结果如表4。

表4 擦洗药剂种类及用量试验各产品产率及精矿品位

分散剂根据不同种类可为细粒物料提供不同的分散力，提高精矿颗粒悬浮状态，利于与杂质的分离。分散剂用量增加，矿浆的分散力随之上升，最后趋于稳定，再增加分散剂量，分散力大小基本不变，以达到最大分散力所需最小药剂量或者在一定范围内，同样药剂量的分散力大小来评定不同药剂的分散能力。分散力大则颗粒较多浮于细浆中，在过筛时可以顺利过筛成为筛下物，使该次试验精矿品位较高。

从表4中看出，六偏磷酸钠用量为0.8 g～1.2 g时，分散力随用药量增加而增加，分散效果逐渐增高，用量为1.2 g～1.8 g时分散力随用药量增加而下降，分散效果逐渐下降，六偏磷酸钠用量为1.2 g时筛下物品位88.11%，分散效果达到最高，说明试验已经探得最佳药剂用量，

2.4 擦洗机转速试验

称取400 g原矿样品，烧杯量取2000 ml水，加入擦洗机，开动擦洗机10分钟，到时间后往矿浆中加入称取的1.2 gNaOH 调浆，然后继续擦洗10分钟，到时间后加入称取好的分散剂焦磷酸钠0.8 g，再擦洗20分钟。改变擦洗机的转速，分别试验擦洗机转速在800 r/min、1000 r/min、1200 r/min条件下的擦洗效果。试验结果如表5。

表5 转速试验各产品产率及精矿品位

按照已有文献及相关经验，擦洗机转速在800 r/min以上，但上限并不一定，在矿种一定的条件下，主要与擦洗机型号有关。本校实验室机器最高转速1500 r/min,且实际试验发现当擦洗机转速在1200 r/min以上时机器搅拌激烈，矿浆被甩到料桶内壁较多，且容易溅出损失，造成实验误差；转速过高也会提前出现擦洗时间过长的结果，因此选择擦洗机转速为1200 r/min。

通过上述实验确定擦洗条件：样品400 g，加入1000 ml水，六偏磷酸钠1.2 g,擦洗机转速1200 r/min，给料擦洗10分钟后再调浆擦洗10分钟、加分散剂后擦洗作用时间为20分钟。

2.5 摇床试验

试验中采用先擦洗，擦洗后过120目标准筛，筛下物经过滤、烘干后经过摇床进行分选。经过对水量、浓度、时间进行探索性条件试验优化，选择最佳试验条件做最终摇床试验，即开机5分钟、给料浓度25%，水量10.0 L/min，以综合条件擦洗的筛下物为入料进行分选，经试验后测得各产品数据如下表6、表7。

表6 摇床试验各产物产率及SiO2含量

表7 摇床分选后硅藻土化学成分表

试验结果表明：擦洗后筛下物经过摇床分选后精矿品位达到90.14%，比原矿提高7.72%，Al2O3、Fe2O3杂质的含量比原矿也有下降明显。证明摇床在分选硅藻土矿物时有效，矿泥摇床效果应更加明显。

3 结论

(1) 试验用硅藻土原矿各成分含量为SiO282.42%、Al2O35.54%、Fe2O32.23%。杂质主要为黏土矿物和石英碎屑。属于二级硅藻土，为含粘土硅藻土。

(2) 在硅藻土样品为400 g，NaOH用量为1.2 g，六偏磷酸钠用量为1.2 g，擦洗机转速为1200 r/min，固液比为2∶5，时间为准备10分钟、调浆10分钟、分散剂作用20分钟时，擦洗效果最佳。

(3) 擦洗后的物料经过120目标准筛筛分，筛下物经过摇床分选后精矿品位SiO2达到90.14%，Al2O3、Fe2O3杂质的含量也大幅下降。

(4) 实验室研究表明，擦洗-摇床的分选方法可行。

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Experimentalstudyondiatomitescrubbingandshakingtableseparation

ZHANG Kai-yong

(NorthChinaInstituteofScienceandTechnology,Yanjiao,065201,China)

This experiment adopts the combination method of scrubbing and shaking table,and determines the best dosage conditions of scrubbing:NaOH is 1.2g,sodium hexametaphosphate is 1.2g,the rotational speed of scrubbing machine is 1200 r/min,the solid-liquid ratio is 2∶5,preparing time is 10 min,mixing time is 10 min,the effective acting time of dispersing agent is 20 min.Under the above conditions,the effect is better when the raw ore is 400g. After screening with 120 mesh standard sieve and the minus sieve is separated by shaking table,the concentrate grade SiO2is 90.14%,and the impurities content of Al2O3and Fe2O3decreases greatly.

diatomite；scrubbing；shaking table

2017.11.23

河北省科技计划自筹项目(15214110)

张开永(1970-)，男，江苏沛县人，硕士，华北科技学院环境工程学院副教授，主要研究方向矿物加工。E-mail：zhangkaiyong@ncist.edu.cn

TU831

A

1672-7169(2017)05-0055-04