江西某金矿伴生伊利石选矿试验研究①

李可文，张彦起，苏晓堂，周 力，王 琪，宋 涛

（1.广东省循环经济和资源综合利用协会，广东 广州510095；2.中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京102249；3.天津市规划和自然资源局，天津300042）

伊利石是一种层状钾硅酸盐云母类黏土矿物，又称水白云母，是水云母族中矿物之一。伊利石理想的化学组成为K0.75（Al1.75R）［Si3.5Al0.5O10］（OH）2，其中R为Fe2+或Mg2+等金属阳离子，少部分羟基位于表面，大部分位于单独片层结构边缘［1］。伊利石呈白色鳞片状，玻璃光泽，集合体为土状光泽，硬度1～1.5，密度2.6～2.9 g／cm3，可用于制作钾肥、高级涂料及填料、陶瓷配件、高级化妆品、土壤调整剂、家禽饲料添加剂、高层建筑的骨架配料和水泥配料、核工业的污染净化和环境保护，特别是在造纸、化妆品、陶瓷三大行业中，有着极大的应用价值［2-3］。

我国伊利石资源丰富、分布广［4］，但因其成分复杂，无法通过单一物理选矿工艺提高其纯度，限制了该矿石的进一步综合开发与应用。针对这类成分复杂、品位偏低的伴生矿物，多采用浮选、化学漂白等方法进行处理，不仅成本较高，且往往会对环境造成污染［4-5］。对于原矿铁含量低于5%的伊利石原矿，擦洗分散⁃离心分离工艺、超细粉碎⁃磁选⁃分级联合工艺等湿式选矿方法能显著提高其分选效率［6］。目前对于铁含量高于5%的伊利石原矿，工艺处理方法鲜有报道。探索该类伊利石原矿分选提纯、形成高品质工业产品的工艺方法，对开发这类矿山具有重要参考意义。

本文以江西某金矿伴生伊利石矿为研究对象，采用X射线衍射、扫描电子显微镜等现代微区分析测试技术，对伊利石化学组成、矿物组成、赋存状态、有用矿物嵌布粒度等工艺矿物学进行了详细研究，在对比分析多种分选工艺的基础上，提出高杂质含量的伴生型伊利石矿富集工艺流程，不仅可为该地区伊利石资源开发利用提供矿物学依据，也对促进我国伊利石黏土矿物资源综合利用具有重要意义。

1 原矿性质

原矿取自江西某金矿共伴生伊利石矿区，选取具有代表性矿样进行矿物组成、化学元素、赋存状态、粒度分析以及矿物形貌分析等原矿基本物化性能检测。采用X射线荧光分析仪分析试样化学成分，采用X射线衍射分析仪分析伊利石矿物组成，采用扫描电子显微镜分析仪观察矿物形貌。

矿样化学成分分析结果见表1，矿物组成见表2。该矿样中硅、铁含量较高，铝含量较低，其他杂质组分含量较低，属于典型低铝高硅铁黏土矿。主要矿物组成为石英、伊利石、高岭石和多硅白云母。

表1 矿样化学多元素分析结果（质量分数）／%

表2 矿样主要矿物组成（质量分数）／%

矿样粒度筛析水析试验结果见表3。通过分级，随着粒度变细，黏土矿物伊利石、高岭石含量略有增加，石英含量降低25%，多硅白云母无明显变化；石英主要富集在粗粒级矿石中，但-2 μm粒级中石英含量仍高达36%；伊利石、高岭石、多硅白云母等黏土矿物主要富集在细粒级矿石中。

表3 原矿各粒级矿物组成及含量

原矿分级后各粒级化学成分分析结果见表4。由表4可知，矿样主要由细粒级矿物组成，以-20+10 μm粒级为主。随着粒度变细，SiO2含量逐渐减少，Al2O3含量逐渐增加，但由于原矿铝含量偏低，增加幅度不大，且矿样中杂质Fe2O3在细粒级中有富集的趋势，其余元素在各粒级中含量也有细微变化。

表4 原矿分级后各粒级化学成分分析结果

2 试验研究

2.1 试验方案

针对该原矿矿物特征，选矿需排除的组分主要为SiO2、Fe2O3等。通过简单静态沉降分级无法得到伊利石精细产品，采用多工艺组合的方式对该矿样进行提纯处理，试验流程如图1所示。

图1 试验流程

2.2 结果与讨论

2.2.1 螺旋分级机除砂试验

分级是矿物加工的重要准备过程。对原矿石进行捣浆，捣浆时间15 min，捣浆质量分数20%～25%，分散剂六偏磷酸钠用量0.5%、氢氧化钠用量0.3%，采用螺旋分级机进行除砂，结果见表5。由表5可知，原矿经捣浆、螺旋分级除砂可获得产率86.93%、SiO2含量71.48%、Al2O3含量17.57%、Fe2O3含量2.25%的溢流产品。

表5 螺旋分级机除砂试验结果

2.2.2 水力旋流器提纯试验

对螺旋分级除砂的溢流产品进行水力旋流器提纯，试验条件为：给矿浓度15%～20%，多级旋流器分为Ф75 mm、Φ50 mm、Φ25 mm、Φ10 mm共4段，Ф75 mm段进浆压 力0.30～0.35 MPa，Ф50 mm段进浆压 力0.35～0.40 MPa，Ф25 mm段进浆压力0.40～0.45 MPa，Ф10 mm段进浆压力0.45～0.65 MPa，结果见表6。由表6可知，经旋流器两段或三段分级，溢流精矿产率偏低，溢流、底流产物中Al2O3含量逐次提升，Fe2O3呈富集趋势，Φ10 mm旋流器底流产品产率渐次增加，表明伊利石矿物纯度低，旋流器组合流程较长，底流增多，分离难度大。此外，Φ10 mm旋流器获得溢流产品产率最优为27.94%，产物中SiO2含量65.72%、Al2O3含量25.06%、Fe2O3含量3.04%。可选用合适的旋流器组合来获得用于涂料、橡胶填料的产品。

表6 水力旋流器提纯试验结果

2.2.3 离心机提纯试验

为考察分离因数（转数）对溢流产品提纯效果的影响，对75／50／10三段旋流器提纯试验中Ф10 mm水力旋流器的溢流产品进行离心机提纯试验，结果见表7。由表7可知，随着离心机转数增加，溢流产品中-2 μm粒度含量、Fe2O3含量及Al2O3含量均呈现出先升高、后趋缓的变化趋势，表明溢流产品中伊利石等黏土矿物含量基本保持稳定。当转速达到3 500 r／min时，溢流产品中-2 μm粒度伊利石富集，含量达到89%以上，基本满足造纸涂料的要求。

表7 离心机提纯试验结果

2.2.4 磁选提纯试验

原矿中铁含量较高，影响产品白度及技术性能，限制了产品应用。以Ф75 mm、Ф50 mm、Ф25 mm、Ф10 mm旋流器溢流和底流、原料超细磨后-10 μm粒级物料、卧式离心机溢流和底流为原料，采用超导高梯度磁选机（1 cm／s，10%～15%，5.5 T）、电磁高梯度磁选机（1 cm／s，10%～15%，1.8 T）进行磁选提纯，用磁选产率和Al2O3、Fe2O3含量综合评价磁选效果，结果见表8。对比超导高梯度磁选和电磁高梯度磁选的除铁效果，电磁高梯度磁选要略优于超导高梯度磁选，但精矿产率远低于超导高梯度磁选；离心机提纯后的原料经超导高梯度磁选后，精矿、尾矿中Al2O3含量均可提高至28%以上；磁选尾矿中Fe2O3含量高于磁选精矿中的含量，表明磁选除掉了含Fe的伊利石黏土矿物，可将伊利石等黏土矿物除铁富集；对于相同原料而言，超导磁选后产品尾矿中Al2O3含量高于电磁磁选后产品尾矿中Al2O3含量，表明超导磁选机在富集伊利石黏土矿物方面具有一定优势。

2.2.5 漂白试验

伊利石的白度是决定伊利石用途和经济价值的重要指标之一［7］，影响伊利石白度的主要因素是伊利石中氧化铁、碳及其他微量有色金属的含量。伊利石漂白工艺有亚硫酸氢钠⁃锌粉漂白、保险粉漂白和煅烧等［8］。以-5 μm粒级原矿、-10+5 μm粒级原矿、-10 μm粒级原矿超导磁选后精矿、离心机溢流超导磁选后精矿为原料，采用保险粉漂白工艺，漂白时间30 min，不同保险粉用量条件下的漂白结果见表9。由表9可知，保险粉漂白可以提高产品白度。保险粉用量5‰时，-10 μm粒级原矿经超导磁选后再漂白产品白度达80.7%。

2.3 应用前景分析

针对该金矿伴生伊利石矿的物化性能分析和工艺试验结果，推荐的组合工艺为：原矿经螺旋分级除砂、旋流器提纯后，溢流和底流产品分别经超导磁选，磁选精矿、尾矿经过漂白后，得到的伊利石产品Al2O3含量提高至28%以上，白度80%左右，可作为填料产品，洗选精矿可作为陶瓷产品原料。该工艺能够最大程度发挥该矿的使用价值，工艺简单，可供加工企业参考。推荐流程见图2。

图2 推荐加工工艺流程

3 结 语

1）原矿属伊利石、高岭石共生的黏土矿物和石英矿物伴生在一起的砂型伊利石矿，原矿矿物组成以石英、伊利石、高岭石和多硅白云母为主。该矿伊利石和石英均呈不规则分布，石英包裹在伊利石黏土矿物中，造成伊利石矿分离困难，铁含量高且不易除去，对精矿产率影响较大。

2）对比分析多种工艺试验结果发现，采用旋流器提纯、离心机提纯工艺，产品产率和Al2O3较低，通过保险粉漂白后，产品白度虽有所提升，但产品白度不到80%且药剂用量较大。经过湿法分级提纯、磁选、漂白等多工艺组合，并优化分选条件后提纯得到的伊利石粒径2～5 μm，白度80.7%，Al2O3含量由2.03%提高至28.81%。该矿石进一步通过超细磨、干粉分级等工艺还可生产出满足陶瓷原料、橡塑填料等要求的产品，实现伊利石黏土矿物的合理开发利用，具有良好的前景，可为开发类似矿物提供良好的工艺选择和借鉴。