安徽铁尾矿浮选回收云母试验研究

李俊旺，田明君，呼振峰，张云海，赵发睿，谷 超，靳 浩

(1.矿冶科技集团有限公司，北京 102628；2.矿物加工科学与技术国家重点实验室，北京 102628；3.自然资源部高原荒漠区战略性矿产勘查开发技术创新中心，青海 西宁 810000；4.青海省地质调查局，青海 西宁 810000)

云母属于层状铝硅酸盐矿物，是一种重要的非金属矿产资源[1-2]。由于具有优良的绝缘性能，物理化学性质稳定，抗压能力强，耐强酸强碱，云母在现代工业生产中被广泛应用于电子绝缘、陶瓷、造纸、建材等行业。云母矿产资源分布广泛，在锡尾矿[3]、金尾矿[4-5]、铁尾矿[6-8]等矿山尾矿中大量存在，但通常作为脉石矿物随尾矿排放，这不仅增加了尾矿排放量，影响尾矿库的安全性能，而且造成了云母资源的浪费。选矿是进行云母除杂提纯、实现高值化利用的重要方法，通常包括手选、形状选矿、摩擦选矿、浮选和风选等。目前，铁尾矿中云母的回收通常采用浮选工艺，常用的浮选一般在酸性介质中使用阳离子捕收剂，或者在碱性介质中使用阴离子捕收剂、阳离子捕收剂。矿泥不仅消耗大量浮选药剂，而且干扰药剂的选择性会恶化分选过程，因此当矿泥含量较高时，通常采用预先脱泥再浮选的方法。浮选作为应用最广泛的一种选矿方法，在细粒级云母选矿中占有非常重要的地位。因此，针对尾矿中云母资源的矿物学特性，开发高效浮选回收工艺和新型浮选剂，对于实现有价资源的综合利用具有重要的意义。

安徽某选铁尾矿中云母含量较高，具有一定的综合回收价值。本文在矿物学研究的基础上，采用浮选工艺，重点研究了磨矿细度、捕收剂种类、矿浆pH值、调整剂种类等因素对云母浮选的影响，为充分利用该尾矿资源奠定了技术基础。

1 矿样性质

1.1 化学成分分析

矿样取自安徽某铁矿磁选的尾矿，其主要化学成分见表1。由表1可知，矿样为高硅型铁尾矿，SiO2含量达75.99%、Fe元素含量为6.20%、K2O含量为1.21%，是云母矿物的标志性元素；Al2O3含量为5.29%，说明矿样中含有少量黏土矿物；CaO和MgO的含量分别为1.90%和3.15%，其他元素含量较低。

1.2 主要矿物组成

矿样X射线衍射(XRD)分析结果如图1所示。由图1可知，矿样中主要矿物为石英、白云母、赤铁矿、白云石等。采用镜下鉴定、X射线衍射分析、扫描电镜分析和MLA测定等多种方法考察了矿样中的矿物组成情况，查明矿样中云母主要为白云母和少量黑云母。金属矿物主要为赤(镜)铁矿，偶见黄铁矿、褐铁矿、闪锌矿、磁铁矿、黄铜矿及金红石等。非金属矿物主要为石英，少量白云石、绿泥石、滑石、角闪石、方解石、夕线石(蓝晶石)，微量透辉石、堇青石、钾长石、斜长石、蛇纹石等。

表1 矿样主要化学成分及含量Table 1 Main chemical composition of sample ore

Q-石英；Ms-白云母；Hem-赤铁矿；Dol-白云石图1 矿样X射线衍射分析图谱Fig.1 XRD pattern of sample ore

1.3 矿样粒度筛析

矿样的粒度及粒级分布是试验研究中重要的物理参数，需详细考察和确定。矿样粒度筛析结果见表2。由表2结果可知：矿样中+0.25 mm粒级含量为6.25%，-0.038 mm粒级含量为12.01%，粗粒级和细粒级含量较少。矿样中粗粒级产品K2O的含量较高，随着粒度的减小，K2O的含量逐渐降低。其中，+0.25 mm粒级产品中K2O的含量达到2.87%，-0.038 mm粒级中K2O的含量仅为0.64%。矿样中的K2O主要分布在中等粒级产品中，其中，-0.150+0.074 mm粒级中K2O的分布率最高，达到41.32%。其次为-0.25+0.15 mm粒级，K2O的分布率为23.67%。

表2 矿样粒度筛析结果Table 2 Screening results of sample ore

1.4 云母嵌布特征

矿样中云母的粒度分布统计结果表明，云母粒度主要分布在-0.074+0.043 mm粒级，分布率达到26.84%。其次为-0.043+0.020 mm粒级和-0.104+0.074 mm粒级，分布率分别为20.72%和17.87%。 由此可见，云母在粒级0.104+0.020 mm粒级的分布率达到65.43%，表明矿样中云母以中细粒嵌布为主。

矿样中云母以白云母为主，少量黑云母。白云母是选矿回收的主要目的矿物，主要以单体形式存在(图2(a))，少量为连生体。连生体中白云母主要与石英、绿泥石连生(图2(b))，少量白云母与黑云母毗邻连生(图2(c))。微量与长石交织连生，与镜铁矿包裹或毗邻连生(图2(d))，偶见与白云石、夕线石等连生。

图2 白云母嵌布特征Fig.2 Muscovite disseminated characteristics

1.5 选矿工艺难点分析

矿样中云母是主要的含钾矿物，选矿产品的K2O含量可直观反映云母的分选情况，因此通过测试K2O的含量分析选矿试验指标。矿物学研究表明，矿样中云母以白云母为主，少量为黑云母。云母嵌布粒度以中细粒为主，在-0.104+0.020 mm粒级的分布率达到65.43%。影响云母回收的主要矿物学因素是矿样中绿泥石等黏土类硅酸盐矿物含量较高，在浮选云母过程中易随云母进入精矿，从而影响云母精矿品质。因此，如何解决矿样中易浮脉石对云母浮选回收的影响，实现云母矿物的选择性浮选回收，是该尾矿云母选矿技术研究的难点。

1.6 试验设备及药剂

每次试验称取矿样500 g，采用武汉探矿厂生产的XMQ-240×90锥形球磨机进行湿式磨矿，浮选试验是在吉林探矿厂生产的XFD系列单槽和XFG系列挂槽浮选机上进行的。浮选药剂中氢氧化钠为分析纯，油酸、石油磺酸钠、BK421D、十二胺、混合胺、水玻璃、六偏磷酸钠、羧甲基纤维素钠(CMC)均为工业品。除油酸采用原液添加外，其他药剂均配成一定浓度的溶液添加，试验用水为自来水。

2 试验结果及分析

细粒云母的主要选矿加工方法是泡沫浮选法，根据捕收剂的不同分为酸性阳离子浮选法和碱性阴离子、阳离子浮选法两种。根据试验矿样的特性，采用碱性介质浮选的选矿工艺，重点考察了磨矿细度、捕收剂种类、矿浆pH值、调整剂种类以及浮选浓度等因素对云母浮选指标的影响。

2.1 磨矿细度试验

矿样呈细粒状，在氢氧化钠用量为200 g/t、水玻璃用量为500 g/t、阴离子捕收剂油酸和阳离子捕收剂十二胺的用量分别为300 g/t和150 g/t的条件下，考察了磨矿细度对云母浮选的影响。磨矿细度试验流程如图3所示，试验结果如图4所示。

图3 磨矿细度试验流程Fig.3 Flowsheet of grinding fineness test

图4 磨矿细度试验结果Fig.4 Results of grinding fineness test

由图3和图4结果可知，随着磨矿细度的提高，云母粗精矿中K2O的回收率略有升高，但K2O的含量呈现下降的趋势，可能与粒度过细导致脉石矿物的上浮有关。 在不磨矿的条件下(-0.074 mm占35%)，对云母集合体的解离度进行了测量统计，结果见表3。由表3可知，尾矿中云母集合体的单体解离度为75.57%，单体和≥1/2富连生体占比88.62%，另有少量云母集合体被包裹于脉石中，占比为1.03%。综合考虑选矿技术指标、云母解离特征以及生产成本等因素，确定不进行磨矿，在原始细度-0.074 mm占35%的条件下，铁尾矿调浆搅拌后直接进行云母浮选回收。

表3 云母集合体的解离度特征Table 3 Dissociation characteristics of mica aggregates

2.2 捕收剂种类试验

捕收剂是云母浮选的重要影响因素，在氢氧化钠用量为200 g/t、水玻璃用量为500 g/t的条件下，矿样调浆搅拌后直接浮选，考察了几种不同阴离子(用量300 g/t)和阳离子(用量150 g/t)捕收剂组合对云母浮选的影响，试验结果如图5所示。由图5结果可知，当采用石油磺酸钠和十二胺分别作阴离子-阳离子捕收剂时，云母粗精矿中K2O的含量和回收率较低，浮选效果不理想。采用BK421D和混合胺作捕收剂时，云母粗精矿中K2O的含量和回收率较好，优于油酸和十二胺、油酸和混合胺的浮选指标。BK421D是矿冶科技集团研发的一种新型阴离子捕收剂，具有耐低温、分散性好等优势。因此，选择BK421D和混合胺分别作阴离子-阳离子捕收剂进行云母浮选试验。

2.3 矿浆pH值试验

矿浆pH值是云母浮选过程的关键影响因素之一，适宜的pH值对于改善矿物的可浮性，提高药剂与矿物之间相互作用的选择性具有重要的作用。 采用氢氧化钠调整矿浆pH值，在水玻璃用量为500 g/t、BK421D和混合胺用量分别为300 g/t和150 g/t的条件下，考察了pH值对云母浮选的影响，试验结果如图6所示。 由图6结果可知，随着矿浆pH值的升高，云母粗精矿中K2O的含量呈现先升高后降低的趋势，K2O的回收率逐渐降低。在氢氧化钠用量为500 g/t、pH值=10.9的条件下，云母粗精矿中K2O的含量和回收率较高。因此，确定氢氧化钠用量为500 g/t，此时云母浮选的矿浆pH值=10.9。

图5 捕收剂种类试验结果Fig.5 Results of collector type test

图6 矿浆pH值试验结果Fig.6 Results of pulp pH test

2.4 调整剂种类试验

矿样中绿泥石等硅酸盐矿物的含量较高，在浮选过程中易进行云母精矿，对产品质量造成影响。调整剂在抑制脉石矿物上浮、提高云母精矿质量方面具有重要的作用。在氢氧化钠用量为500 g/t、BK421D和混合胺用量分别为300 g/t和150 g/t的条件下，考察了水玻璃(250 g/t)、BK500(100 g/t)、CMC(100 g/t)和六偏磷酸钠(100 g/t)几种调整剂对云母浮选的影响，试验结果如图7所示。由图7结果表明，当采用水玻璃作调整剂时，云母粗精矿中K2O的含量较低，抑制效果不理想。采用BK500作调整剂时，云母粗精矿中K2O的含量和回收率较好，优于CMC和六偏磷酸钠的浮选指标。因此，选择BK500作调整剂进行云母浮选试验。

2.5 浮选浓度试验

在氢氧化钠用量为500 g/t、调整剂BK500用量为100 g/t、BK421D和混合胺的用量分别为300 g/t和150 g/t的条件下，考察了浮选浓度对云母浮选指标的影响，试验结果如图8所示。由图8结果可知，随着浮选浓度的增加，云母粗精矿中K2O的回收率呈现先升高后下降的趋势，粗精矿中K2O的含量缓慢降低。综合考虑含量和回收率指标，推荐浮选浓度控制在20%～25%之间。

2.6 闭路流程试验

在条件试验和开路试验的基础上，按图9所示的流程进行了闭路试验，试验结果见表4。由表4可知，在碱性矿浆环境下，不磨矿直接浮选，采用BK500新型调整剂，BK421D和混合胺分别作阴离子和阳离子捕收剂，通过“一粗一扫四精，中矿顺序返回”的浮选工艺流程，获得了产率为9.77%、K2O含量为7.89%、回收率为64.41%的云母精矿，取得了较好的指标，为该铁尾矿二次资源利用提供了良好的技术支持。

图7 调整剂种类试验结果Fig.7 Results of regulator type test

图8 浮选浓度试验结果Fig.8 Results of pulp concentration test

表4 闭路试验结果Table 4 Results of locked-cycle test

选矿产品镜下检查表明，云母精矿(图10(a))中大部分矿物为白云母，少量黑云母。其中，白云母绝大部分为单体，少量与石英、绿泥石、赤铁矿等连生，白云母粒度分布不均，大部分分布在0.050～0.200 mm之间；黑云母大部分以单体形式存在，少量与白云母、绿泥石、石英等连生，粒度主要分布在0.040～0.120 mm之间。损失到尾矿中的云母大部分以连生体形式出现，少量为单体，其中，白云母主要与石英连生(图10(b))，少量与绿泥石、钾长石、黑云母等连生；黑云母主要与绿泥石连生，少量与石英、白云母连生。

为了考察云母精矿产品中主要元素的组成情况，对闭路试验的最终精矿产品进行了化学分析，结果见表5。由表5可知，云母精矿中K2O、SiO2和Al2O3的含量分别为7.89%、48.96%和35.37%，说明云母矿物得到了较好的富集回收。相对于铁尾矿而言，云母精矿的Fe、Mg的含量均明显降低，说明脉石矿物在浮选过程得到了较好的抑制。参照碎云母级别要求，该精矿产品达到Ⅲ类级别，可用于磨制云母粉，应用于陶瓷、橡胶、塑料和涂料等行业。

图9 闭路试验流程Fig.9 Flowsheet of locked-cycle test

图10 选矿产品镜下检查Fig.10 Microscope inspection of mineral processing products

表5 精矿化学分析结果Table 5 Chemical analysis results of final concentrate

3 结 论

1) 铁尾矿中K2O的含量为1.21%，脉石组分主要为SiO2，含量为75.99%，属高硅型铁尾矿。矿样中非金属矿物主要为石英、云母，少量白云石、绿泥石等。金属矿物主要为残余的赤(镜)铁矿，偶见黄铁矿、褐铁矿等。其中，云母主要为白云母，少量黑云母。

2) 根据矿物学研究表明，云母集合体粒度主要为中细粒，其中+0.074 mm粒级云母占比为47.84%，-0.020 mm粒级云母占比为4.60%。 解离度特性研究表明，云母单体解离度为75.57%，单体和≥1/2富连生体占比为88.62%，解离情况较好。

3) 浮选流程优化试验结果表明，在碱性矿浆环境下，不磨矿直接浮选，采用BK500新型调整剂，BK421D和混合胺分别作阴离子和阳离子捕收剂，通过“一粗一扫四精，中矿顺序返回”的浮选工艺流程，实验室闭路试验获得了产率为9.77%，K2O含量为7.89%、回收率为64.41%的云母精矿。