福建某砂质高岭土高效利用选矿试验研究*

王 前 王兆连 张鹏翔, 张义廷 王茂松

(1 潍坊新力超导磁电科技有限公司 山东 潍坊 261205)

(2 山东华特磁电科技股份有限公司 山东 潍坊 262600)

砂质高岭土质松散、砂质含量大于50%,化学成分一般属于硅高铝低型,钾含量偏高,有用矿物主要以高岭石为主,石英、长石也可综合回收利用,其余的矿物为杂质无回收价值[1]。砂质高岭土的加工方式主要有干法磨矿分级、水洗除砂、分级提纯,磁选除铁等[2],我国砂质高岭土主要以开采原矿和产品粗加工为主,淘洗率较低,生产精制高岭土能力不足,而且有大量石英、长石等矿物被抛废,造成资源浪费[3]。因此加强砂质高岭土的选矿提纯和综合利用研究,对提高矿山经济效益和环境保护具有重要意义。以福建某地砂质高岭土为研究对象,结合工艺矿物学研究结果,采用分级-磨矿-高梯度磁选-超导磁选的选矿工艺流程,可获得合格的高岭土、石英、长石精矿,为科学高效的开发砂质高岭土资源提供借鉴和参考。

1 试验部分

1.1 原矿性质

福建某地砂质高岭土原矿化学多元素分析结果见表1。

表1 原矿化学多元素分析结果表(质量%)

由表1 可知,原矿中SiO2含量很高,达到73.72%,说明石英含量很高。经矿物物相分析表明:原矿中含量最多的矿物为石英为55%,其次为高岭石28%、长石9%、云母6%,还有少量的褐铁矿和钛铁矿等约占2%。原矿中主要有害元素为铁,主要存于云母、褐铁矿、钛铁矿中。

1.2 试验设备及试剂

试验磁选设备:山东华特磁电科技股份有限公司生产的LHGC-Z型立环高梯度磁选机、HTDZ-AF电磁浆料磁选机,潍坊新力超导磁电科技有限公司生产的CGC-100低温超导磁选机。

试验试剂为六偏磷酸钠。

1.3 试验方法

由于原矿中石英长石高岭土的赋存粒度各不相同,石英主要以粗颗粒形式存在,高岭土主要集中在细粒级中,所以原矿优先筛分分级,然后分别对石英、长石、高岭土进行选矿除铁提纯试验研究。

在非金属矿除铁提纯中,磁选作为一种物理分选工艺,不仅除铁效果明显且绿色环保,在矿山企业中有着广泛的应用。其中山东华特磁电科技有限公司生产的立环高梯度磁选机、电磁浆料机在石英长石除铁降杂方面有较好的选别效果[4～5]。潍坊新力超导磁电科技有限公司生产的低温超导磁选机因具备极高的背景场强、除铁率高、对弱磁性微细颗粒有较好的捕收能力、绿色环保、能耗低、分选范围广、自动化程度高等优越性能,可在高岭土除铁增白方面发挥重要作用[6]。

2 结果与讨论

2.1 分级试验

由于石英长石高岭土的赋存粒度各不相同,石英主要以粗颗粒形式存在,高岭土主要集中在-0.045mm 粒级中,所以原矿优先筛分分级,然后分别对石英、长石、高岭土进行选矿试验研究。原矿充分搅拌后,按图1所示流程将原矿分为3个粒级,并分别进行化学多元素分析。分级结果如表2所示。

图1 分级试验流程图

表2 分级试验结果表(%)

由表2可知,+5 mm 粒级产率45.21%,SiO2含量为94.57%,说明该粒级含有大量优质石英砂,可通过除铁降铝获得高品质石英砂精矿。-0.5+0.045 mm 粒级Al2O3含量为13.94%,属于中间产物,可通过磁选主要用于提纯长石。-0.045 mm 粒级Al2O3含量高,SiO2含量低,说明该粒级主要成分为高岭土,故将-0.045 mm 粒级作为提纯高岭土的对象。

2.2 石英砂提纯试验

+0.5 mm 粒级含有大量石英砂,但杂质含量较高,不能直接使用,如需获得高品质石英砂,且满足石英砂精矿产品粒度要求,需对+0.5 mm 粒级试样磨至-0.5 mm 全通后再进行磁选除铁降杂试验。磁选设备选用山东华特磁电科技有限公司生产的立环高梯度磁选机。

2.2.1 立环磁选场强试验

考察磁场强度对石英提纯的影响。+5 mm 粒级采用陶瓷球磨机磨至-0.5mm以下,进入立环磁选,立环采用2 mm 介质棒矿浆浓度25%,分别在0.7 T、1.0 T、1.3 T、1.5 T 磁场强度下进行磁选试验,试验流程见图2、试验结果见图3。

图2 立环磁选场强试验流程图

图3 磁场强度对石英砂除铁的影响

由图3可知,随着立环高梯度磁选机磁场强度的加大,石英砂精矿Fe2O3含量呈下降趋势。当磁感应强度在1.3 T 和1.5 T 之间时,Fe2O3含量曲线变得平缓,高梯度磁选场强为1.5 T 较为适宜。

2.2.2 立环磁选段数试验

经过一段立环高梯度磁选,石英砂中大部分含铁杂质已被去除,然而扔有部分较难去除的含铁杂质残存,产品中Fe2O3含量仍未达到理想指标。因此需采用多段磁选,试验分别进行了1段、2段、3段高梯度磁选试验,场强均为1.5 T,试验结果见图4。

图4 磁选段数对石英砂除铁的影响

由图4可知,二段磁选Fe2O3含量较一段磁选明显降低。当增加到三段磁选后,Fe2O3含量变化不大,但精矿产率降低。综合生产成本和经济效益,石英砂除铁以二段磁选为宜。

2.2.3 擦洗试验

研究表明,石英及长石类的矿粒表面上有一层由氢氧化铁组成的薄膜[7],可通过搅拌让颗粒相互摩擦从而去除氢氧化铁薄膜。为进一步降低粗精矿中Fe2O3含量,以提高石英产品质量,在上述两段立环强磁选基础上增加擦洗脱泥工艺。擦洗浓度50%,擦洗时间20 min,擦洗转速1 300 r/min。其工艺流程见图5,试验结果见表3。

图5 擦洗流程图

表3 石英砂除铁试验结果表(%)

由表3表明,擦洗脱泥除铁效果比较理想,经擦洗脱泥除铁后,可获得SiO2含量99.71%,Fe2O3含量0.01%的石英精矿,达到了光伏玻璃行业用硅质原料的要求。

2.3 长石除铁提纯试验

由分级结果可知,-0.5+0.045 mm 粒级中K2O含量为9.23%,Al2O3含量为15.79%,有害成分Fe2O3含量为1.77%,其余TiO2、CaO、Mg O、Na2O等含量较低。试验着重考察磨矿细度和磁选条件对长石除铁的影响。

2.3.1 磨矿细度试验

将-0.5～+0.045 mm 矿样分别磨至-0.15 mm占60%、70%、80%、90%,在1.5 T 磁场强度下进行电磁浆料高梯度磁选机一段磁选,考察磨矿细度对长石除铁效果的影响。试验流程如图6,试验结果见图7。

图6 磨矿细度试验流程图

图7 磨矿细度对长石除铁的影响

随着磨矿细度的提高,矿物颗粒解离度越高,磁性颗粒更容易被去除,精矿含铁量和产率均呈下降趋势,但磨矿细度-0.15 mm 超过80%时,精矿含铁量变化不大,产率继续下降,说明矿物已经过磨。所以试验磨矿细度选取-0.15 mm 占80%比较合适。

2.3.2 电磁浆料磁选试验

在-0.15 mm 通过率80%的磨矿细度下,经1.0 T 场强下经电磁浆料高梯度磁选一次,所得精矿含铁量为0.62%,说明大部分含铁杂质已被去除,但仍有部分较难去除的含铁杂质残存,产品仍未达到理想指标。因此采用1.5 T 场强进行二段磁选。试验流程如图8,试验结果见表4。

图8 长石除铁试验流程

表4 长石除铁试验结果表(%)

由表4可知,-0.5+0.045 mm给矿试样磨矿至0.15 mm 占80%的条件下经过1.5 T 电磁浆料磁选机两道强磁选流程,Fe2O3含量由1.77%降至0.23%,白度由27.3%提升至65.8%,所得长石精矿可用于陶瓷行业。

2.4 高岭土超导磁选除铁增白试验

由分级试验结果可知,高岭土绝大部分存在于-0.045 mm 粒级中,有害成分Fe2O3含量较高为1.34%。其中潍坊新力超导磁电科技有限公司生产的低温超导磁选机在高岭土除铁降杂方面有较好的选别效果。试验着重考察磁场强度、磁选段数和磁选预处理对除铁增白的影响。

2.4.1 超导磁场强度试验

磁场强度是影响高岭土除铁效果的主要因素。通过对比不同场强下精矿产率和白度,确定超导磁选的最佳磁场强度。在矿浆浓度18%,分散剂用量0.2%,矿浆流速1.0 cm/s,磁介质为3#钢毛,一次磁选流程的条件下,分别考察1.0 T,2.0 T,3.0 T,4.0 T 对除铁增白的影响。试验结果见图9。

图9 磁场强度对高岭土除铁增白的影响

由图9可知,随着超导磁选机磁场强度的加大,高岭土精矿白度逐步提升,

当磁场超过3 T 时,精矿白度变化不大趋于稳定,而产率继续下降。综合考虑,超导磁选的磁感应强度为3.0 T。

2.4.2 超导磁选段数试验

考察增加超导磁选次数对除铁效果的影响。试验分别进行一段、二段、三段超导磁选,每段磁选场强为3 T,其他试验条件不变,试验结果见图10。

图10 磁选段数对高岭土除铁增白的影响

由图10可知,增加磁选段数,精矿产率降低,但精矿白度提升不大。综合考虑磁选成本,一段超导磁选即可。

2.4.3 磁选预处理优化试验

为进一步提高精矿白度,试验对-0.045 mm 高岭土进行1.0 T 电磁浆料预处理后再进入3.0 T 超导磁选机进行二段磁选,其他试验条件不变。具体试验流程如图11,试验结果见表5。

图11 高岭土除铁增白试验流程图

表5 高岭土除铁增白试验结果表(%)

精矿白度为90.5%,达到涂料、造纸行业高岭土应用标准。

2.5 推荐流程及精矿质量分析

通过对该砂质高岭土进行各种条件试验选择出最佳参数,最终制定了适宜的工艺流程,见图12,所得精矿质量分析见表6。

图12 砂质高岭土选矿工艺流程图

表6 精矿质量分析表(%)

由表5可知,-0.045 mm 矿样经过电磁和超导两次强磁选流程,Fe2O3含量由1.34%降至0.53%,

由表6可知,所获得的石英砂精矿达到了光伏玻璃行业用硅质原料,所得长石精矿可用作陶瓷原料,所得高岭土精矿可以满足造纸、高档陶瓷、涂料等领域的应用要求。

3 结论

(1)福建某地砂质高岭土主要有用矿物石英、高岭土、长石。根据石英长石高岭土的不同赋存粒度,将原矿分为+0.5 mm、-0.5～+0.045 mm 和-0.045 mm 3个粒级,分别对石英、长石、高岭土进行选矿提纯试验。

(2)+0.5 mm 矿样经“磨矿-1.5 T 立环强磁选-1.5 T 立环强磁选-擦洗脱泥”流程可获得SiO2含量99.71%,Fe203含量0.01%的石英精矿,达到了光伏玻璃行业用硅质原料的要求。

(3)-0.5+0.045 mm 矿样在磨矿至0.15 mm 占80%的条件下经过1.5 T 电磁浆料磁选机两道强磁选流程,Fe2O3含量由1.77%降至0.23%,白度由27.3%提升至65.8%,所得长石精矿可用于陶瓷行业。

(4)-0.045 mm 矿 样 经 过1.0 T 电 磁 和3.0 T 超导两次强磁选流程,可得到Fe2O3含量0.53%、精矿白度为90.5%的高岭土精矿,可以满足造纸、高档陶瓷、涂料等领域的应用要求。