赣中地区早白垩系（燕山期）龙古山单元岩体高岭土深加工提纯试验

摘要：高岭土由长石、普通辉石等铝硅酸盐类矿物风化而成，主要成分为高岭石，用途广泛。试验以赣中地区早白垩系（燕山期）龙古山单元岩体的高岭土为研究对象，采用捣浆、螺旋分级、水力旋流器分级、磨矿、浮选、磁选、增白和酸浸等选矿工艺进行深加工提纯，得到能满足工业利用的高岭土、高纯石英砂、长石和云母等产品，从而推进高岭土的开发利用。

关键词：早白垩系（燕山期）龙古山单元岩体；高岭土；深加工提纯；赣中地区

中图分类号：TD985 文献标识码：A 文章编号：1008-9500（2024）10-00-04

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Deep processing and purification Experiment of kaolin in the Longgushan unit rock mass of the Early Cretaceous （Yanshanian） in the Central Jiangxi Province

PEI Yang， LI Fanshun， MO Jing

（The First Geological Brigade of Jiangxi Geological Bureau， Nanchang 330200， China）

Abstract： Kaolin is formed by weathering aluminum silicate minerals such as feldspar and ordinary pyroxene， and its main component is kaolinite， it has a wide range of uses. In the experiment， taking the kaolin from the Longgushan unit rock mass of the Early Cretaceous （Yanshanian） in the Central Jiangxi Province as the research object， deep processing and purification are carried out by using mineral processing techniques such as slurry pounding， spiral classification， hydraulic cyclone classification， grinding， flotation， magnetic separation， whitening， and acid leaching to obtain kaolin， high-purity quartz sand， feldspar， mica and other products that can meet industrial utilization， thus promoting the development and utilization of kaolin.

Keywords： Early Cretaceous （Yanshanian） Longgushan unit rock mass; kaolin; deep processing and purification; Central Jiangxi province

高岭土的主要成分为高岭石，高岭石属于三斜晶系或单斜晶系[1]。高岭石的晶体结构由2个基本结构层组成，即由硅氧四面体层和铝氧八面体层叠置而成。试验对赣中地区早白垩系（燕山期）龙古山单元岩体的高岭土矿样进行深加工提纯工艺研究。研究区高岭土原矿的主要化学成分为SiO2（含量72.04%）、Fe2O3（0.83%）、Al2O3（17.26%）、TiO2（0.04%）、K2O（4.19%）、Na2O（1.12%）、CaO（0.15%）和MgO（0.02%），烧失量为4.21%，自然白度为61.1%。经X射线衍射（X-Ray Diffraction，XRD）分析，原矿的主要矿物组成为石英（38.4%）、长石（25.8%）、云母（24.0%）和高岭石（11.8%）。对粒径小于2 μm的高岭土矿样进行扫描电镜分析，观察微观形貌，发现其属于片状高岭土，如图1所示。

1 高岭土原矿提纯试验

1.1 捣浆试验

开展捣浆试验时，捣浆浓度为33%，捣浆时间为30 min。捣浆试验以矿浆充分分散为评价标准。

1.2 除砂试验

根据高岭土提纯经验，除砂试验采用螺旋分级机（螺旋直径150 mm，长度1 200 mm），给料速度为0.5 m3/h，螺旋倾角为17°。从试验结果看，原矿经过捣浆，螺旋分级底流SiO2含量为88.14%，Al2O3含量为7.85%，K2O与Na2O含量合计2.75%，螺旋分级底流矿物主要组分是石英。螺旋分级溢流Al2O3含量为28.60%，Fe2O3含量为1.58%，有用矿物高岭土和杂质Fe2O3均向螺旋分级溢流富集。

1.3 水力旋流器提纯

水力旋流器直径为75 mm，其入料为螺旋溢流。根据高岭土提纯经验，水力旋流器的溢流口直径取20 mm，底流口直径取7 mm，进浆压强分别为0.10 MPa和0.30 MPa，进浆浓度为21.09%，通过试验考察进浆压力对旋流器溢流的影响。试验结果显示，高岭土的螺旋溢流经过水力旋流器分级提纯，水力旋流器溢流Al2O3含量超过30%，Fe2O3含量约为1.9%，杂质Fe2O3进一步富集。水力旋流器底流K2O与Na2O含量超过11%，主要成分为云母。进浆压强从0.10 MPa提高到0.30 MPa时，溢流Al2O3含量从31.72%提高到32.07%，但产率从66.04%降低到61.68%。经综合考虑，水力旋流器分级提纯的进浆压强取0.10 MPa，高岭土总产率为29.53%。

1.4 螺旋底流综合回收石英试验

高岭土原矿的螺旋底流产率为55.28%，SiO2含量为88.14%，K2O与Na2O含量合计2.75%。为综合利用原矿中的石英资源，提高附加值，从螺旋底流中综合回收石英。螺旋底流磨矿后，通过浮选去除其中的云母和长石，提纯石英砂。

1.5 磁选试验

水力旋流器溢流Fe2O3含量为1.89%，浮选云母Fe2O3含量为1.91%，浮选长石Fe2O3含量为0.27%。对这几种试验产品进行磁选试验，降低Fe2O3含量，增加自然白度和焙烧白度（焙烧温度1 200 ℃）。试验采用电磁高梯度磁选机，矿浆浓度为16.96%，磁场强度为4.0 T。不同流速下的磁选试验结果显示，随着矿浆流速的减小，产品中Fe2O3含量有所降低，产品的自然白度和烧成白度都有所提高。通过磁选，水力旋流器溢流的自然白度由51.6%提高到53.5%，压片烧成白度（焙烧温度1 200 ℃）由54.8%提高到61.6%；浮选长石自然白度由37.6%提高到38.8%，压片烧成白度（焙烧温度1 200 ℃）由64.3%提高到65.8%，浮选云母自然白度由35.4%提高到65.9%。综合考虑产品的白度、产率等指标，磁选试验的矿浆流速取5 cm/s。磁选后，高岭土总产率为21.05%，云母总产率为1.60%，长石总产率为6.19%。

1.6 高岭土增白试验

增白试验主要针对磁选后高岭土精矿，在酸性条件下，采用保险粉（Na2S2O4）作为漂白剂。矿浆浓度为12.1%，矿浆pH值为3～4时，通过试验考察保险粉用量对产品白度的影响[2]。试验发现，随着保险粉用量的增加，产品的自然白度先增加后减少，当保险粉用量为1.0%时，产品自然白度最高，为76.4%。经综合考虑，保险粉用量取0.8%。试验结果表明，高岭土产品的自然白度为54.00%，烧成白度（压块后1 200 ℃温度下焙烧）为61.90%，增白白度为76.50%。

1.7 石英砂酸浸试验

浮选石英砂产品SiO2含量为99.72%，对其进行酸浸试验。为使石英砂含有的铁杂质显露，先低温焙烧浮选石英砂，然后对焙烧产物进行酸浸。浮选石英砂分别在400 ℃、500 ℃和600 ℃温度下焙烧，焙烧时间为0.5 h，酸浸采用盐酸，盐酸用量为10%，酸浸温度为90 ℃，酸浸时间为5 h。浮选石英砂经过500 ℃焙烧后，采用盐酸浸取、提纯，然后制备高纯石英砂。酸浸试验结果显示，浮选得到的石英砂产品直接采用盐酸浸取，SiO2含量从99.72%提高到99.82%，经过500 ℃焙烧后，可以提高到99.95%。

1.8 推荐工艺流程

根据试验结果，推荐的高岭土分选工艺流程如图2所示，推荐的瓷石及石英砂处理工艺流程如图3所示。

2 产品检测与分析

2.1 高岭土产品

从主要化学成分来看，高岭土产品的SiO2含量为50.41%，Fe2O3含量为1.50%，Al2O3含量为31.74%，K2O含量为3.91%，Na2O含量为0.86%，TiO2含量为0.04%，CaO含量为0.06%，MgO含量为0.83%，SO3含量为0.05%，烧失量为10.27%。经粒度分析，粒度小于51.6 μm的颗粒占高岭土产品的占比为90%，细度接近45 μm，粒度小于2 μm的颗粒含量为10.8%，占比较小。经白度分析，高岭土产品自然白度为54.0%，烧成白度为61.9%（压块后1 200 ℃温度下焙烧），增白白度为76.5%。经XRD半定量分析，高岭土矿物的石英含量为9.6%，高岭土含量为43.4%，钾长石含量为34.9%，钠长石含量为1.2%，云母含量为10.9%。由此看出，高岭土矿物含有较多长石和少量云母，这与化学成分分析结果相吻合，即K2O、Na2O含量较高。

2.2 石英砂产品

经化学成分分析，高纯石英砂产品的SiO2含量为99.95%，Fe2O3含量为0.002%，Al2O3含量为0.05%。矿物XRD分析结果显示，石英含量占石英砂产品的100%。

2.3 长石产品

经化学成分分析，长石产品的SiO2含量为68.16%，Fe2O3含量为0.08%，Al2O3含量为18.56%，K2O含量为6.43%，Na2O含量为4.03%，TiO2含量为0.01%，CaO含量为0.08%，MgO含量为0.02%，烧失量为1.14%。长石产品自然白度为47.1%，烧成白度为65.6%（压块后1 200 ℃温度下焙烧）。矿物XRD分析结果显示，长石产品的石英含量为23.5%，钾长石含量为65.8%，钠长石含量为10.7%。

2.4 云母产品

经化学成分分析，云母产品的SiO2含量为59.64%，Fe2O3含量为0.77%，Al2O3含量为27.84%，K2O含量为8.34%，Na2O含量为2.52%，TiO2含量为0.04%，CaO含量为0.12%，MgO含量为0.08%，烧失量为2.55%。此外，云母产品自然白度为66.77%。矿物XRD分析结果显示，云母产品的石英含量为10.8%，白云母含量为64.0%，钾长石含量为22.3%，钠长石含量为1.3%，高岭土含量为1.6%。

3 结论

试验对赣中地区早白垩系（燕山期）龙古山单元岩体的高岭土矿样进行提纯工艺研究。其间分析原矿的主要化学成分、矿物组成和粒度组成，开展水力旋流器分级和磁选，对粗砂进行磨矿、云母浮选与长石浮选等工艺试验，通过实验室试验及半工业试验，确定产品应用方向，提高高岭土产品的附加值，以期更好地开发和利用高岭土资源。试验结果表明，高岭土矿物的螺旋分级底流经过磨矿、分级、浮选、磁选和酸洗后，得到的高岭土产品主要理化指标符合陶瓷工业用高岭土的要求。高纯石英砂产品的主要化学指标不仅符合玻璃工业用石英砂的分级要求，而且满足平板玻璃用硅质原料及光伏玻璃用硅质原料要求。长石产品的主要理化指标符合日用陶瓷用长石要求。云母产品的主要理化指标符合涂料用绢云母粉的要求。试验结果可为地质评价及当地高岭土开发应用提供技术支持和理论依据。

参考文献

1 邓 祺，任子杰，宋昱晗，等.福建某高岭土伴生石英提纯试验研究[J].化工矿物与加工，2024（1）：21-27.

2 张玉梅，任子杰，高惠民，等.广东某高岭土矿中石英选矿提纯试验研究[J].矿产保护与利用，2023（4）：68-72.