含碳红柱石矿石选矿实验研究

邹蔚蔚

(中材地质工程勘查研究院，北京 100102)

红柱石、矽线石和蓝晶石是同质异相的硅酸盐矿物，通常称为蓝晶石族矿物，化学分子式为Al2O3·SiO2或Al2SiO5。其晶体的密度和紧密程度，在烧成后没有变化，因此内部没有孔隙，使用前无需煅烧，容易向莫来石转化。

红柱石在高温下能转变成莫来石形成的独特的莫来石显微结构，使红柱石产品具有体积稳定、荷重状态下的低蠕变性和良好的耐火度、抗热冲击能力强等特点，而广泛应用于耐火材料领域，生产优质耐火材料、陶瓷耐火材料和生产特殊的绝缘体，制造铸钢和铸铁坩埚，以及生产铝合金。

试验用红柱石矿石自然类型为含碳红柱石板岩。深灰色，斑状、鳞片粒状变晶结构，主要成分：红柱石、黑云母及白云母、石英、长石、碳质及铁质等。

根据红柱石矿石的矿物组成特性，经条件试验及流程试验，确定了磨矿、脱泥、磁选、浮选的工艺流程，提出了选别该矿石的药剂制度，为该红柱石矿石的可选程度提供评价依据。

1 矿石性质研究

1.1 原矿矿物组成

矿石呈深灰色，斑状、鳞片粒状变晶结构，板状构造。试验用矿样定名为含碳红柱石板岩，除了含有红柱石外，云母、石英含量较多，另外还含有长石、高岭石、白云石及少量炭质及铁质。镜下观察可知：红柱石颗粒粗大，粒径(长)0.60～7.00mm，颗粒中有不同程度的硅化作用，颗粒中及边缘处常有石英包裹、围绕，并有少量黑云母片和尘点状炭质包裹体；红柱石颗粒中石英、黑云母包裹体粒径分别为0.01～0.10mm和0.02～0.25mm。选矿过程中，使红柱石与其他矿物单体解离有一定难度。

为进一步考查矿物组成，对混匀缩分后的试验样品进行X-射线衍射，衍射图见图1。X-射线衍射结果可知：该样品主要矿物为红柱石、云母、石英、长石、高岭石，少量白云石、碳质及铁质。红柱石含量约为11.2%。

经多元素化学检测分析，原矿主要化学成分为(%)：SiO262.18、Al2O320.57、Fe2O34.40、TiO20.52、CaO 0.11、MgO 1.39、K2O 5.00、Na2O 1.55、MnO 0.035、SO30.019、C 1.48。

2 选矿条件试验及方案

矿石中含有较多的黑云母等弱磁性矿物，采用湿式强磁选除去弱磁性矿物。脱泥在红柱石浮选中是十分必要的，因为它污染矿石的新鲜表面，破坏浮选过程的选择性，而且矿泥的粒度细、比表面积大，吸附大量的药剂，增加药耗，降低捕收剂的作用。在酸性介质中，矿泥的危害较为严重，因为酸性介质对矿泥有絮凝作用，大量矿泥在矿浆中成为絮状，恶化了红柱石的浮选过程，因此，预先脱泥是浮选红柱石必不可少的作业。通过脱泥和磁选，减少了浮选作业的入矿量及药剂消耗。

根据对原矿性质的研究以及红柱石的特点，经过大量的探索性试验，本实验采用磁选法、浮选法富集红柱石。确定试验工艺流程为：磨矿-脱泥-强磁选-浮选红柱石。试验流程见图2。

图1 原矿X-射线衍射图

图2 条件试验流程图

2.1 磁选实验

试验矿石中含有较多的黑云母等弱磁性矿物，会给浮选造成较大的危害，磁选是除去磁性矿物比较有效的方法。试验证明，湿式强磁选效果较好。考虑到工业上磁选机最高承载(激磁)电流，磁场强度选取1560000 A/m，在此条件下进行磨矿时间试验，结果见图3。

在磁场强度1560000 A/m的条件下，随着磨矿时间增加，粗精矿中红柱石含量有所增加，红柱石的回收率亦逐渐增加。磨矿时间达8.5min(-200目含量为73%)以后，粗精矿中红柱石含量基本稳定，红柱石的回收率有所降低。随磨矿时间的增加，泥量增多，造成红柱石的损失。本试验磨矿时间选取8.5min为宜，此时粗精矿产率13.56%，红柱石含量为49.12%，回收率为59.50%。

图3 磨矿时间对选别效果的影响

2.2 浮选实验

红柱石原矿经磨矿、脱泥、强磁选后,以硫酸调节pH值，采用石油磺酸钠、羟肟酸为捕收剂，进行浮选试验。

浮选条件实验中，在酸性条件pH值为3时，混合捕收剂的捕收性和选择性均较好，红柱石的可浮性较好，脉石矿物的可浮性较差，此时硫酸用量为1500g/t。石油磺酸钠用量、羟肟酸用量条件试验结果见图4、图5。

由图4的试验结果可看出，随着石油磺酸钠用量增加，粗精矿产率有所增加，红柱石含量比较稳定，回收率明显增加。浮选时，为了获得高回收率，同时兼顾红柱石含量，石油磺酸钠用量以1500g/t原矿为宜，此时粗精矿产率为14.25%，红柱石含量为48.65%，回收率为62.06%。

由图5可看出，随着羟肟酸用量增加，粗精矿红柱石含量降低，回收率明显增加。浮选时，为了获得高回收率，同时兼顾红柱石含量，羟肟酸用量以900g/t原矿为宜。

图4 石油磺酸钠用量条件试验

图5 羟肟酸用量条件试验结果

根据矿物浮选静力学说，捕收剂在矿物表面的吸附靠静电引力，因而取决于矿物表面的电荷电性。在酸性介质中，矿物表面上的负电荷减少，而正电荷增加，在矿物表面上形成活性中心(阳离子)。在pH值为3时，活性中心增加，因而石油磺酸钠离子在红柱石矿物表面上的吸附量亦增加。羟肟酸在红柱石矿物表面上的吸附为化学吸附，羟肟酸与金属Al3+离子能生成螯合物，吸附牢固，浮选速度快。混合用药具有一定的协同效应，浮选效果较好。

3 流程试验

在条件试验的基础上，进行开路流程和闭路流程试验。

3.1 开路流程试验

经磁选和浮选条件试验，探讨了各个条件因素在选别中的影响，得到了适宜的选矿条件。确定试验条件如下：

磨矿浓度为65%，磨矿时间为8.5min，磁场强度为1560000 A/m，硫酸用量1500g/t原矿，石油磺酸钠用量为1500g/t原矿，羟肟酸用量为900g/t原矿。

在此基础上，对红柱石进行选别流程试验。开路流程试验方案见图6，试验结果见表1。

图6 开路流程试验方案

表1 开路流程试验结果

由流程试验结果可以看出，该方案合理，流程结构较为简单，此时精矿产率6.59%，红柱石含量90.78%，红柱石回收率53.46%。

3.2 闭路流程试验

为了检查和校核所选择的开路流程，使试验结果与生产实际相近，我们在开路流程试验的基础上，进行了闭路流程试验。试验结果见表2。最终精矿化学分析结果见表3。

闭路流程试验相对开路流程试验，精矿中红柱石含量略有下降，回收率提高至61.07%。该流程结构较为简单，分选效果较好。

表2 闭路流程试验结果

表3 最终精矿化学分析结果

4 结 语

试验用矿石为含碳红柱石板岩，深灰色，斑状、鳞片粒状变晶结构。除了含有红柱石外，云母、石英含量较多，另外，还含有长石、高岭石、白云石及少量炭质及铁质。原矿红柱石含量为11.2%。

根据对原矿性质的研究以及红柱石的特点，本试验采用磁选法、浮选法分选富集红柱石。确定试验工艺流程为：磨矿-脱泥-强磁选-浮选。对该矿样分别进行了条件试验和流程试验。通过粗选、扫选及四次精选的闭路流程试验，可得到较好的分选效果，最终精矿产率为7.62%，红柱石含量89.69%，回收率61.07%，Al2O3含量为55.34%。流程结构较为简单，精矿指标较好。