长石选矿工艺研究

2012-09-25张兄明张英亮

中国非金属矿工业导刊 2012年3期

关键词：绿泥石长石原矿

张兄明，张英亮

长石选矿工艺研究

张兄明，张英亮

（中材地质工程勘查研究院，北京 100102）

本文介绍了笔者在长石选矿工艺研究方面的成果，这些成果均应用于生产中，对长石加工企业有一定的借鉴和参考作用。

选矿；长石；选矿工艺

Abstract: This article describes the author in feldspar mineral processing research results, which are used in production and a certain reference to feldspar processing enterprises.

Key words: mineral processing; feldspar; mineral addressing process

1 概述

长石是由硅氧四面体组成的架状构造的钾、钠、钙铝硅酸盐矿物，其化学成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O和Na2O等。

在自然界中，长石大致分为三大系列：①由钾、钠两组长石相互混熔而形成的碱性长石系列，它包括正长石、微斜长石、透长石、冰长石及歪长石五种；②由钠、钙长石两种组分相互混熔而形成的斜长石系列；③钡长石系列，包括钡长石、副钡长石、钡钠长石、锶长石。

1.1 长石的应用

由于长石熔点在1 100～1 300℃之间，化学稳定性好，在与石英及其他铝硅酸盐共熔时有助熔作用，因此，长石常被用于制造玻璃及陶瓷的助熔剂。

(1) 玻璃溶剂：长石是玻璃混合料的主要成分之一，长石含氧化铝高，铁质含量低，可以减少碱的用量。此外长石融溶后变成玻璃的过程比较缓慢，结晶能力小，可以防止在玻璃形成过程中析出晶体而破坏制品，长石还可以用来调节玻璃的粘性，一般各种玻璃混合料用钾长石或钠长石。

(2) 陶瓷坯体配料：在烧成前长石能起瘠性原料的作用，减少坯体的干燥收缩和变形，改善干燥性能，缩短干燥时间，在烧成过程中，长石溶融形成乳白色的粘稠玻璃体。这种玻璃体的特点是冷却后不再折晶，并能在高温下溶解一部分高岭土分解物与石英颗粒，促进成瓷反应的进行，并可降低烧成温度(在其他条件相同的情况下，可降低温度100℃左右)，这种作用通常称为助熔作用。此外，由于高温下的长石溶体具有较大的粘度，可以起到高温热塑作用与高温胶结作用，防止高温变形。冷却后的长石溶体以透明玻璃体状态存在于瓷体中，构成了瓷的玻璃态基质，增加透明度，提高光泽与透光度，改善瓷的外观质量与使用效能。

(3) 陶瓷釉料：陶瓷釉料主要由长石、石英和粘土原料配成，其中长石含量可达15%～35%以上。

(4) 搪瓷原料：主要用长石和其他矿物原料掺配成珐琅，掺入量通常为20%～30%以上。

(5) 其他：钾长石还可作为生产化肥的优质原料。

1.2 长石的质量标准

长石的主要质量指标为化学成分和粒度组成。对长石产品的一般要求见表1、表2。

表1 玻璃工业对长石的质量要求

表2 陶瓷工业对长石的质量要求

用于玻璃工业的长石对粒度的基本要求与石英砂类似，具体指标为：+0.71mm为0，0.5～0.1mm为90%，-0.10mm含量小于5%。

而用于陶瓷行业的长石，由于在陶瓷加工过程中还需要进行原料的研磨，粒度要求相对宽松。

2 长石矿床类型

长石矿床按成因可分为两大类。

(1) 伟晶岩型长石矿：此类矿床主要赋存于伟晶岩区，其围岩多为古老的沉积变质的片麻岩或混合岩化片麻岩。也有一些矿脉产于花岗岩体或基性岩体中，或在其接触带上。矿石主要集中于伟晶岩的长石块体带或分异单一的长石伟晶岩中。我国开采的长石矿床多为伟晶岩型矿床，如：湖南衡山、山东临朐、河南卢氏等。

(2) 岩浆岩型长石矿床：此类矿床产于酸性、中酸性及碱性岩浆岩中，其中以产于碱性岩中的最为重要，如霞石正长岩、霞石正长斑岩矿床，其次为花岗岩、白岗岩矿床以及正长岩、石英正长岩矿床等。如：云南个旧、安徽凤阳等。

一些典型矿区的长石矿的化学成分见表3。

表3 典型矿区的长石矿的化学成分(%)

3 长石加工技术

3.1 选矿方法介绍

长石中赋存的主要有害矿物主要是铁矿物，其他杂质矿物有粘土、云母、石榴子石、电气石、绿泥石、石英等。

根据长石矿床种类和性质不同，采用选矿加工方法包括破碎、磨矿、磁选除铁等。近年来，随着长石矿资源的减少、质量下降，对产品质量的要求不断提高，以及矿山综合利用的发展，引进了重选、浮选、高梯度磁选等较复杂的分选作业，从而达到除去石英、云母、含铁钛矿物的目的。

由于杂质矿物特别是石英，在物性、化学组成、结构构造等方面与长石相近，所以，长石与石英等杂质的浮选分离比较困难。

根据长石矿的矿石性质，一般采用的选矿原则工艺流程如下：

(1) 伟晶岩中产出的优质长石：手选→破碎→磨矿(或水碾)→分级。

(2) 风化花岗岩中的长石：破碎→磨矿→分级→浮选(除铁、云母)→浮选(石英、长石分离)。

(3) 细晶岩中的长石(一般含云母，有时含铁)：破碎→磨矿→筛分→磁选。

(4) 长石质砂矿：水洗脱泥→筛分(或浮选分离石英等)。

常用的长石选矿加工方法见表4。

长石是陶瓷、玻璃等制造业的重要原料。随着玻璃、陶瓷产品日益高档化，对高纯低铁的长石原料需求量不断扩大。虽然我国长石资源丰富，但一般含铁都较高，同时长石矿中均含有一定量的石英，必须经过除铁提纯才能应用。目前，我国长石加工存在磨矿效率低、选矿工艺技术落后、生产设备陈旧等问题，没有形成规模化和产业化。

表4 长石选矿方法

3.2 长石的典型加工工艺

笔者在为企业服务的过程中，接触的长石生产企业较多，现选择两个有代表性的长石加工企业进行介绍。

3.2.1 水洗—棒磨—重选—浮选流程

山东临朐某钠长石矿，矿石主要矿物为钠长石，约占85%～90%，其次为石英，约占10%～15%，少量绿泥石，另含极少量的含铁矿物和金红石等杂质矿物。

原矿及长石精矿化学成分见表5。

表5 原矿及长石精矿化学成分分析结果(%)

该矿原有的的加工工艺如下：原矿→一段破碎→石碾→分级(脱除细粒及绿泥石)→成品。

原有的加工工艺中只进行简单的研磨加工，生产的产品质量较差，烧成白度30左右，属于低级品；同时在长石加工的过程中，为了脱除绿泥石，采用水洗脱泥的方案，造成细颗粒资源的浪费。

在对原矿进行细致的研究后，笔者提供了新的加工工艺，即：原矿经过两段开路破碎后，进入棒磨机与筛子组成闭路系统磨矿，筛下产物先进入螺旋溜槽、摇床除去金红石等重矿物，再通过中场强磁选机进一步除去机械铁，产物脱除细泥后采用浮选进一步除去绿泥石，产品脱水后入均化库堆存。

通过改造，现该厂已形成年加工30万t的能力，通过加工处理，精矿的化学成分如表5，产品的烧成白度55～60。

在提高长石质量的同时，还同时回收绿泥石产品，绿泥石的测试结果见表6。

表6 绿泥石产品的测试结果

通过一年的生产实践，产品质量稳定，产量达到了设计能力，现产品供应山东淄博和河北的陶瓷企业，得到用户的好评。

该厂的工艺改造中，根据原矿的性质，确定的生产工艺有如下特点：

(1) 采用破碎—棒磨的手段，保证了入选原料的粒度组成符合要求，同时，采用棒磨—分级的闭路流程，克服了原石碾流程中产品粒度粗，不能形成闭路磨矿的缺点，做到了资源的合理利用。

(2) 根据原矿中含有金红石等重矿物的特点，采用螺旋溜槽—摇床的重选工艺，可以除去金红石等重矿物，保证产品的含钛量得到降低。

(3) 针对原矿含有绿泥石的特点，采用浮选工艺，除去绿泥石可以作为一种产品回收利用。

3.2.2 棒磨—磁选—浮选工艺

河南卢氏某长石矿为典型的伟晶岩，主要矿物为斜长石，约占60%，其次为石英，约占30%、白云母8%，另含少量的金红石、赤铁矿、磁铁矿等。

原矿化学成分及精矿化学成分见表7。

表7 原矿及产品精矿化学成分分析结果(%)

设计的生产工艺：原矿经过两段开路破碎后，进入棒磨机与筛子组成闭路系统磨矿，筛下产物通过中场强磁选机进一步除去机械铁，高梯度磁选机除去含铁矿物，产物脱除细泥后先采用浮选回收云母，云母回收采用一粗二精的流程，获得云母精矿；随后进行长石与石英分离，采用无氟浮选方法，长石经一段精选后获得长石精矿，槽中产物经扫选后获得石英砂，产品脱水后入均化库堆存。

现该厂已形成年加工原矿15万t的生产能力，每年生产可获得7 500t云母精矿，8万t长石产品及3万t石英砂，现产品供应河南及陕西陶瓷企业，产品受到用户的好评。

通过加工处理，精矿的化学成分如表7所示，长石产品的烧成白度60～65。

该厂采用的选矿生产工艺，在长石加工企业中，属于比较复杂的，与其他企业相比，其特点如下：

(1) 由于原矿含有一定量的白云母，在选别过程中需通过浮选除去，而且白云母还可以作为一种产品回收。

(2) 原矿中，长石含量低，必须通过浮选方法进行富集，因此，需进行长石与石英的分离，该厂采用的分离方案为无氟浮选工艺，避免了氟离子的环境污染问题，同时能够保证分离效果，确保长石与石英两种产品的成分满足客户要求。

(3) 对于其他影响产品质量的杂质矿物，如含铁矿物，需通过磁选方法分离。

3.3 长石选矿加工的发展方向

由于国内大型优质长石矿床较少，优质的长石资源短缺；同时随着建筑业快速发展及人们生活水平的提高，对建筑材料的需求量尤其是对高档陶瓷的需求量加大，导致优质长石的需求量增加，长石的选矿加工势在必行。

传统的加工工艺已经不能满足市场的需求，随着长石选矿技术的进步，未来长石选矿的发展方向将体现在如下几个方面：

(1) 采用多种选别作业，包括重选、磁选、浮选等选矿方法，由于矿石质量的差异及对产品质量要求的提高，未来的长石加工企业应根据自身的矿石性质，采用复合的选矿手段提升产品质量。

(2) 长石石英分离，随着优质长石的消耗，目前很难找到直接使用的长石资源，而长石的使用厂家对产品质量要求越来越高，这就需要推广新的生产技术，其中长石石英分离将是今后选矿发展方向，只有通过长石石英分离，才能利用过去弃之不用的资源，满足市场对优质长石原料的需求。

(3) 在有资源和市场的地区建设大型选矿厂、实现规模效益。