广西合浦某高岭土选矿工艺试验研究

朱 宾，陆 智,蔡振波，周 源，刘均云

(1．桂林理工大学南宁分校，广西 南宁 530001；2．广西冶金研究院，广西 南宁 530023；3．江西理工大学，江西 赣州 341000；4.江西明达功能材料有限责任公司，江西 赣州 342108)

高岭土是一族黏土矿物的总称，其基本组成为高岭石组和多水高岭石组，主要由高岭石、埃洛石组成，含量可达90%以上。其次，还有水云母，常混有黄铁矿、褐铁矿、锐钛矿、石英、玉髓、明矾等，有时还有少量的有机质。质纯的高岭土具有白度高、质软、易分散悬浮于水中、可塑性好、粘结性高、电绝缘性能优良、抗酸溶性良好、阳离子交换量低、耐火性良好等理化性质。高岭土已被广泛应用于造纸、陶瓷、橡胶、化工、涂料、医药和国防等几十个行业。高岭土作为化工添加材料，可显著提高产品的档次，增加产品的附加值。

广西有着丰富的高岭土资源，仅合浦县高岭土资源储量高达5.7亿t。合浦高岭土具有晶型好、粒度细、白度高等特性，是用于造纸涂料的理想材料。该高岭土矿床属滨海泻湖相沉积型矿床[1]，铁主要以重矿物的形态存在，磁性较弱，采用单一手段要使白度提高到80以上难度大，必须考虑离心选矿机、高梯度磁选及化学漂白的合理联合分选法。

1 合浦高岭土原矿特性

1.1 化学成分

原矿多元素分析结果见表1。

表1 原矿多元素分析

1.2 矿物成分

经显微镜下观察、X射线衍射、差热分析和电子探针综合分析，查明原矿中主要矿物为石英、高岭石和伊利石，少量的矿物有长石、电气石、锆石和云母，微量的矿物有锐钛矿、金红石、针铁矿、褐铁矿等。原矿主要矿物含量及其在各粒级中的分布见表2。

由表2可知，-0.002mm产品中高岭土的含量高达70%以上，但含铁、钛较高。研究围绕-2μ矿样降铁、钛及提高白度，进行了高梯度磁选、离心选矿机分选、浮选、选择性絮凝等多种方案探索。

表2 原矿矿物粒度分布情况表

2 选矿试验

通过对各种除铁、钛方法对比，采取离心机脱除的效果较好，可使-2μ产品中的铁及钛有较明显的降低，使白度提高2个左右，同时起到分级作用，减轻分级设备给矿压力；采用高梯度磁选只能除去14%～20%的铁及20%的二氧化钛，使白度提高1左右；采用连二亚硫酸钠加硫酸调节pH值的化学漂白方案，漂白效果较好，白度可以提高3～4个百分点。探索试验表明：采用单一手段要使白度提高到80%以上很困难，必须考虑离心选矿机，高梯度磁选及化学漂白的合理联合分选法[3]。

2.1 离心选矿机选别条件试验

2.1.1 离心选矿机筒体转速试验

离心选矿机对微细矿粒回收效率高，有效回收粒度为0.074～0.01mm，因此试验中利用离心机降低高岭石中含铁、钛量。固定条件：给矿浓度5%，六偏磷酸钠用量为3000g/t，给矿流量1000cm3/min。改变离心选矿机筒体转速(分别为500、650、800r/min时)对精矿指标的影响见图1。

图1 离心机不同转速对精矿指标的影响

由图1可知，离心机转速由500r/min增加到800r/min时，精矿的产率下降，精矿中铁、钛含量则增加。由此可见，随着离心机转速增大，除铁除钛效果逐渐变好。

2.1.2 离心选矿机给矿浓度试验

固定条件：六偏磷酸钠用量为3000g/t，给矿流量1000cm3/min，离心选矿机筒体转速800r/min。不同给矿浓度(分别为5%、10%、20%时)对精矿指标影响见图2。

由图2可知，给矿浓度为5%时，分选效果最好。探索试验中进行过2%给矿浓度试验 ，其精矿产率可达90%，考虑浓度过小紧贴离心机筒壁矿物易被冲走，造成选别效果不佳，同时为保证离心机处理能力，最终选择5%的给矿浓度为最佳条件。

2.1.3 离心选矿机分散剂用量试验

固定条件：给矿浓度5%，给矿流量1000cm3/min，离心选矿机筒体转速800r/min。不同分散剂六偏磷酸钠[2]用量(分别为0、1250、2500、4000g/t时)对精矿指标的影响见图3。

图2 离心机不同给矿浓度对精矿指标的影响

图3 离心机分散剂用量对精矿指标的影响

由图3可知，加入分散剂后离心选矿机的分选效果明显变好，当分散剂六偏磷酸钠的用量为2500g/t时获得指标较好。

2.2 化学漂白条件试验

根据探索试验，选择连二亚硫酸钠作为漂白剂，对连二亚硫酸钠漂白的主要影响因素：pH值、pH调整剂、连二亚硫酸钠的用量、加药时间、漂白温度等分别进行条件试验。

2.2.1 pH条件试验

给矿为-2μ产品，固定条件：连二亚硫酸钠用量10000g/t，加药时间30min，漂白温度40℃，采用硫酸调节pH。试验结果见表3。

由表3可知，采用连二亚硫酸钠进行漂白时，pH为3左右漂白效果最佳。其主要原因是pH过低时(小于2)，使连二亚硫酸钠的稳定性降低，一部分发生分解，使参加还原的药剂量减少。当pH值大于4时，已被还原为可溶性的二价铁又易被氧化成三价铁，生成氢氧化铁沉淀，因此选择漂白pH值为2～4。

表3 不同pH值的漂白试验结果

2.2.2 pH调整剂的选择

采用硫酸和盐酸分别作为pH调整剂，将pH调至3，在连二亚硫酸钠用量10000g/t，加药时间30min，温度为40℃的相同条件下，对离心机精矿-2μ产品进行漂白试验。试验结果表明：两种试剂漂白效果相仿，但采用硫酸调剂pH值更稳定，而盐酸调节pH时变化较快，且中间过程需要补加，综合考虑试剂价格及来源等因素，最终选择硫酸作为pH调整剂。

2.2.3 连二亚硫酸钠用量、加药时间、漂白温度试验

对此三条件进行正交试验，硫酸加入-2μ试样中将pH调至5沉降后，抽去部分悬浮物的产品，试验因素与水平如表4，正交试验直观图见图4。

表4 试验因素与水平

图4 正交试验直观图

由正交试验直观图看出，三因素中影响最大的是连二亚硫酸钠的用量，其次是温度，加药时间影响最小。连二亚硫酸钠用量为8000g/t时，漂白效果最佳，用量再增大，白度略降低。因此，选择用量8000g/t为宜。漂白温度在30℃以下时，漂白效果最差，当达到30℃时漂白效果明显变好。在试验过程中发现，当温度稍高时，由于水中溶解的氧减少，在沉降脱水的过程中防黄现象较少。因此，最佳漂白温度选择30℃～40℃，最佳加药时间30min。

2.3 组合工艺流程试验

试验采用除砂-分级-离心选矿机除铁、钛，分级-化学漂白工艺方案，选择最佳工艺条件进行试验，获得涂料级产品主要技术指标：-2μ含量大于90%、Al2O335.11%、SiO246.35%、TFe 0.78%、TiO20.89%、SO3小于0.5%、高岭石大于85%、伊利石小于15%、石英极微、白度80.4%。最终产品指标见表5，试验工艺流程见图5。

表5 试验最终产品指标

图5 工艺试验流程图

3 结语

通过离心选矿机及化学漂白条件试验，得到了最佳工艺参数：当离心机转速800r/min、给矿浓度为5%、分散剂六偏的用量为2500g/t、漂白试验中连二亚硫酸钠用量为8000g/t、漂白温度30℃～40℃、加药时间30min时，获得的涂料级产品-2μ含量大于90%、Al2O335.11%、SiO246.35%、TFe 0.78%、TiO20.89%、SO3小于0.5%、白度80.4%，同时形成了副产品石英砂和陶瓷原料，试验应用于实际生产将给企业带来较高经济效益。

[1] 张鸿源，等.我国沉积型高岭土矿的综合利用研究[C].1990非金属矿物资源与矿物材料学术讨论会论文(摘要)汇编，1990.

[2] 高濂，孙静，刘阳桥.纳米粉体的分散及表面改性[M].北京：化学业出版社，2003.

[3] C.Ustaer.et.al,“The separation of alunite in alunitic kaolin by selective folcculution” Clays and ciay Minerals[R].1976.