四川某地石英长石矿高效利用选矿试验研究

余新文，喻福涛，杨晓军，文伟，钟乐乐

（1. 四川省地质矿产勘查开发局成都综合岩矿测试中心, 四川 成都 610081；2. 稀有稀土战略资源评价与利用四川省重点实验室, 四川 成都 610081）

非金属矿和岩石是人类利用最早的地球矿产资源，非金属矿深加工及其非金属材料产业已被视为21 世纪的朝阳产业之一[1]。其中, 长石和石英是两种在地壳分布最多的造岩矿物，由于二者同属架状硅酸盐矿物，均具有玻璃光泽、硬度较高、比重较轻、无磁性、具亲水性等极为相似的晶体结构、物理、化学及表面性质，分离难度大，浮选成为它们分离的主要方法[2-3]。石英的浮选有两种方法 , 一是用胺类捕收剂直接浮选 , 二是经多价金属离子活化后 , 再用阴离子捕收剂浮选[4]。长石浮选则一般采用脂肪二胺和石油磺酸盐等作为捕收剂的浮选工艺。近年来，随着建筑和玻璃业的快速发展，市场对长石、石英的需求量也日益增长，对二者精矿品质要求也越来越高，由于高品位长石资源被优先开采造成优质长石资源的枯竭，高品质的陶瓷石英与长石浮选分离是提高石英长石矿产资源利用率及产品质量最关键的技术之一[5]。

本课题以四川某混合难选石英长石共伴生矿为研究对象。通过 “擦洗- 脱泥- 磁选” 工艺去除原矿中的有害杂质元素，然后通过浮选工艺对石英和长石进行分离，分别获得合格的石英和长石精矿产品。

1 试验原矿

1.1 原矿多元素分析

原矿化学多元素分析结果见表1。

>表1 原矿多元素分析结果/%Table 1 Multi-element analysis results of the run-of-mine ore

从表1 可以看出，原矿中主要化学成分为SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、Fe2O3等，需通过选矿回收的组分为SiO2、Al2O3、K2O、Na2O，需去除的主要杂质组分为Fe2O3。

1.2 矿石类型及特征

试验样品矿石为强风化斑状黑云母花岗岩型长石矿，风化作用强烈，主要表现为碎裂及蚀变（粘土化、水云母化等）。

矿石由斑晶及充填于斑晶间的基质组成，具似斑状结构、花岗结构及碎裂结构，疏松块状构造。

斑晶为钾长石粗大晶体，一般11×17 mm ～ 24×37 mm，少量小者约9×15 mm。基质中主要矿物为：①钾长石：普遍发生不同程度的粘土化，一般2 ～ 8 mm，少量小者1 mm 左右；②斜长石：普遍发生强的粘土化蚀变，一般1.1×1.8 mm ～ 5×6 mm，少量小者约0.5×1 mm 左右；③石英：粒状，一般1 ～ 4.5 mm，少量0. 4～ 1 mm 及4.5 ～ 7 mm 者，集合体粒度一般≤5 mm；④黑云母：普遍发生水黑云母化，板状、片状者一般0.6×1.5 mm ～ 1.5×2.8 mm，似粒状者一般0.5 ～ 2.3 mm，集合体粒度有所增大，但幅度有限，均小于5 mm。

1.3 矿物组成及含量

为了解矿石中各主要成分的含量及矿物特性，进行了矿物组分研究，各矿物组成及含量见表2。

>表2 矿物组成及含量分析结果Table 2 Analysis results of mineral composition and content

原矿中主要矿物由钾长石、斜长石、黑云母、石英以及前三者的蚀变产物组成。

1.4 原矿粒度组成分析

为考查原矿中目的矿物在各粒级中的组成及含量分布情况，对-5 mm 原矿进行了粒度组成分析，结果见表3。

>表3 原矿粒度组成分析结果 Table 3 Analysis of grain size composition of the ore

从表中数据可以看出，随着粒度的变细产率越低，其有用矿物的含量也变低，而有害成分Fe2O3含量逐渐升高，这是因为有害元素铁的载体矿物粒度比较细，在细粒级富集。-5+1 mm 粒级中的K2O、Na2O 及SiO2含量均比原矿试样要高，同时其中的有害成分Fe2O3含量却比原矿低，有利于产品质量的提高。因此，可通过控制适当的磨矿细度达到有用矿物单体解离来提高有用矿物的产率，而后采用磁选的方式除去该矿石中的有害元素铁。

2 结果与讨论

2.1 一段磁选除铁试验

试料中的有害杂质元素主要为铁，本试验采用弱磁选和强磁选结合工艺进行除铁试验。通过前期入选粒度、强磁选磁场强度和选别次数等一系列条件试验，最终推荐的除铁工艺流程及参数见图1。入选粒度-0.8 mm，弱磁选磁场强度0.3 T，强磁选磁场强度1.4 T，强磁选分选两次。试验结果见表4。

图1 磁选除铁试验流程Fig .1 Flowsheet of magnetic separation iron

表4 磁选除铁试验结果Table 4 Results of magnetic separation iron tests

从表4 中数据可以看出：原矿采用 “磨矿-弱磁选- 脱泥- 两段强磁选” 工艺，在原矿粒度以-0.8mm 入选时，可以获得产率85.54% 的长石石英混合精矿产品，混合精矿中Fe2O3含量为0.21%。从试验结果可以看出，要想获得更高品质的石英长石精矿产品，还必须降低其中的有害元素铁含量。

2.2 二段擦洗除铁试验

研究表明，长石类及硅质类原料的含铁杂质中，有很大部分是由氢氧化铁组成的矿粒表面上的薄膜，可通过搅拌擦洗让颗粒互相摩擦，使氢氧化铁薄膜从矿粒表面被擦洗掉[6]。为进一步降低粗精矿中Fe2O3含量，以提高石英长石产品质量，在上述 “磨矿- 弱磁选- 脱泥- 两段强磁选” 工艺的基础上增加 “擦洗脱泥” 除铁工艺。擦洗脱泥除铁试验最终推荐工艺参数为：擦洗浓度60%，擦洗时间30 min，擦洗转速1300 r/min，工艺流程见图2，试验结果见表5。

>表5 擦洗脱泥除铁试验结果Table 5 Results of scrub iron removal tests

图2 擦洗除铁试验流程Fig .2 Flowsheet of Scrub iron removal

表5 表明，磁选后的长石粗精矿经过擦洗脱泥除铁效果非常理想，经擦洗脱泥除铁后，可获得含K2O+Na2O＞8%，含Fe2O3含量0.12% 的长石石英混合精矿，其中石英含量为78.10%。

2.3 除铁优化试验

从磁选除铁试验和擦洗脱泥除铁试验可以看出，两种工艺均可以获得较好的除铁指标。为了使工艺更具操作性及实用性，推荐 “弱磁- 脱泥-搅拌擦洗- 脱泥- 强磁” 除铁工艺进行验证试验，工艺及流程参数见图3，试验结果见表6。

>表6 除铁优化试验结果 Table 6 Results of iron removal tests

图3 除铁试验流程Fig. 3 Flowsheet of iron removal

试验结果表明，原矿采用“擦洗- 脱泥- 磁选” 联合除铁工艺，同时减少一段强磁选作业，仍可以获得含K2O+Na2O＞8%，Fe2O3含量为0.14% 的长石石英混合精矿，石英含量为79.64%。

2.4 石英长石分离试验

“擦洗- 脱泥- 磁选” 获得的长石石英混合精矿，仅可作为陶瓷坯料，应用范围窄，产品价格低，利润小。为达到石英长石精矿高值化，需进行长石石英分离。

浮选是将长石与石英分离的最有效方法，常用的浮选分离方法主要包括有氟有酸法、无氟有酸法、无氟无酸法[7]。同时浮选过程中调整剂的添加顺序对浮选指标影响较大，研究表明六偏磷酸钠、淀粉先添加较后添加，对石英浮选抑制效果更好；对于长石，六偏磷酸钠先添加抑制效果更好，淀粉后添加比先添加抑制作用更强[8]。

本试验采用无酸浮选工艺分离石英和长石。浮选使用的药剂为氟硅酸钠、二胺、石油磺酸钠和松醇油。浮选分离试验流程及参数见图4，试验指标见表7。

图4 石英长石分离试验流程Fig .4 Flowsheet of quartz-feldspar separation

>表7 石英长石浮选分离试验结果 Table 7 Results of flotation separation tests with feldspar and quartz

从表7 可知， 通过无酸浮选工艺可以分别获得优质石英和长石精矿产品，长石精矿中K2O+Na2O 含量为12.89%，含Fe2O30.19%。石英精矿中含SiO2为98.85%，含Fe2O30.038%。分离效果非常理想。

3 结 论

(1）原矿为强风化斑状黑云母花岗岩型长石矿，其中主要有用矿物为钾钠长石，K2O+Na2O 合量为7.41%，有害成分为铁，可综合回收利用矿物为石英。

(2）采用湿磨至-0.8 mm 入选，经 “弱磁选-擦洗- 脱泥- 湿式强磁选” 工艺，可获得产率为83.67% 的长石石英混合精矿，精矿中含K2O+Na2O为8.41%，Fe2O30.14%，产品满足陶瓷工业坯料要求。

(3）混合精矿采用无酸浮选工艺可有效分离石英长石，获得K2O+Na2O＞12%，Fe2O3＜0.2% 的长石精矿和SiO2含量＞98%，Fe2O3含量＜0.05% 的石英精矿，为同类型矿石的高值化综合利用提供了技术参考。