我国云母分选技术现状及其在砂石行业中的应用前景

陈 威，童 慧，肖亚雄，钟聚光，吴 威

(1.中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南长沙410014；2.湖南平江抽水蓄能有限公司，湖南平江414500)

0 引 言

砂石骨料对云母的含量有严格规定，要求成品砂中的游离云母含量≤2%。云母常存在于大理岩、花岗岩等砂石原料的母岩中。出于生产成本及技术方面考虑，目前国内大多数砂石加工系统均未采取去除云母的作业，特别是水电站建设，由于可供选择的料源有限，常常用云母含量较高的砂石原料，若不采取有效的云母分选措施，必将影响成品砂石的质量。

目前，云母分选技术在云母矿生产中得到了广泛运用，但在砂石行业少有成功实例，梁福林[1]通过试验研究，在三峡工程机制砂生产试验中采用磁选分离云母技术，生产出了合格的机制砂。本文介绍了我国云母分选技术的进展，并结合各项技术特点，对云母分选在砂石行业中的应用前景进行了初步分析。

1 相关标准对砂中游离云母含量限制

目前国内相关标准规范对砂中游离云母含量限值均有明确规定，其中水利水电行业在国内最早对天然砂中的云母含量进行限制，1963 年水利电力部颁发的《水工建筑物及钢筋混凝土工程施工技术暂行规范》中就已经针对不同部位的混凝土用砂中的云母含量进行了详细规定，即位于水位变化区的混凝土砂中云母含量应<1%、位于水下的混凝土砂中云母含量应<3%、普通混凝土砂中云母含量应<2%，因为当时国内很少应用机制砂，所以该规范主要针对的是天然砂。SDJ 207—1982《水工混凝土施工规范》中，虽然提到了机制砂，但对砂中云母含量的限值并没有单独规定，均规定砂中云母含量应<2%。JTJ 268—96《水运工程混凝土施工规范》中规定，有抗冻要求的混凝土细骨料中云母含量应<1.0%，其他混凝土细骨料中云母含量应<2.0%。现行电力行业标准DL/T 5144—2015《水工混凝土施工规范》中对机制砂和天然砂中的云母含量均进行了限制，均规定砂中云母含量应≤2%。

现行国家标准和其他行业标准规范对砂中云母含量的规定与上述标准类似或稍严格，如GB/T 14684—2011《建设用砂》中规定I类砂中云母含量应<1%，II、III类砂中云母含量应<2%；JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》中要求有抗渗和抗冻要求的混凝土细骨料中云母含量应<1.0%，其他混凝土细骨料中云母含量应≤2.0%。现行不同标准对砂中云母含量限制见表1。

表1 现行不同标准对砂中云母含量限制

国外常用的混凝土骨料标准中，如美国材料与试验协会标准ASTM C33/C33M—13《混凝土骨料技术要求》中没有对砂中云母含量进行明确限制。这主要与美国混凝土及其原材料的相关技术规范更侧重于混凝土的性能，而对混凝土原材料的个别品质限制较少有关。

2 云母特性

云母是含钾、镁、铁、锂等元素具层状结构的含水铝硅酸盐族矿物的总称，是分布最广的造岩矿物之一，常与长石、石英等矿物共生，主要包括白云母、绢云母、黑云母、金云母、锂云母等[2-3]。云母族矿物是典型的层状硅酸盐矿物，其基本结构是由呈八面体配位的阳离子层夹在两个相同(Si，Al)O4四面体单层间所组成[4]。云母易剥离分解，沿解理面剥分成极薄的薄片，且薄片具有弹性，易复原；当剥开面无其他外部污染时，不同云母晶体因表面分子的亲和力而重新结合[5]。

3 云母分选技术

云母的选矿方法主要由矿石中矿物的组成、嵌布特征和赋存状态决定，目前一般采用重选法、浮选法或多种方法的联合工艺进行分选。

3.1 物理分选

3.1.1破碎筛分分选

在破碎过程中，云母与其他共生矿物存在明显的选择性粉碎，云母矿物碎磨后仍呈片状，而其他矿物则呈现不规则的颗粒状，借助破碎产物形状的差异性进行筛分，实现云母与其他矿物的机械分选。

(1)筛分机械一般有圆筒筛和振动筛，此法主要采用两层以上不同筛孔的振动筛，原矿进入筛面后，通过振动或滚动作用，小块的片状云母及脉石可以从第1层筛缝漏至第2层筛面，脉石落入筛下，而片状云母则留在筛面上，实现分选[6]。

(2)隆海等[7]通过云母的选择性破碎原理，借助颚式破碎机、对辊机、棒磨机和条筛进行云母分选试验。试验表明，原矿经对辊机破碎再通过2.36 mm方孔筛筛选，可筛分得到品位>99%的云母精矿。对辊机破碎后的中矿和尾矿经棒磨机再筛选。当磨矿浓度为60%时，筛选云母精矿品位最高，达到99.58%。

(3)王凡非[8]以2 mm条筛、5 mm方孔筛和3 mm方孔筛组合成倾角为30 °的振动筛分装置，筛分得到产率为6.14%，品位为94.63%的白云母精矿1号，及产率为16.46%、品位为89.30%的白云母精矿2号，基本实现了白云母与长石和石英的分离。

3.1.2摇床重选

根据矿石性质，云母与其共生的矿物密度差异不大，但云母呈明显片状形态，而其他矿物基本为粒状，将原矿研磨至一定目数后置于摇床，云母因片径较薄，可在轻矿物带富集分层，而其他矿物则在重矿物带富集，从而实现云母的分选[9]。

3.1.3磁选

黑云母、铁锂云母等云母矿物中均含有铁，属弱磁性矿物，此类云母矿物可以通过磁选进行分选。

(1)陆康等[10]采用高梯度强磁选机对含黑云母的白云母矿进行磁选试验，达到了去除黑云母的目的。

(2)梁福林[1]通过干式磁选和湿式磁选试验，研究了磁选技术在三峡工程机制砂生产试验中的应用。研究表明，经过磁选脱云母作业后，成品砂中的云母含量大大降低，可控制在2%以内，符合用砂标准，且去云母机制砂生产的混凝土拌和性能较好。

3.1.4风选

风选法是以空气为分选介质的重选法，其适应范围广，可使密度、粒度、形状、类型、性质不同的矿石在运动的空气流中分离。原矿经过破碎、对辊后，矿石形态发生变化。云母具有一定弹性，在与其他矿物一同破碎时，云母容易实现挤压剥层，而具有脆性的其他矿物被压碎成细小粒状。当处于相同粒级的矿物受重力自然下落时，呈片状的云母所受风阻要大于呈粒状的脉石矿物，下降速度较慢，从而实现与脉石矿物的分离。常见的风选方法有振动空气分选法、室式分选法、Kipp-Kelly空气分选法和之形空气分选法[11]。

(1)振动空气分选法。工作原理是处于相同粒级的粉矿，经离心转盘高速旋转振动给料于一股上升的气流中，由于矿物颗粒初始线速度较大，矿物在空中做抛物线运动，风阻较大或比重较轻的矿物被上升气流带出，而风阻较小或比重较大的矿物继续抛物线下降，继而实现分离。此方法对于+0.38 mm白云母精矿，效果较好，但设备出气孔易被矿物颗粒堵塞，故障率较高。

(2)室式分选法。工作原理是当某粒级的粉矿在因重力自然下落时受到与重力方向垂直的气流作用，白云母等风阻较大的轻矿物被吹离出原矿而实现分选。此方法可作业粒度范围小，一般适用于0.83～0.25 mm粒度范围。

(3)Kipp-Kelly空气分选法。工作原理是经矿物细化之后，利用颗粒混合料间比重上的差异实现分选。加拿大曾采用此方法进行白云母风选，适用于1.7～0.15 mm粒度范围。

(4)之形空气分选法。工作原理为某特定粒度范围的粉矿从之字形装置中部给入，矿物颗粒依靠重力下落，在下落中遇到从下而上的气流，白云母矿物因风阻较大，而被上升气流从设备上部带出，风阻较小的脉石矿物无法带出而下落，从而实现片状白云母与粒状脉石矿物的分离。此方法适用于8～0.38 mm粒度范围。

王宏伟[12]将3～5、5～8 mm 和8 mm 3种粒级的含白云母矿石分别进入不同风量的一段风选设备中，其较大两种粒级的尾矿经过反击式破碎机破碎后进入二段风选设备进行云母的选别，最终达到综合回收3 mm以上片状云母的目的。

郭力等[13]将风选运用于灵寿碎云母矿石的选矿工艺中，基本解决了0.245～3 mm粒级的除砂问题。并通过振动式空气分选机、室式分选机及旋风分离器，研究了碎云母风选时的运动规律。研究表明，矿粒与空气发生相对运动时，矿粒将受到空气介质阻力作用，阻力的大小与矿粒的直径、形态、表面状态、空气的密度和粘度、矿粒与空气相对运动速度等因素有关。

3.2 浮选法

浮选法作为应用最广泛的一种选矿方法在云母的选矿中同样占有非常重要的地位，其主要利用矿物表面物理化学性质的差异，在“固-液-气”三相界面有选择性地富集一种或几种目的物料，从而实现与废弃物料相分离[14]。

因矿浆pH环境的不同，浮选时所使用的捕收剂类别也存在差异。当矿浆pH<6.0时，一般使用阳离子捕收剂；当矿浆pH>9.0时，一般使用阴阳离子混合捕收剂[15]。云母浮选有酸性矿浆阳离子浮选法和碱性矿浆阴阳离子混合浮选法。

3.2.1酸性矿浆阳离子浮选法

工业上一般使用H2SO4作为调整剂，调节矿浆pH环境至酸性。在弱酸环境中，脉石矿物中长石和石英可浮性较好；在强酸环境中，长石、石英表面电位接近中性，当阳离子捕收剂在与矿物表面作用时，捕收剂难以吸附于矿物颗粒表面，长石和石英基本不浮。白云母矿物可浮性受矿浆pH影响较小[16]，通常在强酸环境下使用阳离子捕收剂对白云母进行选别。

隆海等[7]采用酸性矿浆阳离子浮选法浮选分离云母和长石、石英，获得品位达99.08%的云母精矿，回收率达33.6%。

3.2.2碱性矿浆阴阳离子混合浮选法

白云母矿石在粉碎研磨的过程中，若矿石结构松散或风化严重，产生了较大比例的矿泥，矿泥的存在不仅降低精矿品位，还会吸附大量的浮选药剂，加大浮选药剂用量，增加选矿成本。此类矿石最佳的选矿方法是使用Na2CO3或者石灰调节矿浆环境至弱碱性，采用一定配比的阴阳离子混合捕收剂优先浮选分离白云母[17]。

某选铁尾矿的云母含量为20.34%，因具有工业回收价值，进行了云母回收试验。试验采用脱泥-碱性浮选工艺，最终获得了产率在10%左右，K2O品位7.93%，云母含量96%以上的高纯度云母[18]。

4 云母分选技术在砂石行业中的应用前景初步分析

4.1 物理分选的应用前景

4.1.1破碎筛分分选

该法工艺流程简单、配置设备少、生产效率高、选别能力强。所需的选别设备与砂石加工系统的主要加工设备基本一致，可应用于砂石加工系统中。对普通的破碎筛分工艺流程进行有针对性的去云母改造，即可实现云母分选。

(1)需去云母的砂石加工系统可考虑选择相应的破碎机。中碎和细碎阶段可选用反击式破碎机，因其破碎方式为击打式破碎，矿石可沿解理面、层理面进行选择性破碎，尤其是嵌布在矿石中的云母以及厚片层云母，反击式破碎机可有效地将其与脉石分离。

(2)棒磨机在水电工程砂石加工系统制砂过程中应用较广。棒磨机磨矿时各棒条之间呈线接触，具有破碎大块物料而保护细粒和层片物料的特性，可以选择棒磨物料解离矿石中的细粒云母。

(3)砂石加工系统中振动筛的数量较多，可根据原矿中云母的嵌布粒度选择合适的筛孔尺寸和筛孔形式，多种筛分形式配合使用。由于原矿性质的差异，可在设计砂石加工系统前进行有针对性的破碎筛分分选试验，选择合适的破碎机和振动筛类型，达到较优的云母分选效果。

4.1.2摇床重选

摇床重选法流程简单、选别能力较好，但需要额外配置摇床等设备、能耗高、耗水量大，占用场地大。砂石加工系统在考虑摇床设备前需对破碎后的矿石进行摇床分选试验，根据选别效果，权衡利弊。

4.1.3磁选

磁选可以去除含铁云母。砂石加工系统在考虑磁选作业前需对砂石原矿的性质以及所含的云母矿物进行化学分析，判断是否含铁，并根据含铁情况进行磁选试验。目前国内已有将磁选应用在砂石加工系统中的成功实例[1]。

4.1.4风选

云母风选法是根据云母与脉石在气流中沉降速度的差异而进行分选的，一般采用“破碎分级风选”的工艺流程，其中风选需采用专用设备。该方法需与筛分等方法配合，才能取得云母分选效果。

目前风选机的种类和型号较多，技术成熟，可直接用于砂石加工系统。风选原理与砂石系统除尘器的原理类似，要求原矿保持干燥，因此风选法只适合干法生产的砂石加工系统。有资料显示[12]，当原矿水分超过2%时，细砂易黏附在云母表面，造成各段振动筛筛网的堵塞，影响云母的去除效果。

4.2 浮选法的应用前景

浮选法在砂石行业主要用于碎云母和细粒云母的回收，尤其是尾矿中的云母资源。在实际生产应用中，应先根据实际矿石的性质和特点确定初步工艺流程，再通过一系列条件试验对流程加以丰富和优化，以获得较优的技术经济指标。

浮选法对矿浆的pH值有严格要求，需加入大量的调整剂(pH调整剂和分散剂)、捕收剂、抑制剂等化学试剂。浮选法用水量大，成本高，废水处理难度大，且添加的化学试剂对混凝土质量有着不可预估的影响。

5 结 语

(1)根据云母与砂石性质的差异，分选方法集中在物理分选和浮选法两种，各项理论和技术均较为成熟。由于砂石加工系统的特殊性，物理分选方式是比较合理的选择。

(2)选择破碎加振动筛分的云母分选方式，可利用砂石系统已有的破碎筛分设备进行，该方法对破碎筛分设备有一定要求，含云母较多的砂石加工系统应在选择设备、确定加工工艺之前进行一系列有针对性的破碎筛分试验。

(3)磁选和摇床重选需要较多设备和较大场地，生产成本高，砂石加工系统需根据砂石原料性质和前期试验结果决定是否采用此方法。

(4)风选云母的分选原理简单，生产成本适中，对于干法生产的砂石加工系统，较为实用，可通过选择合适的风选设备和风选工艺进行云母分选工作。