ZQS-X-1000型周期式磁选机在福建某高岭土矿的应用研究

钟森林，梁焘茂，陈 龙，张超达，王丰雨，蔡绍波

1.广东省科学院资源综合利用研究所，广东省矿产资源综合开发利用重点实验室，广东 广州510650；2.广州粤有研矿物资源科技有限公司，广东 广州510650

高岭土广泛应用于陶瓷工业、造纸涂料、橡胶、塑料、电缆、耐火材料和石化、医药、轻工，以及农业等行业中[1]．随着人们生活水平的提高，对日用陶瓷、建筑卫生陶瓷产品的质量要求越来越高，极大的刺激了对优质高岭土陶瓷原料的需求．而天然高岭土常含有铁、钛等致色元素，降低了其白度，限制了其应用．为保证产品质量，通常需要对高岭土原料进行选矿提纯加工，除去铁和钛等致色元素以提高白度．高岭土的选矿提纯方法有重选法(除砂)、磁选法、浮选法、生物法和化学漂白法[2]，工业上一般采用强(高梯度)磁选和化学漂白方法除去铁、钛等染色元素．化学漂白工艺生产成本较高，操作复杂，而且残留化学药剂对产品质量有较大的影响，同时需要对漂白后的洗涤废水进行处理，容易对环境造成一定的污染[3]．磁选方法具有自动化程度高、无污染、劳动强度低等优点，但当前磁选设备分选高岭土时存在处理量小、介质堵塞、除铁效率低下等问题，亟待改进．

福建某地具有丰富的砂质高岭土资源，广泛应用于陶瓷制品．某高岭土加工厂对原矿进行破碎、捣浆、分级、除砂后，获得-0.043 mm粒级含Fe2O3为0.55%、烧成白度为75.2的高岭土原料．为提高产品品质，获得更高经济效益，生产含Fe2O3为0.3%以下的优质陶瓷原料，开发了适用于高岭土选别的ZQS-X型周期式磁选机．工业试验取得了良好的生产指标，使用ZQS-X型周期式磁选机对该高岭土矿磁选一次，获得了含Fe2O3为0.29%、烧成白度为88.7的优质陶瓷原料．

1 矿样制备及性质

高岭土原料制备流程如图1所示．首先原矿用高压水枪破碎，再经条筛隔去大块的粗粒级矿石，然后进入捣浆机制浆，依次经过圆筒筛和螺旋分级机除去粗砂，分级机溢流经旋流器和振动筛除去细砂，筛下物即是高岭土原料．

图1 高岭土原料制备流程图Fig.1 Processing flow sheet of kaolin raw ore

高岭土原料多元素分析结果列于表1．由表1可知，试样含Al2O3为34.81%，烧白度为75.2，含致色元素Fe2O3及TiO2分别为0.55%和0.02%．

表1 试样多元素分析结果Table 1 Analysis result of multi-element

图2为原料X射线衍射图谱．从图2可见，试样的主要矿物成分为石英、高岭石及云母、伊利石和三水铝石等．

图2 高岭土原料XRD图谱Fig.2 XRD image of kaolin raw ore

2 ZQS-X磁选机和试验方案

2.1 ZQS-X磁选机的结构、特点及工作原理

ZQS-X磁选机为新型周期式强磁选机，主要运用于细粒及微细粒非金属矿的除杂，由广州粤有研矿物资源科技有限公司研制生产，是一种高效的磁选设备，目前已系列化生产应用[4]．该设备激磁线圈采用紫铜绕制而成，铁铠磁系包裹线圈，合理的磁系设计极大的减少了漏磁，在上下磁系间形成场强高且分布均匀的选别腔,该机最大磁场强度可达1.5 T．

图3为新型ZQS-X磁选机的示意图，该设备主要由磁系、激磁线圈、磁介质、电控柜及各管路组成．矿浆经泵或高位矿箱给入磁选机进浆管，再进入磁选机选别腔，矿浆里的磁性矿物被磁选机分选腔里的磁介质吸附，非磁性矿物随矿浆从磁选机上部精矿管排至产品池．当磁介质吸附饱和时磁选机停止给矿，留在分选腔里的矿浆可通过回浆(洗矿)管进行回浆或洗浆，采取回浆方式时矿浆则进入给矿池，采用洗浆方式时矿浆则连接洗浆水排至产品池，同时入选矿浆从回流管回至给矿池．磁选机卸矿时，采用高压水及高压空气对吸附在磁介质上的磁性物进行上、下冲洗，并经上、下冲排铁管排出磁选物，然后进入下一个选别周期，整个过程由PLC自动控制．

图3 ZQS-X磁选机设备示意图Fig.3 Diagram of ZQS-X magnetic separator

ZQS-X磁选机主要特点：磁系为多边形，采用紫铜材质的铜管作为激磁线圈，保证了分选区磁场强度高，分布均匀；电源控制柜高效、安全、可靠，保证了设备性能及运作的稳定，进而确保指标的长期稳定；采用钢网和钢毛相结合的组合磁介质，既保证了对磁性物的吸附，同时又降低了高岭土的夹带损失量；卸矿时结合高压水和高压空气，并采用上冲和下冲交替的合理冲洗工艺流程，达到了快速、高效的卸矿效果，保证了磁介质不堵塞，提高了设备生产率和稳定生产指标，同时减少冲洗水用量进而减轻后续磁性物脱水作业量．

2.2 试验方法

由于所制备的高岭土原料浆的浓度较低，直接进行磁选矿浆量大，会导致处理效率较低，需经浓缩处理，但浓度过浓时高岭土矿浆黏度增大，流动性下降，高岭土容易夹带在磁介质中，既易造成堵塞磁选机，又降低设备生产率及产品回收率．同时，高岭土中矿物颗粒表面带有不同电荷，容易相互吸引而絮凝，加入一定量的分散剂使矿物颗粒充分分散，从而降低黏度，有利于提高分选效果[5-6]．

首先将高岭土原料浆泵送至缓存池浓缩，浓缩至一定浓度后抽至磁选机给矿池中，在添加适量的分散剂进行搅拌，然后经ZQS-X-1000磁选机磁选除铁，磁选后的非磁性物经浓缩、压滤、造粒、烘干、打包后为高岭土产品，磁选机的磁性物经浓缩、压滤后作为副产品．

3 结果与讨论

为降低高岭土的铁含量及提高白度，确定ZQS-X-1000最佳生产条件．试验时磁选机磁场强度参数采用该机最大值进行试验，即固定磁选机的磁场强度为1.5 T．为确定合适给矿浓度，首先进行给矿浓度条件试验，然后进行分散剂六偏磷酸钠添加量的条件试验研究，最后进行矿浆处理量的试验．

3.1 给矿浓度条件试验

在入选矿浆量为25m3/h、六偏磷酸钠的添加量为0.4%条件下，分别进行了12.5%，15%，17.5%，20%和22.5%的给矿浓度试验，试验结果见图4．由图4可见：随着给矿浓度的增加，Fe2O3品位提高而产率下降；当给矿浓度大于17.5%时，产品Fe2O3品位增加，但产品产率降低明显．这主要原因是高岭土粒度较细，浓度较大时矿浆黏性也较大，不利于磁选，同时夹带也较严重．

图4 给矿浓度条件试验Fig.4 Test of influence of pulp density on the magnetic separation of kaolin

3.2 六偏磷酸钠用量条件试验

在给矿浓度17.5%、入选矿浆量25 m3/h条件下，进行了不同六偏磷酸钠添加量的试验，添加量分别为0.1%，0.2%，0.3%，0.4%和0.5%，试验结果见图5．从图5可见，随着给矿中六偏磷酸钠含量的增加，产品中Fe2O3品位呈降低趋势，当六偏磷酸钠添加量大于0.4%时，产品Fe2O3的品位降低不明显，产品白度也提高不大．

图5 六偏磷酸钠用量条件试验Fig.5 Test of influence of sodium hexametaphosphate dosage on the magnetic separation of kaolin

3.3 入选矿浆量条件试验

确定给矿浓度17.5%、六偏磷酸钠添加量0.4%，改变单位时间入选矿浆量，进行了入选矿浆量的条件试验，其中入选矿浆量分别为10，15，20，25，30和35 m3/h，试验结果见图6．

图6 入选矿浆量的条件试验Fig.6 Test of influence of pulp feed capacity on the on the magnetic separation of kaolin

从图6可见，随着入选矿浆量的增加，产品Fe2O3品位增加，白度下降，尤其当入选矿浆量大于25m3/h时产品Fe2O3含量高于0.3%，但白度显著降低．因此，要生产Fe2O3含量小于0.3%的高岭土产品，入选矿浆量不应超过25 m3/h．

3.4 稳定试验结果

根据条件试验结果，选定ZQS-X-1000磁选机磁场强度1.5T、矿浆处理量为25m3/h、给矿浓度为17.5%及六偏磷酸钠添加量为0.4%的条件下，磁选机给矿量为4.8t/h进行稳定生产，生产产品经浓缩后压滤成成品，稳定生产7周，最终可获得产率84.15%，Fe2O3品位0.29%、烧成白度为88.7的高岭土综合产品．

4 结 语

福建某含Fe2O3为0.55%和烧成白度75.2的砂质高岭土原料，在ZQS-X-1000磁选机磁场强度1.5 T，给矿量为4.8 t/h，给矿浓度为17.5%，给矿中六偏磷酸钠含量为0.4%的条件下，高岭土原料经ZQS-X-1000磁选机一次选别后可取得磁选作业产率84.15%，含Fe2O3品位0.29%，烧成白度为88.7的高岭土成品．ZQS-X磁选机可有效降低高岭土原料中的铁品位，磁选除铁率达55.63%．连续生产表明，ZQS-X磁选机性能、指标稳定，操作简单，经济环保．