高岭土尾矿综合回收选矿试验研究*

王 前 彭少伟 卢 昊 高 亮 魏守江 窦海涛 李保全 龙立富 刘海洲 付文强 申 宇

(山东华特磁电科技股份有限公司 山东 潍坊 262600)

前言

高岭土类矿物是由高岭石、地开石、珍珠石、埃洛石等微细片状或管状高岭石族矿物组成，一般含有黏土矿物和非黏土矿物两类，黏土矿物主要是高岭土、水云母、蒙脱石，非黏土矿物主要为石英、长石、云母、褐铁矿、赤铁矿、钛铁矿、有机炭、植物纤维等。根据其成因、质量、可塑性和砂质含量，可划分为硬质高岭土、软质高岭土和砂质高岭土三种工业类型。高岭土在陶瓷、造纸、橡胶、塑料、涂料、化工、石油、建材、农药等领域用途广泛[1]。

砂质高岭土主要成分是高岭土、石英、云母、长石、有机物、氧化铁等矿物，具有质松软和可塑性差、除砂后可塑性较强、砂质含量≥50%等特点。砂质高岭土一般3～6 t原矿能选出1 t高岭土精矿，生产中产出的砂质尾矿堆存占据大量宝贵的土地资源，一般用作铺路或低品质建筑砂及加工成石英粗砂产品，石英、云母和残存的高岭土等有价矿物未得到充分利用，并造成资源浪费和水质及土壤的污染。

笔者以福建某砂质高岭土尾矿为研究对象，经多次试验探索，选择了筛分、磨矿、擦洗、分级、磁选、浮选等联合选矿工艺流程。该工艺流程可以将高岭土尾砂分选出合格的石英砂、高岭土、云母、硅微粉和建材砂等产品，达到二次资源综合利用的选矿目的[2]。

1 矿石性质

高岭土尾矿的多元素分析见表1，矿物组成分析见表2。

表1 多元素分析结果

表2 矿物组成分析结果

由表1多元素分析结果可知，主矿物石英SiO2含量为82.86%，具有较高的选矿价值。由表2矿物组成分析结果可知，除了石英以外，高岭土和云母两种矿物同样具有回收价值，主要杂质为磁铁矿、氧化铁矿、钛铁矿和绿泥石等含铁、钛氧化矿物。

2 选矿试验

2.1 原矿粒度分析

试样原矿进行+0.85 mm、-0.85+0.10 mm、-0.10+0.05 mm、-0.05 mm四个粒级的粒度筛分分析，考察了各粒级的SiO2和Al2O3含量及产率、分布率等数据。粒度分析结果见表3。

表3 原矿粒度分析结果

由表3粒度筛分分析及目测结果可知，+0.85 mm粒级中主要为粗粒石英和少量片状云母，-0.85+0.10 mm粒级主要为石英和少量的细片云母，-0.10+0.05 mm粒级主要含细粒石英和云母粉，-0.05 mm粒级中主要为高岭土和少量细粉状石英砂。石英、云母、高岭土三种矿物的分布状态较有规律，适合于分级选别工艺。

2.2 磨矿—擦洗—分级试验

平板玻璃用石英砂粒度要求为-0.85+0.10 mm，原矿粒度筛分时+0.85 mm粒级产率为15.56%，粗粒产品所含的石英砂品质较优，另有少量片状白云母。将这部分粗粒砂经陶瓷球磨机磨至-0.85 mm，经搅拌擦洗后再以水力旋流器分出沉砂与溢流两种产品。试验流程见图1，分级试验结果见表4。

图1 磨矿分级试验流程

表4 磨矿分级试验结果

磨矿可将粗粒石英颗粒磨至合格粒度，增加精矿产率；擦洗可使残存的高岭土与石英砂解离；旋流器分级可将细粉与颗粒状分开。

表4磨矿分级试验结果可知，溢流产品中Al2O3分布率为83.31%，大部分矿物为高岭土和云母粉，另有极少量细粒石英砂，Al2O3含量由12.04%提高至36.03%；沉砂中SiO2分布率为83.18%，基本上为石英和少量云母片等，SiO2含量由82.86%提高至95.51%。高岭土和云母粉易悬浮，石英砂易沉降，利用这一物理性质差异，采用水力旋流器可将石英砂与云母粉、高岭土等进行有效地分离[3]。

2.3 溢流强磁除杂—分级试验

旋流器溢流产品中主要矿物为高岭土和云母粉，杂质主要为细粒及微细粒氧化铁、钛和绿泥石等弱磁性矿物，另有少量的细粉状石英砂等。云母粉呈+0.05 mm细片状，高岭土呈-0.05 mm细粉状。依据这几种矿物间的比磁化率和赋存状态等差异，试验采用钢板网介质的1.6 T电磁浆料机一次强磁除杂和非磁性物经300目高频振动筛分的流程进行分选。除杂分级试验流程见图2，试验结果见表5。

图2 溢流强磁除杂分级试验流程

表5 溢流强磁除杂分级试验结果

溢流产品经强磁除杂+筛分流程，分别得细片状云母粉、高岭土两种精矿，其中云母粉测得自然白度为68.24%，高岭土精矿1 200 ℃烧饼，并测白度为78.81%，均达到合格的精矿产品标准。

2.4 石英砂强磁除杂试验

旋流器的沉砂为-0.85+0.03 mm石英砂，主要杂质为白云母、高岭土、磁铁矿、褐铁矿、赤铁矿、钛铁矿、电气石、绿泥石、长石等。含铁、钛金属矿物和硅酸铁矿物均有弱磁性，可用强磁选方式去除[4]。试验选择高导磁不锈钢棒介质的高梯度立环磁选机两次除杂流程。试验流程见图3，除杂结果见表6。

图3 沉砂立环强磁除杂试验流程

表6 沉砂强磁除杂试验结果

表6强磁除杂试验结果可知，一次立环选得石英砂精矿中SiO2含量由95.51%提高至97.82%，两次立环选得石英砂精矿中SiO2含量提高至98.93%，Al2O3含量由2.78%降至0.95%，Fe2O3含量由0.37%降至0.023%，说明立环强磁除杂提纯效果明显。立环尾矿中主要为白云母、氧化铁、硅酸铁和连生体等杂质，但石英砂精矿中仍含有少量的片状云母、长石、包裹铁和钙镁矿物，影响着精矿品质。

2.5 石英砂反浮选—分级试验

立环强磁除杂后石英砂粗精中的主要杂质是少量片状白云母、氧化铁和硅酸铁及含铝、钙、镁矿物。其中氧化铁和硅酸铁等矿物基本上呈微细粒连生体或包裹体赋存，这部分杂质的比磁化率较低，采用强磁选方式难以去除，但浮选法可以将这部分杂质有效选出。

采用碳酸钠用量1 000 g/t调整矿浆PH值为9，阴离子HT-3用量400 g/t做捕收剂，进行反浮选除杂试验。浮选所得石英砂精矿粒度为-0.85+0.03 mm，参照平板玻璃用石英砂精矿-0.85+0.10 mm的粒度标准，应采用0.10 mm(150目)进行筛分。试验流程见图4，试验结果见表7。

图4 石英砂反浮选—分级试验流程

表7 石英砂反浮选—分级试验结果

立环精矿经反浮选+分级流程，中粒石英砂精矿SiO2含量由98.73%提高至99.10%，杂质Al2O3和Fe2O3含量分别降至0.70%和0.017%；细粒石英砂精矿中的SiO2、Al2O3、Fe2O3含量均略高，与矿物间呈包裹状态有关；浮选云母的脂肪酸类药剂对微细粒含铁、铝、钙、镁等矿物同样有捕收作用[5]，故选出的云母产品中杂质较多，可与强磁选尾矿合并为同一产品。

2.6 综合选矿流程试验

综合各段选矿试验条件，高岭土尾砂做最终筛分—磨矿—擦洗—分级—强磁+分级—强磁+反浮选+筛分的全流程试验，其中高岭土为电磁浆料磁选机一次强磁除杂流程，石英砂为立环高梯度磁选机两次除杂流程，反浮选时采用碳酸钠用量1 000 g/t调整矿浆pH值为9，阴离子HT-3捕收剂用量400 g/t，流程为一次粗选。综合选矿试验流程见图5，试验结果见表8。

图5 高岭土尾砂综合选矿试验全流程

表8 高岭土尾砂综合选矿试验指标

综合全流程试验中，高岭土尾砂经分级、磨矿、擦洗、分级、强磁+分级、强磁+浮选+分级等联合选矿试验流程，分别选出云母粉、高岭土、石英砂、硅微粉等四种合格的精矿产品，电磁浆料和立环及反浮选等三个流程所得的磁性尾矿合并为总尾矿。其中主产品石英精矿含SiO299.10%、Fe2O30.017%，达到一级品平板玻璃用石英砂的质量标准。

3 结论

(1)福建某砂质高岭土尾砂中主要矿物为石英、云母、高岭土等，有害杂质有氧化铁、氧化钛、硅酸铁等。石英砂大部分呈0.03～1 mm粗、中、细粒分布，云母大部分呈0.05～0.37 mm片状和细片状赋存，高岭土呈-0.05 mm细粒、微细粒存在于石英和云母等矿物表面或裂隙中。其中石英、云母、高岭土等三种矿物具有较高的选矿利用价值。

(2)利用不同矿物间的比磁化率和赋存状态等差异，选择分级磨矿、擦洗分级、强磁分级、浮选分级等联合选矿试验流程可有效地分选出白度为68.24%工业级云母粉、白度为78.81%陶瓷级高岭土、SiO2含量为99.10%玻璃级石英砂，SiO2含量为98.12%化工级硅微粉等四种精矿产品，磁选和浮选出的合并尾矿主要为石英砂、白云母、硅酸铁、氧化铁、钛铁矿、长石等矿物，可用作加气砖建材或水泥原材料，实现了尾矿零排放和二次资源综合回收利用。