机制砂游离云母风选试验研究

肖亚雄，唐建国，陈 威，任 鑫，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)

云母常存在于大理岩、花岗岩等砂石原料的母岩中。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%[1-2]。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作业，特别是水电站建设，由于可供选择的料源有限，常常采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[3]。

1 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、磁选法、浮选法或多种方法的联合工艺进行分选。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应用实例。

重选法主要包括以水为介质的水洗法和以空气为介质的风选法。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[4]。

三峡工程机制砂重选脱云母试验借助地矿部郑州非金属矿物综合利用研究所的设备(包括螺旋分级机、摇床、跳汰机)进行多种方法的试验。在各种试验条件下，均没有出现明显的分离效果[5]。另外，水电八局乌干达卡鲁玛项目亦采用螺旋分级机水洗的方式进行机制砂云母分选，机制砂云母含量4%，云母分选需水量大，速度慢，生产效率较低，云母分选效果不明显。

风选法是以空气为分选介质的重选法，其适应范围广，可使比重、粒度、形状、类型、性质不同的矿石在运动的空气流中分选开来[6]。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，从而实现云母与脉石矿物的分离。

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。陆康[7]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。梁福林[8]通过试验研究，在三峡工程机制砂生产中采用磁选分离云母技术，生产出了云母含量合格的机制砂。但是磁选法生产能力低，分选效率低，且会产生大量的废水。

浮选法分选云母主要用于云母矿精选或其他有色金属矿尾矿处理，分选强度相对较低、用水量大，且目前大多是在酸性条件或碱性条件下进行[9]，缺乏在近中性条件下浮选云母的工艺，这对废水处理及设备都提出了很高的要求，同时浮选加入了化学药剂，有可能会对混凝土性能产生影响，因此，综合经济性、环境保护等方面存在的问题，浮选法去除机制砂中云母方案实用性不强。

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，具有较高的应用价值。目前尚无科学工作者在机制砂中对风选去除云母的方法进行研究，本文采用风选设备对机制砂中游离云母含量的分选进行了研究，并提出了风选云母后成品砂细度模数偏粗的解决办法。

2 试验部分

2.1 试验原料

试验砂石原料为平江抽水蓄能电站洞挖料，由宁乡恒胜建材机制砂加工厂生产加工为机制砂。机制砂原岩以花岗岩为主，含少量花岗伟晶岩和花岗片麻岩，由立轴式冲击破碎机生产机制砂，机制砂粒度0～5 mm，检测游离云母含量约5%，细度模数为2.75，原料含水率2.6%。

2.2 试验设备

(1)风选设备为瀑流式选粉机，型号PL40，生产厂家为长沙深湘通用机器有限公司。

(2)试验检测仪器有标准筛(4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15、0.075 mm)、电子秤、天平、镊子、放大镜等。

2.3 试验方法

(1)云母风选试验。云母风选试验是在PL40型瀑流式选粉机中进行。每次试验称取原料100 kg，调整选粉机风量后，将原料均匀投入选粉机的进料口，风选完成后将所得的成品砂及弃料称重，采用DL/T 5151—2014《水工混凝土砂石骨料试验规程》规定的方法对原料及成品砂中的游离云母含量进行测定。风选流程如图1所示。

图1 云母风选试验流程

(2)弃料筛分试验。采用0.3 mm标准筛进行弃料筛分试验。对风选产生的弃料进行筛分，筛分后筛上物和筛下物进行称重，将筛下物称重后掺入风选后的成品砂中，用DL/T 5151—2014《水工混凝土砂石骨料试验规程》规定的方法对掺入筛下物前后的成品砂进行细度模数检测。风选和筛分流程如图2所示。

图2 风选和筛分试验流程

3 结果与讨论

3.1 机制砂云母风选试验

首先，进行风量对机制砂中游离云母风选的影响试验。为研究风量对机制砂中游离云母含量的影响，选取了11 000、13 000、14 000、15 000 m3/h 4种进风口风量进行机制砂游离云母风选试验。试验用原料特征及各组试验的风量见表1，图3所示为在不同风量条件下，成品砂的游离云母含量与风量关系曲线。

表1 试验用原料特征及各组试验的风量

图3 风量对机制砂中游离云母含量的影响

由图3可知，风选后，4组样品中成品砂的游离云母含量均小于2%，采用风选法可有效去除机制砂中的游离云母。随着风量的增加，成品砂中游离云母含量逐渐降低。成品砂大多为颗粒状，所受的风阻较片状云母小，风阻的差异使得云母与成品砂实现分离[10]。风量越大，片状的游离云母受到的风阻越大，而颗粒状成品砂受到的风阻影响不大，因此风量越大，成品砂中游离云母含量越低。

对成品砂的粒度及细度模数进行分析，分析结果如表2所示。

表2 风选后成品砂颗粒级配分析成果

根据表2可知，风选后成品砂的细度模数较风选前的细度模数大，且随着风量的增加，成品砂的细度模数逐渐增大。

风选后，成品砂中>0.63 mm的颗粒比例较风选前增加，<0.63 mm的颗粒比例较风选前减少。由于机制砂中<0.63 mm的粉细砂松散容重相对较低，部分粉细砂在风选过程中随着游离云母一同进入弃料堆，成品砂中>0.63 mm的颗粒比例增加，导致风选后成品砂的细度模数增大。随着风量的增大，进入弃料堆的粉细砂数量相应增大，导致成品砂的细度模数也相应增大。

3.2 成品砂的级配调整

根据试验成果，风选后的成品砂游离云母含量符合规范要求，但细砂含量少，细度模数偏大。为提高成品砂中粉细砂的含量，降低细度模数，将表1中第2组试验风选出的弃料进行筛分，筛孔孔径0.3 mm，筛下物(<0.3 mm粉细砂)掺入风选后的成品砂中，试验流程见图2所示。机制砂风选后，掺入弃料中的筛下物(<0.3 mm粉细砂)，获得2号试样的成品砂细度模数如表3所示。

由表3可知，在风选后的成品砂中筛分掺入弃料中的筛下物后，成品砂的细度模数为2.88，较掺入前的成品砂细度模数明显降低。由于规范中检测游离云母含量时对<0.3 mm的游离云母含量不做要求[11]，因此掺入弃料中筛下物(<0.3 mm粉细砂)后的成品砂细度模数符合中砂标准。

4 结 论

(1)随着风量的增加，成品砂中游离云母含量逐渐降低。采用风选法可有效去除机制砂中的游离云母。

(2)由于粉细细砂松散容重较低，大部分粉细砂在风选过程中随着游离云母一同进入弃料堆，导致风选后的成品砂细度模数增大，且随着风量的增加，成品砂的细度模数逐渐增大。

(3)掺入弃料中的筛下物(<0.3 mm粉细砂)可有效降低风选后成品砂的细度模数。