山东沂水汞丹山地区绢云母石英片岩浮选试验研究

韩京增,高树学,孟 燕,张耀华,李 旭

(中国建筑材料工业地质勘查中心山东总队，山东 济南 250100)

绢云母性能独特、经济价值高，广泛用于加工云母纸，制造塑料、化妆品等具有反射光和热能、绝缘、耐热等性能的填料，以及防污、耐腐蚀、防辐射和航空器控热涂料等领域[1-5]。沂水汞丹山地区绢云母石英片岩分布范围广，矿石质量好，以往把原岩作为陶瓷及平板玻璃原料等进行评价和应用，未针对绢云母矿开展过评价工作，且DZ/T 0326-2018《石墨、碎云母矿产地质勘查规范》中的对浮选试验的要求不具体，未明确具体的浮选药剂制度及相关参数等。

云母浮选工艺虽相对成熟，但不同云母矿床矿石性质差异显著，浮选工艺与药剂制度仍需深入探讨[6]。本文在深入研究沂水汞丹山地区绢云母的浮选药剂制度和技术参数的基础上，确定了精矿中的云母含量和回收率等选别指标，以及长石矿物在各选矿产品中的分布，有助于提高该矿区绢云母石英片岩的矿产资源利用率和矿产品附加值，对绢云母浮选工艺的优化改进亦具有重要意义。

1 样品特征

1.1 野外特征

该绢云母石英片岩矿体成因为动力变质型，位于峨山口韧性剪切带中，呈似层状产出，赋存于绢云母石英片岩内。矿体出露形态呈不规则长条状。矿石新鲜面呈白色、灰白色，鳞片粒状变晶结构，片状构造。矿石中绢云母与石英矿物易于分离，石英颗粒粒度越细，矿石中白云母含量越高。

1.2 工艺矿物学研究

根据矿石工艺矿物学研究结果，该矿区矿石的主要矿物成分为石英，其次为绢云母、斜长石，零星可见磷灰石。镜下鉴定情况见图1。

图1 矿石显微镜下照片

石英：含量40%～50%，无色，为半自形—他形粒状，一级黄白干涉色，表面光洁，有波状消光现象，多聚集呈条带状分布，定向排列明显，沿颗粒长轴方向定向聚集排列，粒径0.1～3.8mm。

绢云母：含量15%～30%，无色，鳞片状，{001}极完全解理，平行消光，干涉色十分鲜艳，丝绢光泽，聚集分布，呈条带状近于平行展布于石英条带之间或局部发生显微弯曲变形而围绕石英碎斑周围连续定向分布，粒径0.1～1.2mm。

微斜长石：含量10%～20%，无色，他形粒状，分布在石英条带之间，负低突起，局部隐约可见细密的聚片双晶，干涉色一级灰白，格子双晶发育，粗大的呈透镜状，细小的长英质与绢云母一起分布于透镜状碎斑周围，粒径0.2～4.0mm。

斜长石：含量＜5%，无色，他形粒状，一级灰白干涉色，局部隐约可见细密的聚片双晶，细小的长英质集合体围绕在石英颗粒周边，粒径0.2～1.0mm。

磷灰石：微量，零星可见，无色，柱、粒状，正中突起，干涉色一级灰，以包裹体形式存在，粒径0.05～0.15mm。

1.3 化学成分

试样主要化学成分分析结果见表1。

表1 试样主要化学成分分析结果 (单位：%)

2 试验方法及过程

2.1 样品采集与加工

该矿区自西向东有绢云母石英片岩矿带3处，本次试验样品取自勘查线施工槽探及钻孔样品，探槽工程采用刻槽法取样，钻孔采用半心法取样。试样经粗碎、中碎、细碎及筛分等工序，加工至粒度为-1mm备用，在充分混匀后采用四分法对分。

2.2 试验方法

浮选法是提高云母品位和质量的普遍和重要方法。通常小于4mm细碎云母常采用浮选工艺[7]，且脱泥可降低细泥对云母浮选的干扰[8-9]。该矿石脉石矿物与有用矿物嵌布关系相对简单，本次试验采用油酸钠和十二胺作为捕收剂，FC型和FN型抑制剂作为石英的抑制剂，以硫酸作为pH值调整剂，通过浮选粒度、捕收剂选择、抑制剂选择、矿浆浓度、脱泥及扫选试验等条件试验，确定浮选药剂制度及相关工艺参数，再进行流程试验确定浮选指标。

2.3 云母精矿质量表征

云母精矿质量表征主要采用化学分析和显微镜分析相结合的方法[3]。化学分析主要分析样品中SiO2、Fe2O3、Al2O3、K2O、Na2O的含量，显微镜分析采用高清显微镜线测法，通过统计镜下颗粒中非云母矿物含量来测定云母含量。

绢云母的含量一般以K2O和Fe2O3的含量表示，K2O的含量越大，Fe2O3的含量越低，绢云母的品质越高[10]。绢云母化学成分中K2O+Na2O含量一般在9%～11%，Na2O含量远小于K2O。因此，在浮选试验过程中，可采用化学分析浮选产品中的K2O含量判定云母含量的高低和选别效果的优劣。

3 试验结果

3.1 pH值调整剂用量

矿浆pH值是云母浮选时的重要影响因素，云母和长石、石英分离pH值范围较窄，pH值过低云母回收率低，pH值过高会导致易浮长石进入云母泡沫而降低云母纯度(图2)[11]。

由图2可知，随着pH值调整剂用量的不断增加，K2O含量和回收率不断升高，当其用量由4 500g/t增加至5 000g/t时，K2O含量和回收率的提高不明显。因此确定pH值调整剂用量为4 500g/t，此时矿浆pH值在2.5左右。

图2 pH值调整剂用量试验

3.2 捕收剂选择及用量

捕收剂种类选择是云母浮选成功的关键因素，胺类捕收剂是云母浮选常用的浮选药剂[12-15]。捕收剂种类选择试验时，同时考察组合药剂的试验效果。单一捕收剂十二胺、单一捕收剂油酸钠以及二者组合药剂的对比试验结果见图3。

图3 捕收剂种类选择试验结果

以油酸钠作为单一捕收剂时，浮选起泡效果差，难以得到较好的浮选效果。以单一的十二胺作为捕收剂与以十二胺和油酸钠组合作为捕收剂相比，云母产率和回收率高。随着捕收剂用量的增加，云母精矿K2O含量逐渐降低，但回收率逐渐升高(图4)。综合考虑K2O含量和回收率，确定捕收剂为十二胺，用量为250g/t。

图4 捕收剂用量试验结果

3.3 抑制剂选择及用量

本次研究选用FC和FN两种抑制剂进行对比选择试验结果见表2，确定抑制剂种类后的抑制剂用量试验结果见图5。

图5 抑制剂用量试验结果

表2 抑制剂选择试验结果 (单位：%)

由表2可知，FC抑制剂能够相对较好地抑制石英上浮，同时提高云母的产率、品位和回收率。因此确定抑制剂为FC抑制剂。

由图5可知，随着抑制剂用量的增加，云母精矿K2O含量逐渐升高，回收率总体也呈上升趋势。当抑制剂用量达到500g/t后，云母精矿K2O含量略有上升，但回收率基本不再提高，因此确定FC抑制剂用量为500g/t。

3.4 浮选粒度

石英与云母矿物表面性质有相似之处，在pH值调整剂、捕收剂、抑制剂条件试验过程中，采用的浮选粒度为-0.1mm，脉石矿物比表面积急剧增加致使矿物间可浮性差异降低难以分离[16-17]，且因粒度过细及泡沫结构等原因导致浮选过程中石英夹带严重[18]、云母精矿品位不高，K2O含量不足7%。因此，浮选粒度试验时，考虑云母与石英的嵌布特点、矿物的单体解离程度，并尽可能保留云母的片径，

同时提高浮选粒度。浮选粒度试验结果见图6。

由图6可知，随着浮选粒度的增大，云母精矿品位升高趋势明显。但在浮选粒度为-0.6mm时，由于矿物单体解离偏低，入浮粒度过大，云母精矿的产率和回收率呈降低趋势。因此确定浮选粒度为-0.5mm。

图6 浮选粒度试验结果

3.5 矿浆浓度

矿浆浓度试验结果见图7。由图7可知，随着矿浆浓度的增大，云母精矿产率提高，品位明显降低。矿浆浓度为25%时，云母精矿产率偏低。矿浆浓度为35%时，浮选试验过程中沉槽情况严重，影响浮选效果。因此确定矿浆浓度为30%较为适宜。

图7 矿浆浓度用量试验结果

3.6 脱泥—浮选试验

为研究条件试验确定的浮选药剂制度对矿体表层风化矿及深部原生矿的适用性，进行脱泥—浮选试验，脱泥采用机械分级工艺。脱泥—浮选效果见表3。

表3 脱泥—浮选试验结果 (单位：%)

由表3对比试验结果可知，脱除矿泥粒度减小，脱除矿泥量降低，浮选时的云母精矿产率升高，K2O含量降低0.36%，但回收率增加不明显，仅为0.1%。因此脱除矿泥粒度为0.044mm较为适宜。

预先脱泥对浮选效果有较为明显的提高，条件试验确定的药剂制度在含泥量较高的矿石进行预先脱泥后的浮选中亦可同样适用。

3.7 扫选及再磨再选

为进一步提高云母精矿的回收率，进行粗选尾矿扫选和再磨再选试验，药剂制度为pH值2.5，十二胺用量125g/t，抑制剂用量为250g/t。根据条件试验确定的浮选粒度，结合石英与绢云母的矿物粒度，浮选尾矿再磨再选试验时，粒度控制在-0.4mm。扫选和再磨再选试验结果见表4。

结合表4及条件试验结果，扫选试验获得的云母精矿K2O含量及回收率低于再磨再选的指标，且尾矿K2O含量基本不再降低。因此，再磨再选可更好地提高云母精矿的回收率。

表4 扫选及再磨再选试验结果 (单位：%)

3.8 流程试验及产品分析

流程试验流程见图8，试验结果见表5，云母精矿及石英尾砂的主要化学成分分析结果见表6。

图8 流程试验流程图

表5 预先脱泥—粗浮选—再磨再选流程试验结果(单位：%)

表6 云母精矿及石英尾砂主要化学成分(单位：%)

为确定绢云母浮选的回收指标，准确判断浮选分离指标优劣，对流程试验获得的矿泥、云母精矿和石英尾砂进行矿物成分鉴定，确定其中的长石和绢云母含量，以及长石矿物在各浮选产品中的分布。采用预先脱泥—粗浮选—再磨再选流程，可获得云母精矿产率24.07%，K2O含量9.52%，钾回收率59.83%的选别指标。云母精矿中的绢云母含量为93.10%，回收率为97.05%。原矿中的长石矿物，1.20%富集于云母精矿、2.76%富集于石英尾砂，96.04%富集于矿泥。

4 结论

本研究针对该矿区绢云母石英片岩深入开展了的绢云母浮选试验，通过浮选条件试验、脱泥试验、再磨再选试验及流程试验等确定了适合该矿区绢云母的浮选药剂制度、技术参数、选别指标，以及长石矿物在各选矿产品中的分布情况。

(1)预先脱泥能够消除粒度过细及泡沫结构等原因导致的浮选过程中石英夹带，对浮选效果有较为明显的提高。采用预先脱泥—粗浮选—再磨再选流程，在粗选药剂制度及工艺参数为矿浆浓度30%、浮选粒度-0.5mm、pH值调整剂用量为4 500g/t、FC抑制剂用量500g/t、捕收剂十二胺用量250g/t的条件下，可获得云母精矿产率24.07%、K2O含量9.52%、钾回收率59.83%，以及精矿中绢云母含量93.10%、回收率97.05%的选别指标。原矿中的长石矿物，1.20%富集于云母精矿、2.76%富集于石英尾砂，96.04%富集于矿泥。

(2)pH值是影响该矿区绢云母浮选指标的关键因素之一。该矿区绢云母不适宜pH值≥3的浮选环境。当pH值调整剂用量＜4 500g/t时，绢云母表面清洗效果不佳致使捕收剂在绢云母表面吸附量不足，同时石英与矿泥又难以得到有效抑制而上浮进入云母精矿，导致云母精矿品质降低。

(3)在酸性环境下，油酸钠不适合作为该矿区绢云母石英片岩的浮选捕收剂。无论以油酸钠作为单一捕收剂还是组合捕收剂，均难以得到较好的浮选效果。

(4)FC型抑制剂能够相对较好地抑制石英上浮，并提高云母精矿的产率、品位和回收率。这表明在十二胺浮选体系中，强酸性环境下，高价态的金属阳离子对石英的抑制效果明显优于硫化物类FN型抑制剂。