湖南某细粒难选砂质高岭土选矿试验研究*

彭少伟 王兆连 刘风亮 王 前 卢 昊 王宝春 魏守江 窦海涛

(山东华特磁电科技股份有限公司 山东 潍坊 262600)

高岭土具有良好的可塑性、粘结性、烧结性、分散性、吸附性、烧后白度和化学稳定性等特殊性能,广泛应用于陶瓷、造纸、橡胶、涂料、化工、医药、农业、航空航天等领域。石英具有坚硬、耐磨、化学性能稳定等特点,广泛应用于玻璃、陶瓷、冶金、化工、电子、橡胶、塑料等工业领域[1]。国内砂质高岭土储量较大,实际生产中选矿利用率较低,尤其是低品质矿床难以分选出合格的工业产品,造成资源性浪费和经济效益降低。随着工业经济的高速发展及日益增长的市场需求,对低品质难选的砂质高岭土中所含的石英、高岭土等基础矿物材料进行加工提纯尤显重要性[2]。

湖南某细粒砂质高岭土属于沉积型矿床,主要矿物为石英、高岭土等,其他矿物有白云母、钾长石、钠长石、磁铁矿、褐铁矿、赤铁矿、黄铁矿、钛铁矿、金红石、辉石、黑云母等。其中石英呈中粒、细粒、微细粒均匀分布,采用常规工艺分选出的高岭土产品中硅高铝低,强度、硬度、白度等技术指标均达不到合格工业产品质量要求[3]。笔者通过多次探索研究,采用磨矿、搅拌、旋流砂土粗分级的工艺分出石英砂和高岭土两种产品,其中石英砂采用强磁除杂、筛分、擦洗、重选提纯、分级等工艺流程,高岭土采用强磁除杂、旋流分级、超导提纯等工艺流程,分别产出超白玻璃用石英砂、平板玻璃用石英砂、化工用细粒石英砂、陶瓷用高岭土4种合格工业产品,产品综合利用率达到84%以上,取得了较高的经济效益。

1 原矿性质

砂质高岭土原矿的多元素分析见表1,矿物组成分析见表2。

表1 原矿多元素分析结果(%)

表2 矿物组成及含量分析结果(%)

由表1多元素分析结果所知,原矿主要有用成份为SiO2和Al2O3,含有少量的K2O、Na2O。主要有害元素为Fe2O3、TiO2、S、P等。

由表2矿物组成分析结果可知,原矿主要非金属矿物为石英、高岭土及少量的白云母、长石、白云石等主要金属矿物为黄铁矿、褐铁矿、赤铁矿、钛铁矿、金红石等;主要硅酸铁矿物为辉石。其中石英占比较高,含铁、钛矿物为有害杂质,是影响石英、高岭土产品质量的主要因素。

2 选矿试验研究

2.1 原矿粒度筛析

砂质高岭土原矿以0.80 mm、0.15 mm、0.10 mm、0.043 mm(20目、100目、150目、325目)等粒级筛制进行粒度筛析,考察各粒级中硅、铝、铁等元素的含量及分布率。筛析结果见表3。

表3 原矿粒度筛析结果(%)

原矿粒度筛析结果显示,产品粒度较细,-0.80+0.043 mm 中粒级产率为70.66%,大部分石英集中在此粒级,少量高岭土残存于石英表面凹陷处及裂隙中;-0.043 mm 细粒级产率29.34%,主要矿物为高岭土和少量细粒、微细粒石英砂。主要杂质氧化铁在细粒级中含量较高,微细粒石英砂和氧化铁的赋存状态将直接影响到产品的选矿指标[4]。

2.2 常规工艺选矿试验

砂质高岭土常规条件下一般采用磨矿—搅拌—旋流器或高频振动筛砂土分离—石英砂与高岭土分别经立环和电磁浆料磁选机强磁除杂—粗细砂分级的选矿工艺流程,分别产出中粒砂、细粒砂、高岭土或云母等产品。依照常规选矿工艺流程对湖南砂质高岭土进行分选试验。试验流程见图1;试验结果见表4。

图1 砂质高岭土常规条件选矿试验流程

表4 常规工艺分选试验结果(%)

砂质高岭土采用常规的325目分级石英砂和高岭土两种产品再分别进行除杂的工艺流程试验时,石英砂产品的选矿指标正常,但高岭土精矿产品存在硅高铝低的现象,1 200 ℃烧出的饼出现开裂,说明-325目细粒中除了高岭土外,还有部分石英细砂影响着高岭土的可塑性及粘结性。

针对高岭土精矿产品进行粒级筛析,以确定合理的除砂工艺(见表5)。

表5 高岭土精矿筛析结果(%)

高岭土精矿筛析结果显示:+600目和-600+1 000目两个细粒级中筛出产率分别为2.28%和6.35%、SiO2含量95.86%和94.51%的细粒石英砂,-1 000目产品中Al2O3含量由30.69%提高到33.25%,SiO2含量由57.56%降至54.16%,仍含有少量微细粒石英砂较难去除,是影响高岭土品质的关键因素。

2.3 优化工艺选矿试验

2.3.1 砂土分离试验

砂土分离时将2‰的六偏磷酸钠作分散剂加入陶瓷球磨机中,适当延长球磨机的磨矿及搅拌时间,使石英颗粒表面凹陷处或裂隙处残存的黏土状高岭土脱落。水力旋流器分离石英砂与高岭土的粒度控制在400目左右,以降低高岭土中细粒砂的含量。分离试验结果见表6。

表6 砂土分级试验结果(%)

水力旋流器砂土分离时,+400目砂中SiO2含量由85.02%提高到95.78%,分级效果较明显;-400目细粒级较-325 目常规条件Al2O3含量提高了0.65%,SiO2含量为58.43%,仍有部分细砂存在,需调整旋流器参数以强化砂土分离效果。

2.3.2 石英优化条件选矿试验

水力旋流器分级产出的石英砂经立环两次强磁选除去氧化铁、钛杂质矿物,辅以擦洗工艺脱除部分高岭士,经电磁浆料强磁深化除杂后,再经螺旋溜槽重选去除比磁化率较低但比重大的硫铁矿、硅酸铁、氧化铁、氧化钛等矿物,获得混合石英精矿产品。各作业段优化试验结果见表7。

表7 石英优化选矿试验结果(%)

+400目石英砂优化选矿工艺后,可选得含SiO298.67%、Fe2O30.012%的石英砂精矿,铁含量符合标准,硅含量略低。平板玻璃用石英砂粒度要求为-20+150目,应选择筛分方式进行分级,以产出不同品质的合格石英砂工业产品。

2.3.3 石英精矿筛分试验

经优化条件试验,溜槽石英精矿Fe2O3含量0.012%、粒度为-20+400目,粒级范围较宽。选择100目、150目等标准筛进行粒度筛析,粒度筛析结果,如表8所示。

表8 石英精矿筛析结果(%)

精矿经不同粒度筛析,-20+150目粒级产品的产率为83.73%、SiO299.01%、Fe2O30.010%达到优质玻璃用石英砂质量标准,其中-20+100目粒级产品含SiO299.26%、Fe2O30.0085%,达到超白玻璃石英砂质量标准。-150+400 目粒度产品SiO296.93%、Fe2O30.023%,可用作化工、填料等工业产品。

2.3.4 高岭土优化条件选矿试验

-325目高岭土常规细度时Al2O3含量仅为27.50%,经电磁浆料磁选机两次强磁除杂后,精矿中Al2O3含量提高至30.63%,再经1 000 目分级后Al2O3含量提高至33.25%,距常规36%左右的质量要求差距较大,细粒、微细粒石英砂含量较高是影响高岭土品质的主要因素。所以高岭土的优化条件试验采用水力旋流器预分级,-400目高岭土经电磁浆料两次强磁去除氧化铁、钛矿物,再以水力旋流器细分级,-1 000目高岭土经电磁浆料磁选机深度强磁除杂,分选出合格高岭土和细粒石英砂精矿两种产品。试验结果见表9。

表9 高岭土优化选矿试验结果(%)

高岭土的优化试验指标中,Al2O3含量由29.01%提高至34.12%,SiO2含量由58.05%降低至52.78%,白度由74.38%提高至87.21%。试验结果说明,针对此种含微细粒分布的砂质高岭土矿,调整水力旋流器的设备参数进行细分级可有效地达到提铝降硅的分选效果[5]。

2.3.5 高岭土深度提纯试验

精矿中Al2O3含量为34.12%,烧制的饼仍产生微细裂隙,说明细砂仍在影响高岭土的可塑性和粘结性。产品中所含氧化铁、钛矿物的比磁化率较低或嵌布粒度较细难以去除,故选择磁场强度为5.5 T 的低温超导磁选机进行高场强深度提纯工艺,试险结果见表10。

表10 高岭土提纯试验结果(%)

高岭土经超导磁选机深度提纯后,Al2O3合量由34.12%提高至35.43%,白度由87.21%提高至90.62%,达到优质造纸级精矿产品质量要求。试验结果说明,高场强的低温超导磁选机对细粒及微细粒且比磁化率较低的氧化铁、钛矿物有较为明显的磁力捕获效果[6]。

2.4 优化条件选矿全流程试验

表11 全流程试验结果(%)

图2 湖南某细粒砂质高岭土优化条件综合选矿试验流程

在各条件试验基础上进行细粒砂质高岭土全流程试验:原矿加分散剂磨矿—搅拌—旋流器400目砂土分离,①+400目细度的石英砂采用立环高梯度磁选机两次强磁除杂—擦洗—水力旋流器砂土分离—+1 000目石英砂经电磁浆料高梯度磁选机强磁除杂—溜槽重选—精矿分级的试验流程,其中经擦洗分级产出的-1 000目高岭土并入高岭土浆料三作业。②-400 目细度的高岭土产品采用电磁浆料高梯度磁选机两次强磁除杂—水力旋流器分级—1 000目高岭土经电磁浆料和超导磁选机深度提纯,其中旋流分级产出的+1 000目细砂并入石英砂溜槽重选作业。综合选矿试验流程见图2,试验结果见表11。

3 结论

(1)细粒、微细粒分布的砂质高岭上,采用常规的选矿工艺无法产出合格的高岭土工业产品,依据矿物间的嵌布粒度、赋存状态、比磁化率、密度等理化性能的差异,采用磨矿、搅拌、分级、磁选、擦洗、重选、筛分等联合选矿流程,可有效分选出合格的石英砂、高岭土、硅微粉等工业产品。

(2)通过优化条件选矿工艺,可获得产率为50.80%、SiO299.08%、Fe2O30.010%-20+150目粒级的晶质玻璃石英砂精矿产品,其中-20+100目粒级产率为34.52%、SiO299.27%、Fe2O30.008 9%,达到超白玻璃砂质量标准。同时获得产率为23.46%、Al2O335.69%、白度90.28%的优质造纸工业用高岭土产品及产率为10.51%、SiO297.83%%、Fe2O30.026%的可作化工、填料用的硅微粉工业产品,产品综合选矿利用率达到84.77%。为此种类型的细粒难选砂质高岭土矿除杂提纯提供了可靠的技术依据。