含碳紅柱石礦石選礦實驗研究

鄒蔚蔚

(中材地質(zhì)工程勘查研究院，北京 100102)

紅柱石、矽線石和藍晶石是同質(zhì)異相的硅酸鹽礦物，通常稱為藍晶石族礦物，化學(xué)分子式為Al2O3·SiO2或Al2SiO5。其晶體的密度和緊密程度，在燒成后沒有變化，因此內(nèi)部沒有孔隙，使用前無需煅燒，容易向莫來石轉(zhuǎn)化。

紅柱石在高溫下能轉(zhuǎn)變成莫來石形成的獨特的莫來石顯微結(jié)構(gòu)，使紅柱石產(chǎn)品具有體積穩(wěn)定、荷重狀態(tài)下的低蠕變性和良好的耐火度、抗熱沖擊能力強等特點，而廣泛應(yīng)用于耐火材料領(lǐng)域，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)耐火材料、陶瓷耐火材料和生產(chǎn)特殊的絕緣體，制造鑄鋼和鑄鐵坩堝，以及生產(chǎn)鋁合金。

試驗用紅柱石礦石自然類型為含碳紅柱石板巖。深灰色，斑狀、鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，主要成分：紅柱石、黑云母及白云母、石英、長石、碳質(zhì)及鐵質(zhì)等。

根據(jù)紅柱石礦石的礦物組成特性，經(jīng)條件試驗及流程試驗，確定了磨礦、脫泥、磁選、浮選的工藝流程，提出了選別該礦石的藥劑制度，為該紅柱石礦石的可選程度提供評價依據(jù)。

1 礦石性質(zhì)研究

1.1 原礦礦物組成

礦石呈深灰色，斑狀、鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造。試驗用礦樣定名為含碳紅柱石板巖，除了含有紅柱石外，云母、石英含量較多，另外還含有長石、高嶺石、白云石及少量炭質(zhì)及鐵質(zhì)。鏡下觀察可知：紅柱石顆粒粗大，粒徑(長)0.60～7.00mm，顆粒中有不同程度的硅化作用，顆粒中及邊緣處常有石英包裹、圍繞，并有少量黑云母片和塵點狀炭質(zhì)包裹體；紅柱石顆粒中石英、黑云母包裹體粒徑分別為0.01～0.10mm和0.02～0.25mm。選礦過程中，使紅柱石與其他礦物單體解離有一定難度。

為進一步考查礦物組成，對混勻縮分后的試驗樣品進行X-射線衍射，衍射圖見圖1。X-射線衍射結(jié)果可知：該樣品主要礦物為紅柱石、云母、石英、長石、高嶺石，少量白云石、碳質(zhì)及鐵質(zhì)。紅柱石含量約為11.2%。

經(jīng)多元素化學(xué)檢測分析，原礦主要化學(xué)成分為(%)：SiO262.18、Al2O320.57、Fe2O34.40、TiO20.52、CaO 0.11、MgO 1.39、K2O 5.00、Na2O 1.55、MnO 0.035、SO30.019、C 1.48。

2 選礦條件試驗及方案

礦石中含有較多的黑云母等弱磁性礦物，采用濕式強磁選除去弱磁性礦物。脫泥在紅柱石浮選中是十分必要的，因為它污染礦石的新鮮表面，破壞浮選過程的選擇性，而且礦泥的粒度細、比表面積大，吸附大量的藥劑，增加藥耗，降低捕收劑的作用。在酸性介質(zhì)中，礦泥的危害較為嚴(yán)重，因為酸性介質(zhì)對礦泥有絮凝作用，大量礦泥在礦漿中成為絮狀，惡化了紅柱石的浮選過程，因此，預(yù)先脫泥是浮選紅柱石必不可少的作業(yè)。通過脫泥和磁選，減少了浮選作業(yè)的入礦量及藥劑消耗。

根據(jù)對原礦性質(zhì)的研究以及紅柱石的特點，經(jīng)過大量的探索性試驗，本實驗采用磁選法、浮選法富集紅柱石。確定試驗工藝流程為：磨礦-脫泥-強磁選-浮選紅柱石。試驗流程見圖2。

圖1 原礦X-射線衍射圖

圖2 條件試驗流程圖

2.1 磁選實驗

試驗礦石中含有較多的黑云母等弱磁性礦物，會給浮選造成較大的危害，磁選是除去磁性礦物比較有效的方法。試驗證明，濕式強磁選效果較好?？紤]到工業(yè)上磁選機最高承載(激磁)電流，磁場強度選取1560000 A/m，在此條件下進行磨礦時間試驗，結(jié)果見圖3。

在磁場強度1560000 A/m的條件下，隨著磨礦時間增加，粗精礦中紅柱石含量有所增加，紅柱石的回收率亦逐漸增加。磨礦時間達8.5min(-200目含量為73%)以后，粗精礦中紅柱石含量基本穩(wěn)定，紅柱石的回收率有所降低。隨磨礦時間的增加，泥量增多，造成紅柱石的損失。本試驗?zāi)サV時間選取8.5min為宜，此時粗精礦產(chǎn)率13.56%，紅柱石含量為49.12%，回收率為59.50%。

圖3 磨礦時間對選別效果的影響

2.2 浮選實驗

紅柱石原礦經(jīng)磨礦、脫泥、強磁選后,以硫酸調(diào)節(jié)pH值，采用石油磺酸鈉、羥肟酸為捕收劑，進行浮選試驗。

浮選條件實驗中，在酸性條件pH值為3時，混合捕收劑的捕收性和選擇性均較好，紅柱石的可浮性較好，脈石礦物的可浮性較差，此時硫酸用量為1500g/t。石油磺酸鈉用量、羥肟酸用量條件試驗結(jié)果見圖4、圖5。

由圖4的試驗結(jié)果可看出，隨著石油磺酸鈉用量增加，粗精礦產(chǎn)率有所增加，紅柱石含量比較穩(wěn)定，回收率明顯增加。浮選時，為了獲得高回收率，同時兼顧紅柱石含量，石油磺酸鈉用量以1500g/t原礦為宜，此時粗精礦產(chǎn)率為14.25%，紅柱石含量為48.65%，回收率為62.06%。

由圖5可看出，隨著羥肟酸用量增加，粗精礦紅柱石含量降低，回收率明顯增加。浮選時，為了獲得高回收率，同時兼顧紅柱石含量，羥肟酸用量以900g/t原礦為宜。

圖4 石油磺酸鈉用量條件試驗

圖5 羥肟酸用量條件試驗結(jié)果

根據(jù)礦物浮選靜力學(xué)說，捕收劑在礦物表面的吸附靠靜電引力，因而取決于礦物表面的電荷電性。在酸性介質(zhì)中，礦物表面上的負(fù)電荷減少，而正電荷增加，在礦物表面上形成活性中心(陽離子)。在pH值為3時，活性中心增加，因而石油磺酸鈉離子在紅柱石礦物表面上的吸附量亦增加。羥肟酸在紅柱石礦物表面上的吸附為化學(xué)吸附，羥肟酸與金屬Al3+離子能生成螯合物，吸附牢固，浮選速度快?；旌嫌盟幘哂幸欢ǖ膮f(xié)同效應(yīng)，浮選效果較好。

3 流程試驗

在條件試驗的基礎(chǔ)上，進行開路流程和閉路流程試驗。

3.1 開路流程試驗

經(jīng)磁選和浮選條件試驗，探討了各個條件因素在選別中的影響，得到了適宜的選礦條件。確定試驗條件如下：

磨礦濃度為65%，磨礦時間為8.5min，磁場強度為1560000 A/m，硫酸用量1500g/t原礦，石油磺酸鈉用量為1500g/t原礦，羥肟酸用量為900g/t原礦。

在此基礎(chǔ)上，對紅柱石進行選別流程試驗。開路流程試驗方案見圖6，試驗結(jié)果見表1。

圖6 開路流程試驗方案

表1 開路流程試驗結(jié)果

由流程試驗結(jié)果可以看出，該方案合理，流程結(jié)構(gòu)較為簡單，此時精礦產(chǎn)率6.59%，紅柱石含量90.78%，紅柱石回收率53.46%。

3.2 閉路流程試驗

為了檢查和校核所選擇的開路流程，使試驗結(jié)果與生產(chǎn)實際相近，我們在開路流程試驗的基礎(chǔ)上，進行了閉路流程試驗。試驗結(jié)果見表2。最終精礦化學(xué)分析結(jié)果見表3。

閉路流程試驗相對開路流程試驗，精礦中紅柱石含量略有下降，回收率提高至61.07%。該流程結(jié)構(gòu)較為簡單，分選效果較好。

表2 閉路流程試驗結(jié)果

表3 最終精礦化學(xué)分析結(jié)果

4 結(jié) 語

試驗用礦石為含碳紅柱石板巖，深灰色，斑狀、鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)。除了含有紅柱石外，云母、石英含量較多，另外，還含有長石、高嶺石、白云石及少量炭質(zhì)及鐵質(zhì)。原礦紅柱石含量為11.2%。

根據(jù)對原礦性質(zhì)的研究以及紅柱石的特點，本試驗采用磁選法、浮選法分選富集紅柱石。確定試驗工藝流程為：磨礦-脫泥-強磁選-浮選。對該礦樣分別進行了條件試驗和流程試驗。通過粗選、掃選及四次精選的閉路流程試驗，可得到較好的分選效果，最終精礦產(chǎn)率為7.62%，紅柱石含量89.69%，回收率61.07%，Al2O3含量為55.34%。流程結(jié)構(gòu)較為簡單，精礦指標(biāo)較好。