河南南召低品位長石礦可利用性評價研究

郝小非，李 珍，張成強，胡宏杰

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，河南 鄭州 450006； 2.國家非金屬礦資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450006； 3.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)材料與化學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430074； 4.納米礦物材料及應(yīng)用教育部工程研究中心，湖北 武漢 430074)

河南南召低品位長石礦可利用性評價研究

郝小非1，2，3，李 珍3，4，張成強1，2，胡宏杰1，2

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，河南 鄭州 450006； 2.國家非金屬礦資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450006； 3.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)材料與化學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430074； 4.納米礦物材料及應(yīng)用教育部工程研究中心，湖北 武漢 430074)

以河南南召某低品位長石礦為研究對象，根據(jù)礦石的化學(xué)多項分析、工藝礦物學(xué)研究和X衍射分析，查明了物質(zhì)組成和賦存狀態(tài)。試驗結(jié)果表明：采用簡單的工藝流程，通過磨礦、脫泥、差異分選、磁選，可使原礦中Fe2O3含量0.83%降到0.20%，同時獲得的精礦產(chǎn)率為83.9%。并用該長石精礦制備了飾面用微晶玻璃板，當(dāng)長石精礦占基礎(chǔ)玻璃質(zhì)量的40%時，制備的制品硬度為6.5，彎曲強度105.2MPa，吸水率為0，指標(biāo)優(yōu)于人造大理巖，為低品位長石開發(fā)利用提供了新的利用途徑。

長石磁選；差異化分選；飾面用微晶玻璃

長石是一種重要的工業(yè)礦物，由于熔點在1100～1300℃之間，化學(xué)穩(wěn)定性好，在與石英及硅酸鹽共熔時有助熔作用等特點，主要用作制造玻璃和陶瓷坯釉的助熔劑，并降低燒成溫度。在玻璃工業(yè)中，長石的用量約占其消費總量的50%～60%，在陶瓷工業(yè)中，長石的用量約占其消費總量的30%[1]。河南南召長石礦顯著結(jié)構(gòu)為斜長石與微斜長石緊密交織在一起，形成條紋；以及蠕蟲狀石英與條紋長石均勻緊密鑲嵌，形成文象結(jié)構(gòu)和蠕蟲狀結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在是一呆滯礦山。由于礦石中的SiO2、Fe2O3含量高，K2O、Na2O含量低，如要利用，還需進(jìn)行選礦提純試驗研究。

1 實驗部分

1.1 試樣礦物組成與化學(xué)成分

試樣采自河南南召，工藝礦物學(xué)研究表明：礦石中主要礦物是微斜長石與斜長石以及含有石英、云母和褐鐵礦、磁鐵礦，其中微斜長石和斜長石緊密交織在一起形成條紋。其工藝礦物學(xué)光學(xué)顯微結(jié)構(gòu)見圖1。試樣的化學(xué)多項分析見表1，X衍射見圖2。

表1 試樣化學(xué)多項分析/(wt/%)

圖1 長石原礦光學(xué)顯微結(jié)構(gòu)

圖2 試樣X-衍射粉晶圖譜

根據(jù)試樣的X-衍射粉晶圖譜分析，礦石中含微斜長石大約35%、斜長石28%、石英30%、云母6%、其他1%。與化學(xué)成分分析、工藝礦物學(xué)分析一致。

1.2 樣品評價

從礦石礦物組成和化學(xué)多項分析中看出，該類礦石K2O、Na20含量低，K2O+ Na20<9%，F(xiàn)e2O3>0.5%，不符合國家工業(yè)用長石產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求[1]。此屬于較低品位長石礦，必須進(jìn)行選礦提純。由于該類礦石K2O含量較低，離標(biāo)準(zhǔn)要求最低K2O>9，相差甚遠(yuǎn)，綜合考慮現(xiàn)有選礦技術(shù)及經(jīng)濟、環(huán)境因素，認(rèn)為提鉀降硅毫無意義。本試驗主要考慮的是磁選降雜技術(shù)試驗研究和產(chǎn)品的應(yīng)用研究。

1.3 儀器設(shè)備

鄂式破碎機，PEX-100×125；輥式破碎篩分機，XPS-250×150，瓷襯球磨機，XMCQ-180×200；多用真空過濾機，XTLZ-260×200；高梯度磁選機，Slon-100；恒溫鼓風(fēng)干燥箱，GF-9240A；壓片機，BJ-24；硅碳棒實驗電爐，SX2-6-13；箱式實驗電爐，SXW-6-17。場發(fā)射掃描電鏡，SU8020。

1.4 選礦試驗流程

根據(jù)工藝礦物學(xué)研究，該長石的含鐵雜質(zhì)礦物主要是云母、褐鐵礦、磁鐵礦。磨礦、脫泥均是為了獲得更好的磁選條件。磨礦采用瓷襯球磨機，使礦樣研磨至合適的解離粒度，且不會產(chǎn)生二次鐵質(zhì)污染；脫泥是脫去原生礦泥和磨礦產(chǎn)生的次生礦泥。磁選是在一定磁場強度下除去磁性礦物。最終以選出的精礦為主要原料以燒結(jié)法制備微晶玻璃裝飾板。主要選礦試驗流程圖見圖3。

2 結(jié)果與討論

2.1 磨礦

礦樣中，大部分含F(xiàn)e2O3類雜質(zhì)礦物賦存或包裹在長石石英中，只有讓其和主礦物進(jìn)行解離，才能在磁選作業(yè)時充分除去該類雜質(zhì)礦物，所以必須選擇磨礦。當(dāng)磨礦細(xì)度較細(xì)時，磁選雜質(zhì)夾雜嚴(yán)重；磨礦粒度較粗時，雜質(zhì)礦物和主礦物未充分解理，F(xiàn)e2O3也降不下去。因而必須進(jìn)行試驗，選擇合適的磨礦細(xì)度。當(dāng)脫泥粒度0.025mm和磁場強度1.1T條件不變，選擇磨礦細(xì)度為變量時，進(jìn)行試驗，試驗結(jié)果見圖4。

圖3 長石選礦試驗流程圖

圖4 磨礦細(xì)度對精礦指標(biāo)的影響

從圖4可知，磨礦細(xì)度為-0.074mm占50%時，精礦產(chǎn)率較高，達(dá)到86.2%，精礦Fe2O3含量較低，為0.22%。因此，選擇磨礦細(xì)度為-0.074mm占50%。

2.2 脫泥

礦樣中自然風(fēng)化存在的原生礦泥以及在磨礦過程中產(chǎn)生的次生礦泥，對后續(xù)磁選作業(yè)影響較大，泥質(zhì)礦物易進(jìn)入磁選精礦中，導(dǎo)致精礦質(zhì)量品位下降[2]。當(dāng)磨礦細(xì)度-0.074mm占50%，磁選強度1.1T不變，選擇脫泥粒度為變量時，進(jìn)行試驗，試驗結(jié)果見圖5。

從圖5可知，長石精礦產(chǎn)率隨著脫泥粒度增大而減少，其Fe2O3含量也隨之先降低后升高，未脫泥的時候Fe2O3明顯較高；說明：脫泥粒度對精礦Fe2O3影響顯著，證明了鐵類雜質(zhì)礦物易進(jìn)入細(xì)粒級泥質(zhì)礦物中。綜合考慮，確定脫泥粒度為0.038mm。精礦產(chǎn)率84.8%，F(xiàn)e2O3含量0.22%。

2.3 磁場場強

磁場場強可有效去除含鐵類雜質(zhì)礦物，如黑云母、磁鐵礦、褐鐵礦等。當(dāng)磨礦細(xì)度-0.074mm占50%，脫泥粒度0.038mm不變，磁場強度為變量的時，進(jìn)行試驗，試驗結(jié)果見圖6。

圖5 脫泥粒度對精礦指標(biāo)的影響

圖6 磁場強度對精礦指標(biāo)的影響

從圖6中可知，隨著磁場場強的增加，精礦Fe2O3含量逐漸降低，到1.2T時，其含量呈直線變化，而產(chǎn)率逐漸降低，再繼續(xù)增加磁場強度精礦Fe2O3含量未能繼續(xù)降低。綜合考慮，磁場強度為1.2T時為較優(yōu)磁選時磁場強度，其精礦產(chǎn)率84.5%，F(xiàn)e2O3含量0.20%。

2.4 粒度篩分

對粒度進(jìn)行篩分，考察其影響，目的為盡量提前分選一部分合格樣品，減輕后續(xù)磁選作業(yè)壓力。對磁選前(磨礦、脫泥后的試樣)的試樣進(jìn)行篩分，篩分結(jié)果見表2。

從表2可知，不同粒度之間的Fe2O3含量存在明顯差異。在0.3mm粒度篩分是個明顯的分水嶺，+0.3mm粒度以上的試樣產(chǎn)品Fe2O3含量小于等于0.21，比較接近較優(yōu)條件下所選的精礦Fe2O3含量指標(biāo)，可以作為合格樣品提前分選出來，其累計產(chǎn)率為27.51%；-0.3mm粒度以下的試驗產(chǎn)品Fe2O3含量均比較高。也證明了礦物有嵌布不均的自然特征，存在自然差異屬性。

2.5 最終選礦優(yōu)化試驗

對各個作業(yè)工序進(jìn)行優(yōu)化，最終優(yōu)化流程見圖7。得到精礦產(chǎn)率為83.9%，產(chǎn)品多項化學(xué)分析見表3。

表2 篩分結(jié)果

圖7 最終選礦試驗流程圖

表3 產(chǎn)品化學(xué)多項分析結(jié)果/%

K2ONa20Si02Al2O3Fe2O3CaOMgOTiO2LOSS5．793．5274．2515．160．200．500．130．020．43

2.6 長石選礦產(chǎn)品分析

取長石精礦進(jìn)行了顯微鏡觀察照相以及燒成白度測試。產(chǎn)品實體顯微照片下顯示基本較白、較純。燒成小餅的表面無黑點、白度好，測試白度為55%，產(chǎn)品和燒成白度照片見圖8。

圖8 產(chǎn)品實體顯微照片和燒成白度

2.7 選礦產(chǎn)品評價

選礦提純的精礦白度高，氧化鐵含量達(dá)到了陶瓷玻璃工業(yè)Ⅰ級要求標(biāo)準(zhǔn)，但是氧化鉀、氧化鋁含量仍不符合質(zhì)量要求。應(yīng)尋找其它利用途徑。根據(jù)精礦成分的化學(xué)分析，SiO2和A12O3的含量約占了總含量的90%，而且白度高，燒成無黑點，可以探索用它生產(chǎn)Si02-A12O3-CaO系飾面用白色微晶玻璃裝飾板。

2.8 產(chǎn)品應(yīng)用試驗

制備飾面用白色微晶玻璃板采用燒結(jié)法工藝，工藝流程見圖9。因為燒結(jié)法工藝簡單，易控制，無需加入晶核劑。查閱有關(guān)資料，微晶玻璃材料的性能取決于主晶相的類型以及結(jié)晶的微細(xì)結(jié)構(gòu)。根據(jù)CaO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)相圖，可能形成的礦相有黃長石、透輝石及硅灰石等。其中硅灰石相是典型的鏈狀結(jié)構(gòu)，具有較強的抗彎強度和抗壓強度以及較低的熱膨脹系數(shù)，適合制備建筑裝飾用微晶玻璃板，其成玻范圍為CaO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)成玻范圍為：SiO255%～70%，CaO 12%～65%，Al2O30～19%[3]。

圖9 飾面用微晶玻璃板制備試驗流程

以所選的長石選礦產(chǎn)品長石粉和雙飛粉、石英砂、硼酸、硝酸鈉、氧化鋅、碳酸鋇為原料按表4所示的化學(xué)組成配制基礎(chǔ)玻璃，以熔制100g基礎(chǔ)玻璃計算，CAS-0為未添加長石粉、CAS-2為添加長石粉占20%，CAS-4占40%，CAS-6占60%。其原料經(jīng)攪拌磨充分?jǐn)嚢柩心?，將磨礦烘干后混合均勻的粉料裝入剛玉坩堝內(nèi)，放入硅鉬棒爐中以5℃/min升到1000℃，保溫2h，然后以 3℃/min升到1550℃保溫6h。倒入水中，淬成1～7mm的顆粒，制得CaO-Al2O3-SiO2微晶玻璃的基礎(chǔ)玻璃，基礎(chǔ)玻璃經(jīng)過研磨、過篩、成型后送入硅鉬棒爐中，從室溫升至820℃核化1.5h，在970℃晶化3h。得到所需制品。制品規(guī)格為100mm×100mm×10mm。其性能指標(biāo)見圖10。

表4 飾面用微晶玻璃板基礎(chǔ)玻璃的組成/(wt%)

2.9 制品的性能指標(biāo)討論

由圖10可知，當(dāng)添加40%的長石粉時即CAS-40配方時，所制備的制品彎曲強度最大，吸水率最低。其制品的X衍射和SEM圖見圖11、圖12。

由圖11、圖12可知，微晶玻璃的晶體為柱狀硅灰石，硅灰石晶體排列緊密，均勻分布在玻璃相中，大大增強了玻璃的強度和韌性。當(dāng)采用HVS-1000數(shù)顯顯微硬度計時，壓頭鋼球直徑2.5mm，試驗力4.9N，力保持時間10s，大理巖和微晶玻璃制品受壓后的顯微照片見圖13。

圖10 添加不同含量的長石粉添制備微晶玻璃板的性能指標(biāo)

圖11 微晶玻璃制品X衍射圖

由圖13可知，人造大理巖加壓后，面積大，孔深，周圍大面積塌陷，而該微晶玻璃制品經(jīng)加壓后面積較小，孔較淺，周圍無塌陷，說明了制備的該制品硬度、韌性比大理巖優(yōu)。按JC/T872-2000《建筑裝飾用微晶玻璃》標(biāo)準(zhǔn)制樣測試的各項性能指標(biāo)見表5。

圖12 微晶玻璃制品SEM照片

圖13 微晶玻璃與大理巖加壓后顯微照片

表5 微晶玻璃裝飾板技術(shù)指標(biāo)

彎曲強度莫氏硬度光澤度抗凍性※吸水率耐酸性◎耐堿性◎放射性105．2MPa6．595%0．001%0%0．02%0．01%無

注：◎15mm×15mm×10mm試樣浸入25℃的該溶液(1%NaOH或1%H2SO4)中浸泡650h的失重；※把15mm×15mm×10mm的樣品在25℃中放置2天，然后再放置在-20℃中4h，反復(fù)25次后的失重。

3 結(jié) 論

1)該類型礦石是微斜長石、斜長石相互交織共生一起，形成的條紋長石，主要礦物為斜長石、微斜長石、石英，雜質(zhì)礦物主要是云母、磁鐵礦、褐鐵礦。

2)磨礦細(xì)度、脫泥粒度、磁場強度對長石磁選除鐵效果影響顯著，較佳的試驗條件為磨礦細(xì)度-0.074mm占50%、脫泥粒度0.038mm、磁選強度1.2T。

3)礦石存在自然差異屬性，對不同粒度進(jìn)行分選，可預(yù)先分出需要的產(chǎn)品。

4)長石原礦K2O 5.54%、Na2O 3.45%、Fe2O30.83%，經(jīng)破碎、磨礦、脫泥、預(yù)先篩分、磁選，可獲得K2O 5.79%、Na2O 3.52%、Fe2O30.20%的長石精礦，精礦產(chǎn)率83.9%。燒成白度55%。

5)采用燒結(jié)法工藝，當(dāng)所選的長石粉添加量占基礎(chǔ)玻璃質(zhì)量的40%時，制備的飾面用微晶玻璃裝飾板性能指標(biāo)較優(yōu)。其彎曲強度105.2MPa，吸水率為零，硬度6.5，光澤度95，各項性能指標(biāo)均滿足JC/T872-2000《建筑裝飾用微晶玻璃》的要求，優(yōu)于人造大理巖性能。

6)該類型的礦石經(jīng)簡單磁選后，其精礦可應(yīng)用于制備白色飾面用微晶玻璃裝飾板。應(yīng)用此類廉價礦物原料，制備高附加值的白色飾面用微晶玻璃裝飾板，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。

致謝：工作中得到中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所所長馮安生研究員對礦石差異化利用的指導(dǎo)，特表謝忱。

[1] 董偉霞，顧辛勇，包啟富.長石礦物及其應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010：15-59.

[2] 郝小非，張成強，馬馳，等.河南某低品位鉀長石礦開發(fā)利用技術(shù)研究[J].礦產(chǎn)保護(hù)與利用，2012，5(10)：34-38.

[3] 程金樹，李宏，湯李纓，等.微晶玻璃[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007：41-45.

Evaluate on utilization of feldspar in Henan Nanzhao

HAO Xiao-fei1，2，3，LI Zhen3，4，ZHANG Cheng-qiang1，2，HU Hong-jie1，2

(1.Zhengzhou Institute for Multipurpose Utilization of Mineral Resources，Chinese Academy of Geological Sciences，Zhengzhou 450006，China；2.National Engineering Research Center for Multipurpose Utilization of Non-metallic Mineral Resources，Zhengzhou 450006，China； 3.Faculty of Materials Science and Chemistry，China University of Geosciences(Wuhan)，Wuhan 430074，China； 4.Engineering Research Center of Nano-Geomaterials of Ministry of Education，Wuhan 430074，China)

Taking a low grade of Feldspar from Henan Province as the object of study.According to chemical analysis，X-diffraction analysis，and research of process mineralogy，It is identified the ore composition and occurrence states.This paper uses simple process，appropriate size of ground product，desliming-granularity，magnetic intensity.Succeeds in separating effectively iron-oxide grade 0.83% sample.by grinding，desliming，the differences separation，magnetic separation，get concentrate iron-oxide grade 0.20%，productivity 83.9%.Glass ceramics used for veneer are prepared，by making use of the concentrate.When it adds 40%，The hardness of products are 6.5，flexural strength are 105.2MPa.It is better than Artificial marble.It provides a new way to develop this type of feldspar.

magnetic separation of feldspar；differences separation；glass ceramics

2015-01-28

河南省科技攻關(guān)計劃項目資助(編號：112102310044)

郝小非(1982-),男,河南汝南人,博士,工程師,主要從事非金屬礦產(chǎn)資源可利用性評價與礦產(chǎn)經(jīng)濟研究。E-mail:haopaper@163.com。

TD973.5

A

1004-4051(2015)07-0118-05