皖北礦區(qū)煤系高嶺土濕法除鐵應(yīng)用研究

朱 玲，劉少林，李祥飛

（安徽省皖北煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司含山恒泰非金屬材料分公司，安徽 馬鞍山 238171）

1 引言

高嶺土資源分為非煤系和煤系高嶺土。我國煤系高嶺土儲量居世界首位，在煤層中頂?shù)装?、夾矸或單獨形成礦層獨立存在，主要分布在山西大同、懷仁、內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾、安徽淮北、陜西韓城等地。煤系高嶺土礦床屬含煤建造沉積型，加工方式主要為干法磨礦分級、次選除鐵、超細(xì)磨礦、煅燒增白等。其中煤系煅燒高嶺土以其特有的假六方片晶形結(jié)構(gòu)、高孔隙率等特點，使其具有折光散射率高、遮蓋力強(qiáng)、松厚度好等優(yōu)點。磨細(xì)煅燒后的高白度、高細(xì)度硬質(zhì)高嶺土經(jīng)表面改性處理，為不同的工業(yè)部門帶來理想的使用效果，市場需求十分旺盛。

鐵質(zhì)是煤系高嶺土中最為常見、最為主要的染色雜質(zhì)[1]。由于鐵質(zhì)的存在而使煤系高嶺土呈紅、紫、褐、黃、棕、綠灰等色，大大降低了煤系高嶺土的白度和其他工藝技術(shù)指標(biāo)，影響了礦石的品級、使用和銷售價值。鐵質(zhì)致色，大致有三種方式：①吸附和夾雜鐵質(zhì)礦物顆粒致色，如粉末狀的赤鐵礦和針鐵礦可使之變成紅色和紫色，褐鐵礦可使之成為褐色和黃褐色；②鐵離子被高嶺土吸附；③鐵離子進(jìn)入礦物晶格中而致色，如夾雜綠泥石所呈現(xiàn)的綠色，就是Fe2＋進(jìn)入綠泥石礦物晶格所致。煤系高嶺土在自然界中通過以上三種方式使自身的含鐵量增高，因而呈現(xiàn)各種色調(diào)。其中Fe3＋與Fe2＋的含量多少及比例不同所呈現(xiàn)的色調(diào)也不同。

皖北礦區(qū)富含大量的煤系高嶺土資源，但由于其含鐵量高，難以在高檔煅燒高嶺土領(lǐng)域應(yīng)用[2]。為了提高皖北礦區(qū)煤系高嶺土的綜合利用價值，我們對皖北礦區(qū)煤系高嶺土的有害物質(zhì)Fe2O3進(jìn)行濕法除鐵技術(shù)研究，效果明顯。

2 原材料與試驗方法

2.1 原材料

煤系高嶺土。皖北礦區(qū)毛郢孜組煤系高嶺土，其化學(xué)成分見表1。

表1 高嶺土化學(xué)成分(%)

從表1可以看出，皖北礦區(qū)毛郢孜組煤系高嶺土資源賦存穩(wěn)定，其含鐵量較高。經(jīng)過X-射線等方式證明，其鐵的賦存狀態(tài)以晶格鐵和機(jī)械鐵存在，主要為赤鐵礦(Fe2O3)、針鐵礦(FeO(OH))和菱鐵礦(FeCO3)，晶格鐵約占總含鐵量的25%，一般占原礦質(zhì)量的0.4%，物理法無法去除，化學(xué)法也只能去除表面，作用很小。赤鐵礦和針鐵礦約占礦物總含鐵量的60%，菱鐵礦磁性極弱，不利于除鐵[2]。皖北煤電集團(tuán)雪納分公司利用干法永磁磁選工藝時，其含鐵量只能降至0.9%左右，精料產(chǎn)量約60%[3]。

本次試驗的樣品取自不同鐵含量的高嶺土原礦，通過鄂式破碎—雷蒙機(jī)細(xì)破碎制成325目高嶺土生粉備用。

2.2 濕法除鐵技術(shù)原理

本次使用“佛山市萬達(dá)利除鐵設(shè)備公司”生產(chǎn)的“WD-250型”新型漿料電磁除鐵機(jī)。該機(jī)原理是：礦物在水介質(zhì)中充分暴露其表面性質(zhì)，減弱靜電包覆現(xiàn)象，在高磁場(高達(dá)20 000GS)引力作用下，利用介質(zhì)格子有效吸附磁性顆粒和弱磁性顆粒，降低鐵鈦等雜質(zhì)含量。其顯著特點是：通過整個工作區(qū)的磁化場是均勻磁場，這意味著不管磁選機(jī)處理能力大小，在工作區(qū)中任何一個顆粒都受到同等大小的磁力作用。磁化場均勻地通過工作區(qū)，介質(zhì)被均勻的磁化，磁場強(qiáng)度約20 000～30 000GS，為磁性顆粒提供了強(qiáng)大的磁力來克服流體阻力和重力，使微細(xì)粒弱磁性顆?？梢缘玫接行У姆诌x。同時，該機(jī)裝備了振動裝置，可有效防止介質(zhì)堵塞。

該濕法除鐵機(jī)的工作過程主要分為三個循環(huán)：①沖磁除鐵過程：在這個過程中磁場接通電源，漿料從下部由進(jìn)漿口進(jìn)入分選區(qū)，磁性顆粒被吸附在介質(zhì)格子上，其余的漿料通過上部的出漿口排出；②回漿過程：經(jīng)過一段時間，介質(zhì)格子上的磁性物質(zhì)飽和后，停止給料，打開沖洗閥，清水從下面的水箱給入并通過分選介質(zhì)，將夾雜在介質(zhì)格子上的非磁性顆粒沖洗出去；③排鐵過程：切斷磁場電源，打開沖洗閥，給入高壓沖洗水，吸附在介質(zhì)格子上的磁性顆粒被沖洗干凈，由下部的排料閥排出。完成上述一個過程為一個工作周期，完成一個工作周期后開始下一個周期的工作，時間可通過控制柜進(jìn)行調(diào)節(jié)[4]。

3 除鐵試驗效果

3.1 實驗室試驗結(jié)果

對制取的樣品進(jìn)行水析法調(diào)研含鐵分析情況，在實驗室內(nèi)進(jìn)行小批量除鐵試驗，試驗結(jié)果見表2。

表2 含鐵量與粒徑分布

由表2可知，在20～45μm粒徑分布中，礦物含鐵量最高，對10～20、20～45μm礦樣在實驗室內(nèi)進(jìn)行濕法磁棒除鐵，其結(jié)果見表3。

表3 濕法除鐵精料率與含鐵量變化

經(jīng)濕法除鐵后，含鐵量2.06%的礦石鐵含量下降47.09%，精礦產(chǎn)率為92.63%；含鐵量1.53%的礦石鐵含量下降57.53%，精礦產(chǎn)率91.95%。實驗室試驗結(jié)果表明：濕法除鐵可以達(dá)到預(yù)期效果。

3.2 工業(yè)化試驗結(jié)果分析

(1) 精料率隨原料含鐵量的變化情況。

采用325目高嶺土生粉為原料，經(jīng)過濕法除鐵工藝除鐵，各項參數(shù)指標(biāo)見表4。

表4 精料率隨原料含鐵量變化(%)

在保證精料Fe2O3含量在0.7%左右時，礦石的精料率隨原料Fe2O3含量的增加而降低。最高85.01%(對應(yīng)的原料含鐵量為3.72%)，最低71.36%(對應(yīng)的原料含鐵量7.14%)。

由此可見，濕法除鐵工藝適宜于含鐵量在4%以下的礦石，含鐵量4%以上礦石可考慮采用干法除鐵后進(jìn)行二次濕法除鐵工藝降低其含鐵量。

(2) 原料含鐵量不變時，原料固含量對產(chǎn)能的影響，見表5。

由表5可以知道，當(dāng)含鐵量變化不大時，如原料固含量降低，則除鐵機(jī)的產(chǎn)能明顯提高，當(dāng)原料固含量達(dá)到35%時，除鐵機(jī)產(chǎn)能達(dá)到最高。固含量低于34%時，考慮其綜合因素，其產(chǎn)量反而有下降趨勢。

(3) 固含量不變時，含鐵量變化對產(chǎn)能的影響，見表6。

由表6可知，當(dāng)固含量穩(wěn)定時，濕法除鐵機(jī)產(chǎn)能隨原料含鐵量升高而降低，含鐵量超過5%時，產(chǎn)量下降幅度較大，因此，原礦含鐵量應(yīng)控制在4%為宜。

(4) 經(jīng)過濕法除鐵后，漿料固含量的變化情況，見表7。

由表7可知，原料與精料固含量的減少量隨原料含鐵量的增加而增加，原料經(jīng)過兩次除鐵固含量減少的原因是：①鐵的減少；②除鐵機(jī)沖洗的過程中原料中進(jìn)入部分清水。

表5 產(chǎn)能與原料固含量的變化關(guān)系

表6 產(chǎn)能與含鐵量的變化關(guān)系

表7 固含量變化隨原料含鐵量變化關(guān)系(%)

4 試驗建議

(1) 針對皖北礦區(qū)高含鐵量高嶺土資源，利用干法磁選技術(shù)僅能將含鐵量由4%左右下降至0.9%左右，其精礦產(chǎn)率僅為60%左右。而采用濕法除鐵工藝后，含鐵量可降至0.7%以下，精礦產(chǎn)率提升至80%以上，大大提高了資源利用率。

(2) 綜合除鐵效果和經(jīng)濟(jì)效益，濕法除鐵工藝易采用325目高嶺土生粉作為原料，其含鐵量不宜超過4%，固含量35%可達(dá)到效益最大化。

(3) 對于含鐵量超過6%的高嶺土資源，可采用干法加濕法雙重除鐵工藝進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，提高其資源利用率。