衡山鈉長石濕法選礦提純?cè)囼?yàn)研究

李三華，陳建文，周崇文，張甲寶

（1.湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽 421005；2.湖南超牌科技有限公司，湖南 長沙 410000）

長石是鉀、鈉、鈣和少量鋇等堿金屬或堿土金屬的硅氧四面體組成的架狀構(gòu)造的鋁硅酸鹽礦物，其主要化學(xué)成分為SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、CaO、BaO等，長石族礦物是地殼上分布最廣泛的造巖礦物，礦床分布廣。一般情況下，在自然界中比較純凈的長石很少存在，即使被稱為鈉長石的礦物中，也可能共生或混入一些鉀長石，一般把鈉長石和鉀長石構(gòu)成的長石礦物統(tǒng)稱為堿長石。堿長石具有熔點(diǎn)不高、熔融時(shí)間長、熔融液粘度高以及高溫下熔化形成的玻璃態(tài)物質(zhì)透明度高的特點(diǎn)，尤其是鈉長石熔融溫度更低。鈉長石作為平板玻璃及各種玻璃制品的原料，可降低玻璃熔化溫度，節(jié)約純堿；它又是生產(chǎn)各種陶瓷、搪瓷、電瓷的坯料和釉料的主要原料，特別是在低溫快速燒成陶瓷中有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。鈉長石溶解粘土礦物的溫度為1 225℃、溶解石英的溫度為1 350℃，而鉀長石則分別為1 250℃和1 450℃，因此鈉長石具有更顯著的助熔作用，可降低燒成溫度，節(jié)約燃料消耗。鈉長石熔融后成為玻璃質(zhì)，可減少陶瓷坯體的氣孔率，降低坯體的吸水率，并能促進(jìn)莫來石晶體的發(fā)育成長，提高坯體的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性，更有利于低溫?zé)商沾傻呐髁洗苫?，同時(shí)鈉長石瓷胎透明度高。鈉長石又是一種非塑性原料，在坯體中起瘠化作用，減少生坯收縮、變形和開裂，改善干燥性能，縮短干燥時(shí)間。

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，鈉長石市場(chǎng)前景十分廣闊。但隨著平板玻璃、玻璃纖維、建筑陶瓷和日用陶瓷等日益高檔化，對(duì)高純低鐵的鈉長石需求量不斷增加，市場(chǎng)缺口較大，受資源限制，高質(zhì)量、高品質(zhì)的鈉長石呈供不應(yīng)求趨勢(shì)，絕大多數(shù)鈉長石礦石必須經(jīng)過選礦除鐵精加工后方能滿足工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量要求。因此，長石的選礦除鐵精加工工藝正在受到行業(yè)的高度重視。本試驗(yàn)的目的就是針對(duì)衡山石碑鈉長石的選礦除鐵精加工進(jìn)行一系列的試驗(yàn)研究，探索一條既簡(jiǎn)便又有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的工藝技術(shù)路線。

1 原礦性質(zhì)

衡山石碑鈉長石礦是亞洲最大的鈉長石礦，品位為亞洲之最(一級(jí)品鈉長石Na2O含量為10%～11.5%)，是亞洲最大的鈉長石生產(chǎn)基地。其礦區(qū)面積0.8km2，礦產(chǎn)資源經(jīng)湖南省417地質(zhì)勘探隊(duì)勘探，評(píng)估儲(chǔ)量為鈉長石2 036.28萬t，由礦區(qū)取樣分析可知，礦石中主要的化學(xué)成分是SiO2、Al2O3和Na2O，少量的CaO和K2O，極少量的MgO、S，F(xiàn)e2O3含量為0.35%～0.51%，TiO2含量為0.02%～0.095%。礦石中需排除的雜質(zhì)元素是鐵、鈦、硫。由顯微鏡觀察可知，礦石中鈉長石的粒度為0.1～5mm，石英的粒度為0.04～0.74mm，白云母的粒度為0.02～0.24mm，電氣石的粒度一般為0.011～0.095mm。礦石中有用(目的礦物)礦物是鈉長石，含量較高，含量都在90%以上。約70%的鈉長石表面有高嶺石化現(xiàn)象，20%～30%的鈉長石表面同時(shí)具有高嶺石化和絹云母化。該鈉長石礦石中的脈石礦物主要是白云母、石英，少量的電氣石、黃鐵礦、赤鐵礦、金紅石、褐簾石等。

1.1 原礦化學(xué)分析

試樣采自衡山石碑鈉長石礦區(qū)不同礦點(diǎn)，共6個(gè)礦樣，分別進(jìn)行粗碎、中碎、細(xì)碎、混勻，再將6個(gè)礦樣等重量配礦、混勻、環(huán)割制得選礦試樣，并檢測(cè)化學(xué)成分，試樣化學(xué)成分全分析結(jié)果見表1。

表1 試樣化學(xué)成分全分析結(jié)果(%)

1.2 原礦石中的鐵、鈦賦存形式和來源

Fe元素主要存在于電氣石、黃鐵礦和赤鐵礦中，需要注意的是礦石中普遍含有細(xì)粒級(jí)黑色電氣石。

Ti元素主要以金紅石的形式存在，顆粒＜0.074mm，以單體或包體形式存在于鈉長石和石英顆粒之間和顆粒內(nèi)。

2 小試驗(yàn)原料制備及選礦除鐵工藝試驗(yàn)

試驗(yàn)原料選用衡山石碑鈉長石原礦，將礦區(qū)的綜合樣品經(jīng)粗碎、中碎、洗礦、細(xì)磨、分級(jí)、強(qiáng)磁選、脫水等濕法工藝，試驗(yàn)樣品的精制設(shè)備采用工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備。具體選礦除鐵精加工工藝流程如圖1所示。

圖1 鈉長石選礦除鐵精加工小試驗(yàn)工藝流程

通過一系列反復(fù)對(duì)比試驗(yàn)，并參考其他非金屬礦除鐵提純的經(jīng)驗(yàn)，確定小試驗(yàn)?zāi)サV濃度在65%～70%時(shí)，磨礦效率最高，能耗最低。細(xì)度為－0.074mm含量在55%～60%，選礦除鐵效果最佳，選別指標(biāo)最好。小試驗(yàn)采用一段閉路磨礦—強(qiáng)磁選—壓濾流程，可獲得產(chǎn)率達(dá)到91.2%、Fe2O3＜0.1%的精礦，小試驗(yàn)流程簡(jiǎn)單，選礦指標(biāo)好。小試驗(yàn)濕法選礦除鐵的精礦化學(xué)全分析結(jié)果見表2。

表2 精礦化學(xué)成分全分析結(jié)果(%)

3 大生產(chǎn)工藝

3.1 大生產(chǎn)工藝流程確定的依據(jù)

根據(jù)小試驗(yàn)工藝路線并參考其他非金屬礦除鐵提純的經(jīng)驗(yàn)及行業(yè)內(nèi)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求確定大生產(chǎn)工藝流程。

3.2 原則工藝流程

原則工藝流程見圖2。

圖2 原則工藝流程

3.3 工藝流程簡(jiǎn)述

3.3.1 破碎工藝

本工藝采用“多碎少磨”原理，實(shí)行破碎篩分小閉路循環(huán)，將原礦經(jīng)振動(dòng)給料機(jī)給到顎式破碎機(jī)進(jìn)行粗碎，再經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)圓錐破碎機(jī)、短頭圓錐破碎機(jī)中碎，篩分。+25mm顆粒入標(biāo)準(zhǔn)圓錐破碎機(jī)，-25～+10mm顆粒入短頭圓錐破碎機(jī)，-10mm顆粒入槽式洗礦機(jī)進(jìn)行洗礦。

3.3.2 洗礦工藝

洗礦是選礦過程中一道重要的工藝，除去礦石中粘土質(zhì)物料的過程叫洗礦。其實(shí)質(zhì)是用水或機(jī)械力擦洗被粘土膠結(jié)在一起或含泥多的礦石，使礦石碎散，洗下礦石表面細(xì)泥并分離的過程。洗礦在鈉長石的選礦除鐵精加工工藝中是一道重要工序，目的是除去礦石中粘土質(zhì)物料和部分云母等對(duì)后續(xù)作業(yè)有影響和危害的雜質(zhì)，更有利于磁選和鈉長石白度的提高，以獲得良好的選別指標(biāo)。本工序?yàn)?10mm顆粒入槽式洗礦機(jī)，通過機(jī)械強(qiáng)力洗礦，-10mm～+0.2mm的顆粒料入棒磨機(jī)，-0.2mm的顆粒料泵送入分級(jí)、脫泥。

3.3.3 磨礦工藝

棒磨機(jī)磨礦的目的是為了使鈉長石和Fe2O3含量高的礦物單體解離，同時(shí)也是為了使鈉長石磨細(xì)至磁選效果最佳的粒度。本研究采用棒磨的方法：①可以降低原礦粒度，使原礦單體解離；②棒磨的方法比球磨的方法過粉碎率低，避免了產(chǎn)生大量的超細(xì)粉，影響磁選效率及回收率；③棒磨在粗磨條件下的生產(chǎn)能力較球磨高。

+60目～-10mm鈉長石進(jìn)入棒磨機(jī)磨礦，通過多次反復(fù)小試驗(yàn)和大生產(chǎn)模擬試驗(yàn)確定磨礦濃度為65%～70%，磨礦細(xì)度為-0.074mm，含量在55%～60%時(shí)除鐵效果最佳，礦泥的產(chǎn)率相對(duì)較低，對(duì)礦產(chǎn)資源的浪費(fèi)程度低，合理有效地利用了鈉長石礦。因此磨礦細(xì)度控制為-0.074mm，含量在55%～60%。

3.3.4 脫泥、磁選除鐵工藝

通過分級(jí)后+60目礦石返回棒磨形成小閉路循環(huán)磨礦，-60目礦漿進(jìn)入脫泥工段，主要是為了除去礦石中的原生礦泥及磨礦等產(chǎn)生的次生礦泥，用以防止大量細(xì)泥影響后續(xù)磁選作業(yè)的選別效果。然后將濃度調(diào)至15%～20%的-60目的礦漿首先進(jìn)入磁場(chǎng)強(qiáng)度為4 000GS的弱磁選機(jī)，通過弱磁選機(jī)磁選，除去磨礦過程中混入的機(jī)械鐵(次生鐵)、強(qiáng)磁性礦物鐵等雜質(zhì)，再進(jìn)入磁場(chǎng)強(qiáng)度為11 000GS的高梯度磁選機(jī)磁選除鐵，除去弱磁性礦物鐵等雜質(zhì)后得精礦漿料，F(xiàn)e2O3含量降低到0.082%以下。

3.3.5 脫水工藝

磁選后的精砂通過濃縮提高礦漿固含量，使礦漿濃度從15%左右提高到45%以上，從而達(dá)到提高脫水效率，節(jié)約能耗的目的。最后通過壓濾使精砂水分降至約15%。

3.3.6 廢水回收及循環(huán)利用工藝

洗礦廢水、脫泥溢流水、磁選廢水等入1號(hào)沉淀池澄清后循環(huán)利用；濃縮溢流水、壓濾水等流入2號(hào)循環(huán)水池后循環(huán)利用。生產(chǎn)用水100%循環(huán)利用，不外排，對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生污染。

4 選別流程試驗(yàn)

濕法選礦除鐵聯(lián)合工藝試驗(yàn)數(shù)質(zhì)量流程見圖3。

圖3 選礦除鐵聯(lián)合工藝試驗(yàn)數(shù)質(zhì)量流程圖

結(jié)果表明：原礦經(jīng)選礦除鐵聯(lián)合工藝精加工后，鈉長石精粉取得比較理想的指標(biāo)，F(xiàn)e2O3含量由0.43%下降到0.082%，產(chǎn)率達(dá)73.4%，Na2O含量為10.65%。大生產(chǎn)濕法選礦除鐵的精礦化學(xué)成分全分析結(jié)果見表3。

表3 大生產(chǎn)濕法選礦除鐵的精礦化學(xué)成分全分析結(jié)果(%)

5 結(jié)論

(1) 經(jīng)過對(duì)衡山石碑鈉長石的工藝礦物學(xué)研究，進(jìn)一步查明了該鈉長石礦的物理化學(xué)性能與有關(guān)特性，為綜合開發(fā)利用該礦資源提供了可靠的理論依據(jù)，并為精加工的可行性指明了方向。

(2) 利用“多碎少磨”原理，采用預(yù)先篩分與圓錐破碎形成回路，提高了生產(chǎn)效率，降低了成本。

(3) 采用棒磨分級(jí)不僅可以使鈉長石和高Fe2O3含量礦物解離，并且可以避免過粉碎，造成資源浪費(fèi)，影響磁選除鐵效率，同時(shí)提高了磨礦效率，粒度均勻，有利于磁選作業(yè)，采用強(qiáng)磁選機(jī)除鐵可以有效降低鈉長石的Fe2O3含量；在-60目條件下采用一段閉路磨礦，棒磨的磨礦效率較球磨高，能耗最低。

(4) 工藝流程簡(jiǎn)單。采用破碎預(yù)先篩分、棒磨分級(jí)兩個(gè)獨(dú)立的小閉路循環(huán)，很大程度上提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

(5) 采用全濕法選礦除鐵聯(lián)合工藝流程，磨礦濃度控制在65%～70%、磨礦細(xì)度控制為-0.074mm含量在55%～60%時(shí)，礦漿固含量為15%～20%的漿料最后通過磁場(chǎng)強(qiáng)度為11 000GS以上的高梯度磁選機(jī)磁選除鐵可以獲得產(chǎn)率達(dá)73.4%以上、Na2O含量為10.65%、Fe2O3含量為0.082%的鈉長石精粉，屬于不多見的高純低鐵的鈉長石精粉。