山東某長(zhǎng)石礦高梯度磁選除鐵實(shí)驗(yàn)研究分析*

王寶春

(山東華特磁電科技股份有限公司 山東 臨朐 262000)

前言

長(zhǎng)石是主要成分為鋁硅酸鹽礦物，主要成分為SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、CaO等。熔點(diǎn)為1 100～1 300 ℃，化學(xué)穩(wěn)定性好，在與石英及鋁硅酸鹽共熔時(shí)有助熔作用，常被用于制造玻璃及陶瓷坯釉料的助熔劑，并可降低燒成溫度，節(jié)約能耗。工業(yè)應(yīng)用中，對(duì)長(zhǎng)石原料的含鐵量有一定限制，低鐵鉀長(zhǎng)石的需求量越來越大。受資源限制，高質(zhì)量的鉀長(zhǎng)石供不應(yīng)求。我國鉀長(zhǎng)石資源豐富，但可直接開采應(yīng)用的低鐵鉀長(zhǎng)石資源并不多，大多數(shù)礦石含鐵量較高，需要降鐵提純，才能滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求。本試驗(yàn)采用平板高梯度磁選機(jī)、LHGC型立環(huán)高梯度磁選機(jī)與HTDZ型高梯度磁選機(jī)對(duì)山東某鉀長(zhǎng)石礦進(jìn)行了磁選除鐵的提純工藝研究。

1 礦石特性分析

1.1 礦石的主要元素組成

該礦石主要有用成分為鉀微斜長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石，其中夾雜的雜質(zhì)有石英、白云母、黑云母、赤鐵礦、硫化物、磁鐵礦、褐鐵礦及含鐵硅酸鹽，并且有少量含鈦礦物，原礦化學(xué)成分分析結(jié)果(見表 1)。

表1 礦石化學(xué)成分分析結(jié)果(質(zhì)量%)

1.2 礦石特性與組成分析

表2 原礦中鐵的化學(xué)物相分析結(jié)果

從外觀觀測(cè)，該實(shí)驗(yàn)礦樣為粉粒狀(-5 mm)，呈白褐色。長(zhǎng)石含量為62%左右，K2O+Na2O=11.97%可以作為日用陶瓷的坯體配料和釉料配料。但該礦石中含有的Fe、Ti是影響該長(zhǎng)石礦質(zhì)量的主要元素，F(xiàn)e2O3+TiO2=0.98%含量偏高，造成原礦白度低，制約該礦石的開發(fā)利用。原礦中鐵的化學(xué)物相分析結(jié)果如表2所示。

2 實(shí)驗(yàn)流程與結(jié)果分析

該試驗(yàn)采用磨礦、篩分、脫泥、永磁強(qiáng)磁選、電磁強(qiáng)磁選的工藝路線(見圖1)。

圖1 長(zhǎng)石磨礦粒度探索小樣試驗(yàn)流程

需要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器主要有強(qiáng)磁棒(表面磁場(chǎng)1.0 T)、 LHGC-500立環(huán)磁選機(jī)(1.4 T)、HTDZ-150漿料磁選機(jī)(1.5 T)、圓形篩，電子秤，托盤天平，電熱干燥箱，真空過濾機(jī)，手動(dòng)液壓打餅機(jī)，QM-30陶瓷球磨機(jī)，萬用電阻爐，馬弗爐，白度儀，多元素快速分析儀。

2.1 磨礦粒度要求

為了確定合適的磨礦粒度，取小樣(每次用料2 kg)進(jìn)行磨礦粒度試驗(yàn)研究，同時(shí)為避免在試驗(yàn)過程中有其它機(jī)械鐵混入，采用陶瓷球磨機(jī)對(duì)原礦進(jìn)行研磨。分別將小樣原礦磨至200目顆粒占40%、55%、65%、75%進(jìn)行小流程實(shí)驗(yàn)，化驗(yàn)長(zhǎng)石精礦中含鐵的指標(biāo)。 該小樣試驗(yàn)物料濃度為24%，第一道永磁選采用表面場(chǎng)強(qiáng)為1.0 T的永磁棒，可在礦漿中多次攪拌，選出小樣物料中的磁性物。電磁強(qiáng)磁選采用LHGC-500立環(huán)磁選機(jī)，選礦試驗(yàn)時(shí)背景磁場(chǎng)為1.4 T，分選介質(zhì)盒的介質(zhì)棒為2 mm，轉(zhuǎn)環(huán)轉(zhuǎn)速為3 r/min,不開脈動(dòng)。長(zhǎng)石磨礦粒度探索小樣試驗(yàn)流程見圖1；不同粒度試樣磁選實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果見表3。

表3 不同粒度磁選實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果(%)

通過磨礦粒度小樣實(shí)驗(yàn)，隨著物料粒度越小非長(zhǎng)石精礦鐵含量逐漸下降，在物料粒度超過200目占75%時(shí)，含鐵量上升。因此物料粒度并非越小越好，當(dāng)粒徑繼續(xù)變小時(shí)，物料存在泥化現(xiàn)象。用LHGC-500立環(huán)磁選機(jī)除鐵時(shí)，可能存在2種情況：一種情況由于磨礦粒度太小，部分細(xì)物料存在團(tuán)聚現(xiàn)象，將磁性物包裹，不利于磁選；第二種情況由于物料粒度太小，介質(zhì)盒中的介質(zhì)棒在捕捉磁性顆粒時(shí)，無法捕捉，造成跑礦現(xiàn)象。因此試驗(yàn)?zāi)サV細(xì)度以200目顆粒占65%為宜。

2.2 立環(huán)磁選除鐵試驗(yàn)條件

2.2.1 立環(huán)磁選機(jī)背景場(chǎng)強(qiáng)的確定

在磨礦粒度200目占65%、通過永磁棒(表面磁場(chǎng)強(qiáng)度1.0 T)除去部分磁性物的條件下，按圖1流程進(jìn)行一段立環(huán)磁選，分選介質(zhì)盒的介質(zhì)棒為2 mm，轉(zhuǎn)環(huán)轉(zhuǎn)速為3 r/min,不開脈動(dòng)，LHGC-500立環(huán)磁選機(jī)的背景磁場(chǎng)分別為1.0 T、1.1 T、1.2 T、1.3 T、1.4 T、1.5 T。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 立環(huán)磁選機(jī)背景磁場(chǎng)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由圖2可知，隨著立環(huán)磁選機(jī)背景磁場(chǎng)的提高，長(zhǎng)石精礦中含鐵量逐漸下降，因此磁場(chǎng)的提高對(duì)磁性礦物的去除有利；但當(dāng)背景磁場(chǎng)超過1.4 T后，長(zhǎng)石精礦中鐵含量不再下降，或者下降不明顯。同時(shí)背景磁場(chǎng)提高后，設(shè)備的運(yùn)行功率提高，增加選礦成本，因此確定立環(huán)磁選機(jī)背景磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.4 T。

將一道立環(huán)強(qiáng)磁長(zhǎng)石精礦，用LHGC-500立環(huán)磁選機(jī)1.4 T的立環(huán)進(jìn)行二次強(qiáng)磁選與三次強(qiáng)磁選，背景磁場(chǎng)1.4 T，分選介質(zhì)盒的介質(zhì)棒為2 mm，轉(zhuǎn)環(huán)轉(zhuǎn)速為3 r/min,不開脈動(dòng)，按照?qǐng)D3長(zhǎng)石立環(huán)磁選試驗(yàn)流程進(jìn)行試驗(yàn)。

圖3 長(zhǎng)石立環(huán)磁選試驗(yàn)流程

得到的二道立環(huán)強(qiáng)磁長(zhǎng)石精礦含鐵量為0.17，白度為52.6；三道立環(huán)強(qiáng)磁長(zhǎng)石精礦鐵含量為0.16，白度53.8。由此可知，該物料再通過兩道立環(huán)強(qiáng)磁磁選后再用立環(huán)磁選機(jī)進(jìn)行除鐵，白度指標(biāo)與除鐵指標(biāo)效果提高不明顯，并且增加選礦成本。

2.2.2 立環(huán)磁選機(jī)介質(zhì)盒類型的確定

表4 介質(zhì)盒類型選礦試驗(yàn)結(jié)果

在物料粒度200目占65%、脫泥粒度為325目、永磁棒表面磁場(chǎng)強(qiáng)度1.0 T、LHGC-500立環(huán)磁選機(jī)的背景磁場(chǎng)1.4 T的條件下，根據(jù)圖1所示選礦工藝流程，采用試驗(yàn)介質(zhì)盒(1.5 mm、2 mm、3 mm、組合式)對(duì)長(zhǎng)石除鐵效果，結(jié)果如表4所示。

由表4可知，隨著介質(zhì)盒中磁選介質(zhì)棒直徑的增大，電磁一遍長(zhǎng)石精礦鐵含量呈上升趨勢(shì)。為保證除鐵效果，同時(shí)考慮到工業(yè)生產(chǎn)時(shí)介質(zhì)盒的使用壽命(1.5 mm棒介質(zhì)盒耐磨性差)，使用1.5 mm與2 mm棒組合式介質(zhì)盒作為分選介質(zhì)，獲得良好的分選效果。綜合考慮產(chǎn)品選礦指標(biāo)及介質(zhì)使用情況，確定磁介質(zhì)為組合式介質(zhì)盒。

為保證各個(gè)實(shí)驗(yàn)的對(duì)比性，以上在LHGC-500立環(huán)磁選機(jī)上所做的背景磁場(chǎng)與分選介質(zhì)的實(shí)驗(yàn)，立環(huán)礦漿流速為12 mm/s。燒制白度樣品的方法按照磨礦細(xì)度200目含量90%，在KS×1400型馬弗爐中設(shè)定燒成溫度1 200 ℃，恒溫煅燒30 min。

2.3 漿料磁選除鐵

根據(jù)圖3長(zhǎng)石立環(huán)磁選試驗(yàn)流程可以看出，經(jīng)過兩道立環(huán)磁選機(jī)后，需要調(diào)整選礦設(shè)備才能進(jìn)一步提高長(zhǎng)石精礦的品質(zhì)，所以第三道強(qiáng)磁選改為HTDZ-150漿料高梯度磁選機(jī)，背景磁場(chǎng)為1.5 T。選礦工藝流程如圖4所示。

圖4 立環(huán)磁選與漿料磁選串連工藝流程試驗(yàn)圖

漿料高梯度磁選機(jī)的分選介質(zhì)為菱形介質(zhì)網(wǎng)，該類介質(zhì)按照對(duì)角線長(zhǎng)度分為3種規(guī)格14 mm×28 mm、12 mm×24 mm、8 mm×16 mm，漿料高梯度機(jī)的進(jìn)料方式分為上進(jìn)料跟下進(jìn)料2種，其中進(jìn)料方式與進(jìn)料速度對(duì)長(zhǎng)石的除鐵效果有很大影響。

2.3.1 下進(jìn)料磁選試驗(yàn)

試驗(yàn)采用150濕式漿料高梯度磁選機(jī)，固定磁選條件為：下進(jìn)料，磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.5 T，礦漿濃度22%，磁介質(zhì)為鋼網(wǎng)(鋼網(wǎng)搭配為：14 mm×28 mm、12 mm×24 mm共210片)，變頻控制的渣漿泵進(jìn)料，進(jìn)料速度分別為15 mm/s與18 mm/s，進(jìn)行試驗(yàn)，HTDZ-150電磁高梯度磁選機(jī)處理物料為二次立環(huán)磁選選后的長(zhǎng)石精礦。工藝流程參照?qǐng)D4，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 下進(jìn)料磁選試驗(yàn)

由表6可知，進(jìn)漿速度增大時(shí)，除鐵效果降低。

2.3.2 上進(jìn)料磁選試驗(yàn)

試驗(yàn)采用150濕式電磁漿料機(jī)，固定磁選條件為：上進(jìn)料，磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.5 T，礦漿濃度22%，磁介質(zhì)為鋼網(wǎng)(鋼網(wǎng)搭配為：12 mm×24 mm、8 mm×16 mm共210片)，變頻控制的渣漿泵進(jìn)料，進(jìn)料速度分別為15 mm/s與18 mm/s，進(jìn)行試驗(yàn)，HTDZ-150電磁高梯度磁選機(jī)處理物料為二次立環(huán)磁選選后的長(zhǎng)石精礦。工藝流程參照?qǐng)D4，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 上進(jìn)料磁選試驗(yàn)

由表7可知，進(jìn)漿速度增大時(shí)，除鐵效果降低。

綜上所述，采用上進(jìn)料時(shí)的精礦指標(biāo)比下部給料的精礦指標(biāo)效果要好，同時(shí)精礦產(chǎn)率高。綜合以上分析進(jìn)行漿料磁選作業(yè)時(shí)，采用上進(jìn)料，礦漿流速為15 mm/s。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

1)通過對(duì)該物料的磁選實(shí)驗(yàn)最終可獲得長(zhǎng)石精礦，鐵含量 0.08%，白度值為60.7的良好指標(biāo)，顯著提高了長(zhǎng)石精礦的品質(zhì)。

2)LHGC型立環(huán)磁選機(jī)與HTDZ型電磁漿料機(jī)在長(zhǎng)石除鐵時(shí)各有優(yōu)勢(shì)，立環(huán)具有連續(xù)運(yùn)行、處理量大、能快速降低長(zhǎng)石物料中磁性物的含量的特點(diǎn)，但降低到一定指標(biāo)后除鐵效果不明顯，或者無法進(jìn)一步降低鐵含量，主要原因是分選介質(zhì)為棒介質(zhì)，在捕捉弱磁性顆粒時(shí)，造成弱磁性顆粒流失，無法降低鐵含量，而HTDZ型電磁漿料機(jī)分選介質(zhì)為菱形介質(zhì)網(wǎng)，存在尖角棱邊，在磁場(chǎng)中產(chǎn)生很高的感應(yīng)場(chǎng)強(qiáng)，可以捕捉立環(huán)精礦中的弱磁性物，進(jìn)一步提高了長(zhǎng)石精礦的品質(zhì)。

3)通過該實(shí)驗(yàn)的探索，在山東某地建成了長(zhǎng)石精選廠，按照磨礦-脫泥-永磁平板磁選機(jī)-電磁強(qiáng)磁機(jī)(LHGC-2000立環(huán)磁選機(jī)1.4 T)-電磁強(qiáng)磁機(jī)(LHGC-2000立環(huán)磁選機(jī)1.4 T)-電磁強(qiáng)磁機(jī)(HTDZ-1250漿料磁選)的工藝流程選礦，長(zhǎng)石精礦的產(chǎn)出率為81.7%、白度為60.2，年處理量礦石10萬t，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到陶瓷行業(yè)所用鉀長(zhǎng)石精礦一級(jí)品標(biāo)準(zhǔn)，給用戶帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。

4)選用LHGC型立環(huán)磁選機(jī)與HTDZ型電磁漿料機(jī)作為主要的磁選設(shè)備，無需額外冷卻水，可以采用沉淀后的選礦水進(jìn)行卸鐵和冷卻，達(dá)到設(shè)備污水零排放，將選礦與環(huán)境保護(hù)有機(jī)結(jié)合起來，起到重要的示范作用。