高嶺土礦選礦加工方法概述*

王明俊

(咸陽非金屬礦研究設(shè)計(jì)院有限公司 陜西 咸陽 712021)

前言

高嶺土(又稱觀音土、白鱔泥、膨土巖、斑脫石、甘土、皂土、陶土、白泥)是一種含鋁的硅酸鹽礦物，顆粒細(xì)膩，呈白色軟泥狀，多無光澤。其化學(xué)成分相當(dāng)穩(wěn)定，被譽(yù)為“萬能石” ，質(zhì)純時(shí)顏白細(xì)膩，如含雜質(zhì)時(shí)可帶有灰、黃、褐等色。外觀依成因不同，可呈松散的土塊狀及致密狀態(tài)巖塊狀。其化學(xué)式為Al2O3-2SiO2-2H2O；密度為2.54～2.60 g/cm3；熔點(diǎn)約1 785 ℃；具有可塑性，濕土能塑成各種形狀，并能長期保持不變。根據(jù)不同成礦作用所體現(xiàn)的成礦地質(zhì)、賦存特征和礦石物質(zhì)組分等方面的差異，可劃分為3種類型、6種亞類型。分別為：

(1)風(fēng)化型：又可分為風(fēng)化殘積亞型和風(fēng)化淋積亞型。

(2)熱液蝕變型：又分為熱液蝕變亞型和現(xiàn)代熱泉蝕變亞型。

(3)沉積型：又分為沉積和沉積-風(fēng)化亞型及含煤地層中高嶺石粘土巖亞型。

根據(jù)其質(zhì)地、可塑性和砂質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分為3種類型：

(1)硬質(zhì)高嶺土。質(zhì)硬，無可塑性，粉碎細(xì)磨后具可塑性。

(2)軟質(zhì)高嶺土。質(zhì)軟，可塑性較強(qiáng)，砂質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)<50%。

(3)砂質(zhì)高嶺土。質(zhì)松軟，可塑性較弱，砂質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)>50%。

目前我國高嶺土礦點(diǎn)有700多處，對200處礦點(diǎn)探明儲(chǔ)量為30億t，礦點(diǎn)較為分散，品位不高。其中煤系高嶺土16.7億t，主要分布在中國北方的東北、西北的石炭一二疊紀(jì)煤系中，以煤層中夾矸、頂?shù)装寤騿为?dú)礦層形式存在，而且煤系高嶺土由于屬于煤的伴生礦，難以大規(guī)模開采利用。非煤系高嶺土1996年探明工業(yè)儲(chǔ)量14.32億t。

質(zhì)純的高嶺土具有白度高、質(zhì)軟、易分散懸浮于水中、良好的可塑性和高的粘結(jié)性、優(yōu)良的電絕緣性能；具有良好的抗酸溶性、很低的陽離子交換量、較好的耐火性等理化性質(zhì)。因此高嶺土已成為造紙、陶瓷、橡膠、化工、涂料、醫(yī)藥和國防等行業(yè)，工業(yè)和農(nóng)業(yè)所必需的礦物原料。有報(bào)道稱，日本還有將高嶺土用于代替鋼鐵制造切削刀具、車床鉆頭和內(nèi)燃機(jī)外殼等方面的應(yīng)用。特別是最近幾年，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，使得高嶺土的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛，一些高新技術(shù)領(lǐng)域開始大量運(yùn)用高嶺土作為新材料，甚至原子反應(yīng)堆、航天飛機(jī)和宇宙飛船的耐高溫瓷器部件，也用高嶺土制成。

根據(jù)高嶺土的成因和種類不同，高嶺土礦中常常含石英、長石、云母，還會(huì)有數(shù)量各不相同的金屬氧化物(鈦的氧化物、鐵的氧化物)、有機(jī)物和碳質(zhì)等影響高嶺土白度的染色物質(zhì)。因此，高嶺土必須經(jīng)過選礦加工后才能夠在工業(yè)和農(nóng)業(yè)等方面應(yīng)用。高嶺土選礦加工主要包括除砂、除鐵、除硫和煅燒等項(xiàng)目。讓高嶺土更好地應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)。

1 選礦加工

由于各個(gè)地方的高嶺土礦的成因和種類的不一樣，其中所含的伴生礦物雜質(zhì)就有所不同，因此其選礦加工的方法就有所區(qū)別。因此，在對礦物物質(zhì)構(gòu)成了解的情況下，選礦加工方法的選取就要有所差異，要因礦而定。

1.1 水介質(zhì)浮沉法

水介質(zhì)浮沉法是指在用水作為介質(zhì)的條件下，利用各種礦物在水中的浮沉速度和溶解度的不同，把有用礦物和雜質(zhì)礦物分離開來的一種選礦提純加工方法。目前，此種方法主要用于高嶺土礦中含有石英等砂質(zhì)礦物的選礦提純，在我國很多的高嶺土生產(chǎn)企業(yè)都采用此種方法。此方法簡單、易操作，經(jīng)濟(jì)成本低；但是，此種方法主要去掉石英、長石、云母等碎屑礦物和巖屑等較粗粒的雜質(zhì)，同時(shí)也可除去部分鐵鈦礦物。對密度和溶解度與高嶺土相似的雜質(zhì)礦物無法去除，白度提高的不是很明顯，適合于較為優(yōu)質(zhì)的高嶺土礦的選礦提純。

1.2 分級

分級就是利用礦物顆粒的大小或密度的差別來分離礦物，根據(jù)不同的情況，分級方法則不盡相同。若組成礦漿的礦物粒度相差大，則一般用篩網(wǎng)分級；若相近，則據(jù)其密度差別進(jìn)行選別。常用的分級設(shè)備有振動(dòng)篩、水簸、水力旋流器和離心機(jī)等。分級的作用和水介質(zhì)浮沉法基本相同，主要是用來除去高嶺土礦中的長石和石英等雜質(zhì)礦物，使得高嶺土的純度和煅燒白度得以提高。

1.3 磁選除鐵

磁選是利用磁力清除物料中磁性金屬雜質(zhì)的方法。磁選的應(yīng)用則是利用各種礦石或物料的磁性差異，在磁力及其他力作用下進(jìn)行選別的過程。對除去磁鐵礦和鈦鐵礦等高磁性礦物或加工過程中混入的鐵屑等較為有效。幾乎所有的高嶺土原礦都含有少量的鐵、鈦礦物，主要有鐵的氧化物、鈦的氧化物、鈦鐵礦、菱鐵礦、黃鐵礦、云母和電氣石等。這些著色雜質(zhì)通常具有弱磁性，這樣即可用磁選方法除去這些有害雜質(zhì)。

1.4 浮選

“浮選(Flotation)”一詞，是漂浮選礦的簡稱。浮選是指根據(jù)礦物顆粒表面物理化學(xué)性質(zhì)的不同，從礦石中分離有用礦物的技術(shù)方法。浮選法提純高嶺土應(yīng)用十分廣泛，目前工藝和設(shè)備也在不斷改進(jìn)、更新，使得高嶺土精礦獲得更高的白度，從而滿足工業(yè)需要。高嶺土的浮選目的是除去有顏色的礦物，提高它的白度，一般可分為載體浮選和無載體浮選法(TREP法和ECCI法等)。

高嶺土的選礦方法最初是載體浮選，之后又開發(fā)出無載體浮選工藝。高嶺土浮選所用捕收劑主要是十二烷胺、三乙醇胺和吡啶等脂肪酸類，目前也有用羥肟酸作為高嶺土浮選的捕收劑，并以木素磺酸鈉或鈣作調(diào)整劑。介質(zhì)pH值影響較大，在酸性介質(zhì)中(pH值小于3)，高嶺土的品位可達(dá)80%以上，回收率可達(dá)60%～68%。還可采用超細(xì)粒浮選，目的是為了分選那些難于用泡沫浮選處理的微細(xì)顆粒，即采用小于44 μm的載體礦物，使可浮的微粒附著在載體礦物上，隨泡沫產(chǎn)品分離。載體礦物可用方解石、重晶石、硫磺等。超細(xì)浮選沒有專門藥劑，一般與去除原礦中雜質(zhì)采用相同的浮選藥劑，并采用水玻璃作分散劑，以提高分選效果。目前，國內(nèi)外高嶺土浮選已經(jīng)被較為普遍的使用，效果很好。

1.5 化學(xué)提純

化學(xué)提純就是利用礦物中含有某些伴生雜質(zhì)礦物具有酸溶性或者堿溶性等特性，而利用酸或者堿進(jìn)行溶解剔除的一種方法。鐵礦物和鈦礦物是高嶺土中最常見的著色物質(zhì)，每種高嶺土中均有不同程度的分布，常見鐵、鈦礦物包括：黃鐵礦(FeS2)、褐鐵礦(Fe2O3·nH2O )、赤鐵礦(Fe2O3)、菱鐵礦(FeCO3)、磁鐵礦(Fe3O4)和氧化鈦(TiO2)等，其中以三價(jià)鐵最常見，這些鐵、鈦礦物會(huì)使高嶺土呈現(xiàn)不同程度的灰色、褐色、粉紅色等，使高嶺土白度降低。由于鐵、鈦礦物性質(zhì)不同，可以采用不同的提純工藝。對于高鐵、鈦量高嶺土則可采用還原法、氧化還原法、酸浸、還原絡(luò)合法和等方法進(jìn)行選礦提純增白，其中以還原絡(luò)合法最為有效，常用的藥劑有次氯酸鈉、過氧化氫、高錳酸鉀、鹽酸、硫酸和草酸等。目前，國內(nèi)外很多的提純漂白工藝大多都采用化學(xué)提純工藝，此種工藝比漂白劑直接漂白節(jié)省成本，提純白度高。但是，化學(xué)提純對環(huán)境還是有一定的影響，并且可能影響高嶺土原有的性質(zhì)。

1.6 微生物法

礦物的微生物提純加工技術(shù)是一個(gè)比較新的礦物加工課題。其顯著特點(diǎn)是投資比較少、成本低、能耗小、環(huán)境污染的程度較低。礦物的微生物加工提純技術(shù)包括微生物浸出技術(shù)和微生物浮選技術(shù)。礦物的微生物浸出技術(shù)是利用微生物與礦物之間的深度作用，是礦物晶格破壞，從而使有用組分溶解出來的一門提取技術(shù)。高嶺土中含有的氧化黃鐵礦及其他硫化礦就可以利用微生物提出技術(shù)進(jìn)行提純加工。常用的微生物有氧化亞鐵硫桿菌和鐵還原桿菌等。微生物法成本低，環(huán)境污染小不會(huì)影響高嶺土的物理化學(xué)性質(zhì)，是高嶺土礦的一種具有發(fā)展前景的新的提純增白方法。

1.7 漂白

用作顏料、填料和涂料的高嶺土，其白度和亮度的高低直接影響其價(jià)值的高低。所謂的漂白即是采用不同手段使高嶺土的白度增高。具體方法有磁選漂白、浮選漂白、化學(xué)漂白等。

1.8 超細(xì)磨礦

為了滿足造紙、塑料和橡膠制品等工業(yè)對高嶺土有較高細(xì)度的要求，就必須增加高嶺土的細(xì)度，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量。超細(xì)磨礦工藝主要有磨剝法、高壓擠出法、氣流粉碎法。

1.9 煅燒加工

對于煤系高嶺巖要進(jìn)行煅燒。因?yàn)殪褵苊摮抠|(zhì)、提高白度，是選礦必不可少的工藝，是改善高嶺土性能的特殊加工方法。造紙涂料工業(yè)使用煅燒高嶺土可以增加散射力和遮蓋率，提高油墨吸咐速度。用于電纜填料可增加電阻率，在合成4A沸石、生產(chǎn)氯化鋁及冰晶石工業(yè)中，煅燒可以增加高嶺土的化學(xué)活性。高溫煅燒能增加白度，可部分代替價(jià)昂的鈦白粉。

1.10 表面改性

高嶺土用于塑料、橡膠、油漆、電纜的填料，為使其與各種有機(jī)高分子材料容易均勻地分散，并更牢固地結(jié)合，需在高嶺土表面包覆一層有機(jī)偶聯(lián)劑，此過程稱為表面改性。改性效果好的高嶺土是疏水的，它漂浮在水的表面而不下沉。

除此之外，可能還有其他高嶺土的選礦提純加工方法，但大都沒有廣范的應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，還需要進(jìn)一步的研究和開發(fā)。

2 結(jié)語

高嶺土的選礦提純加工方法主要的目的是使高嶺土的品味增加，純度提高，白度提高。綜上所述，目前高嶺土的選礦提純增白方法主要有：物理法、化學(xué)法和物理化學(xué)法。物理法主要有水介質(zhì)浮沉法、分級、磁選和超細(xì)磨礦等；化學(xué)法主要有浮選、化學(xué)提純、微生物法漂白、煅燒加工和表面改性等；物理化學(xué)法主要有浮選等，也可以物理法和化學(xué)法配合使用；這些選礦提純增白技術(shù)不盡相同，各有利弊，在高嶺土工業(yè)領(lǐng)域可靈活應(yīng)用，使得高嶺土行業(yè)能夠更好的發(fā)展。