我國云母分選技術(shù)現(xiàn)狀及其在砂石行業(yè)中的應(yīng)用前景

陳 威，童 慧，肖亞雄，鐘聚光，吳 威

(1.中國電建集團中南勘測設(shè)計研究院有限公司，湖南長沙410014；2.湖南平江抽水蓄能有限公司，湖南平江414500)

0 引 言

砂石骨料對云母的含量有嚴(yán)格規(guī)定，要求成品砂中的游離云母含量≤2%。云母常存在于大理巖、花崗巖等砂石原料的母巖中。出于生產(chǎn)成本及技術(shù)方面考慮，目前國內(nèi)大多數(shù)砂石加工系統(tǒng)均未采取去除云母的作業(yè)，特別是水電站建設(shè)，由于可供選擇的料源有限，常常用云母含量較高的砂石原料，若不采取有效的云母分選措施，必將影響成品砂石的質(zhì)量。

目前，云母分選技術(shù)在云母礦生產(chǎn)中得到了廣泛運用，但在砂石行業(yè)少有成功實例，梁福林[1]通過試驗研究，在三峽工程機制砂生產(chǎn)試驗中采用磁選分離云母技術(shù)，生產(chǎn)出了合格的機制砂。本文介紹了我國云母分選技術(shù)的進展，并結(jié)合各項技術(shù)特點，對云母分選在砂石行業(yè)中的應(yīng)用前景進行了初步分析。

1 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對砂中游離云母含量限制

目前國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對砂中游離云母含量限值均有明確規(guī)定，其中水利水電行業(yè)在國內(nèi)最早對天然砂中的云母含量進行限制，1963 年水利電力部頒發(fā)的《水工建筑物及鋼筋混凝土工程施工技術(shù)暫行規(guī)范》中就已經(jīng)針對不同部位的混凝土用砂中的云母含量進行了詳細規(guī)定，即位于水位變化區(qū)的混凝土砂中云母含量應(yīng)<1%、位于水下的混凝土砂中云母含量應(yīng)<3%、普通混凝土砂中云母含量應(yīng)<2%，因為當(dāng)時國內(nèi)很少應(yīng)用機制砂，所以該規(guī)范主要針對的是天然砂。SDJ 207—1982《水工混凝土施工規(guī)范》中，雖然提到了機制砂，但對砂中云母含量的限值并沒有單獨規(guī)定，均規(guī)定砂中云母含量應(yīng)<2%。JTJ 268—96《水運工程混凝土施工規(guī)范》中規(guī)定，有抗凍要求的混凝土細骨料中云母含量應(yīng)<1.0%，其他混凝土細骨料中云母含量應(yīng)<2.0%。現(xiàn)行電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 5144—2015《水工混凝土施工規(guī)范》中對機制砂和天然砂中的云母含量均進行了限制，均規(guī)定砂中云母含量應(yīng)≤2%。

現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)和其他行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對砂中云母含量的規(guī)定與上述標(biāo)準(zhǔn)類似或稍嚴(yán)格，如GB/T 14684—2011《建設(shè)用砂》中規(guī)定I類砂中云母含量應(yīng)<1%，II、III類砂中云母含量應(yīng)<2%；JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)》中要求有抗?jié)B和抗凍要求的混凝土細骨料中云母含量應(yīng)<1.0%，其他混凝土細骨料中云母含量應(yīng)≤2.0%?，F(xiàn)行不同標(biāo)準(zhǔn)對砂中云母含量限制見表1。

表1 現(xiàn)行不同標(biāo)準(zhǔn)對砂中云母含量限制

國外常用的混凝土骨料標(biāo)準(zhǔn)中，如美國材料與試驗協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)ASTM C33/C33M—13《混凝土骨料技術(shù)要求》中沒有對砂中云母含量進行明確限制。這主要與美國混凝土及其原材料的相關(guān)技術(shù)規(guī)范更側(cè)重于混凝土的性能，而對混凝土原材料的個別品質(zhì)限制較少有關(guān)。

2 云母特性

云母是含鉀、鎂、鐵、鋰等元素具層狀結(jié)構(gòu)的含水鋁硅酸鹽族礦物的總稱，是分布最廣的造巖礦物之一，常與長石、石英等礦物共生，主要包括白云母、絹云母、黑云母、金云母、鋰云母等[2-3]。云母族礦物是典型的層狀硅酸鹽礦物，其基本結(jié)構(gòu)是由呈八面體配位的陽離子層夾在兩個相同(Si，Al)O4四面體單層間所組成[4]。云母易剝離分解，沿解理面剝分成極薄的薄片，且薄片具有彈性，易復(fù)原；當(dāng)剝開面無其他外部污染時，不同云母晶體因表面分子的親和力而重新結(jié)合[5]。

3 云母分選技術(shù)

云母的選礦方法主要由礦石中礦物的組成、嵌布特征和賦存狀態(tài)決定，目前一般采用重選法、浮選法或多種方法的聯(lián)合工藝進行分選。

3.1 物理分選

3.1.1破碎篩分分選

在破碎過程中，云母與其他共生礦物存在明顯的選擇性粉碎，云母礦物碎磨后仍呈片狀，而其他礦物則呈現(xiàn)不規(guī)則的顆粒狀，借助破碎產(chǎn)物形狀的差異性進行篩分，實現(xiàn)云母與其他礦物的機械分選。

(1)篩分機械一般有圓筒篩和振動篩，此法主要采用兩層以上不同篩孔的振動篩，原礦進入篩面后，通過振動或滾動作用，小塊的片狀云母及脈石可以從第1層篩縫漏至第2層篩面，脈石落入篩下，而片狀云母則留在篩面上，實現(xiàn)分選[6]。

(2)隆海等[7]通過云母的選擇性破碎原理，借助顎式破碎機、對輥機、棒磨機和條篩進行云母分選試驗。試驗表明，原礦經(jīng)對輥機破碎再通過2.36 mm方孔篩篩選，可篩分得到品位>99%的云母精礦。對輥機破碎后的中礦和尾礦經(jīng)棒磨機再篩選。當(dāng)磨礦濃度為60%時，篩選云母精礦品位最高，達到99.58%。

(3)王凡非[8]以2 mm條篩、5 mm方孔篩和3 mm方孔篩組合成傾角為30 °的振動篩分裝置，篩分得到產(chǎn)率為6.14%，品位為94.63%的白云母精礦1號，及產(chǎn)率為16.46%、品位為89.30%的白云母精礦2號，基本實現(xiàn)了白云母與長石和石英的分離。

3.1.2搖床重選

根據(jù)礦石性質(zhì)，云母與其共生的礦物密度差異不大，但云母呈明顯片狀形態(tài)，而其他礦物基本為粒狀，將原礦研磨至一定目數(shù)后置于搖床，云母因片徑較薄，可在輕礦物帶富集分層，而其他礦物則在重礦物帶富集，從而實現(xiàn)云母的分選[9]。

3.1.3磁選

黑云母、鐵鋰云母等云母礦物中均含有鐵，屬弱磁性礦物，此類云母礦物可以通過磁選進行分選。

(1)陸康等[10]采用高梯度強磁選機對含黑云母的白云母礦進行磁選試驗，達到了去除黑云母的目的。

(2)梁福林[1]通過干式磁選和濕式磁選試驗，研究了磁選技術(shù)在三峽工程機制砂生產(chǎn)試驗中的應(yīng)用。研究表明，經(jīng)過磁選脫云母作業(yè)后，成品砂中的云母含量大大降低，可控制在2%以內(nèi)，符合用砂標(biāo)準(zhǔn)，且去云母機制砂生產(chǎn)的混凝土拌和性能較好。

3.1.4風(fēng)選

風(fēng)選法是以空氣為分選介質(zhì)的重選法，其適應(yīng)范圍廣，可使密度、粒度、形狀、類型、性質(zhì)不同的礦石在運動的空氣流中分離。原礦經(jīng)過破碎、對輥后，礦石形態(tài)發(fā)生變化。云母具有一定彈性，在與其他礦物一同破碎時，云母容易實現(xiàn)擠壓剝層，而具有脆性的其他礦物被壓碎成細小粒狀。當(dāng)處于相同粒級的礦物受重力自然下落時，呈片狀的云母所受風(fēng)阻要大于呈粒狀的脈石礦物，下降速度較慢，從而實現(xiàn)與脈石礦物的分離。常見的風(fēng)選方法有振動空氣分選法、室式分選法、Kipp-Kelly空氣分選法和之形空氣分選法[11]。

(1)振動空氣分選法。工作原理是處于相同粒級的粉礦，經(jīng)離心轉(zhuǎn)盤高速旋轉(zhuǎn)振動給料于一股上升的氣流中，由于礦物顆粒初始線速度較大，礦物在空中做拋物線運動，風(fēng)阻較大或比重較輕的礦物被上升氣流帶出，而風(fēng)阻較小或比重較大的礦物繼續(xù)拋物線下降，繼而實現(xiàn)分離。此方法對于+0.38 mm白云母精礦，效果較好，但設(shè)備出氣孔易被礦物顆粒堵塞，故障率較高。

(2)室式分選法。工作原理是當(dāng)某粒級的粉礦在因重力自然下落時受到與重力方向垂直的氣流作用，白云母等風(fēng)阻較大的輕礦物被吹離出原礦而實現(xiàn)分選。此方法可作業(yè)粒度范圍小，一般適用于0.83～0.25 mm粒度范圍。

(3)Kipp-Kelly空氣分選法。工作原理是經(jīng)礦物細化之后，利用顆?；旌狭祥g比重上的差異實現(xiàn)分選。加拿大曾采用此方法進行白云母風(fēng)選，適用于1.7～0.15 mm粒度范圍。

(4)之形空氣分選法。工作原理為某特定粒度范圍的粉礦從之字形裝置中部給入，礦物顆粒依靠重力下落，在下落中遇到從下而上的氣流，白云母礦物因風(fēng)阻較大，而被上升氣流從設(shè)備上部帶出，風(fēng)阻較小的脈石礦物無法帶出而下落，從而實現(xiàn)片狀白云母與粒狀脈石礦物的分離。此方法適用于8～0.38 mm粒度范圍。

王宏偉[12]將3～5、5～8 mm 和8 mm 3種粒級的含白云母礦石分別進入不同風(fēng)量的一段風(fēng)選設(shè)備中，其較大兩種粒級的尾礦經(jīng)過反擊式破碎機破碎后進入二段風(fēng)選設(shè)備進行云母的選別，最終達到綜合回收3 mm以上片狀云母的目的。

郭力等[13]將風(fēng)選運用于靈壽碎云母礦石的選礦工藝中，基本解決了0.245～3 mm粒級的除砂問題。并通過振動式空氣分選機、室式分選機及旋風(fēng)分離器，研究了碎云母風(fēng)選時的運動規(guī)律。研究表明，礦粒與空氣發(fā)生相對運動時，礦粒將受到空氣介質(zhì)阻力作用，阻力的大小與礦粒的直徑、形態(tài)、表面狀態(tài)、空氣的密度和粘度、礦粒與空氣相對運動速度等因素有關(guān)。

3.2 浮選法

浮選法作為應(yīng)用最廣泛的一種選礦方法在云母的選礦中同樣占有非常重要的地位，其主要利用礦物表面物理化學(xué)性質(zhì)的差異，在“固-液-氣”三相界面有選擇性地富集一種或幾種目的物料，從而實現(xiàn)與廢棄物料相分離[14]。

因礦漿pH環(huán)境的不同，浮選時所使用的捕收劑類別也存在差異。當(dāng)?shù)V漿pH<6.0時，一般使用陽離子捕收劑；當(dāng)?shù)V漿pH>9.0時，一般使用陰陽離子混合捕收劑[15]。云母浮選有酸性礦漿陽離子浮選法和堿性礦漿陰陽離子混合浮選法。

3.2.1酸性礦漿陽離子浮選法

工業(yè)上一般使用H2SO4作為調(diào)整劑，調(diào)節(jié)礦漿pH環(huán)境至酸性。在弱酸環(huán)境中，脈石礦物中長石和石英可浮性較好；在強酸環(huán)境中，長石、石英表面電位接近中性，當(dāng)陽離子捕收劑在與礦物表面作用時，捕收劑難以吸附于礦物顆粒表面，長石和石英基本不浮。白云母礦物可浮性受礦漿pH影響較小[16]，通常在強酸環(huán)境下使用陽離子捕收劑對白云母進行選別。

隆海等[7]采用酸性礦漿陽離子浮選法浮選分離云母和長石、石英，獲得品位達99.08%的云母精礦，回收率達33.6%。

3.2.2堿性礦漿陰陽離子混合浮選法

白云母礦石在粉碎研磨的過程中，若礦石結(jié)構(gòu)松散或風(fēng)化嚴(yán)重，產(chǎn)生了較大比例的礦泥，礦泥的存在不僅降低精礦品位，還會吸附大量的浮選藥劑，加大浮選藥劑用量，增加選礦成本。此類礦石最佳的選礦方法是使用Na2CO3或者石灰調(diào)節(jié)礦漿環(huán)境至弱堿性，采用一定配比的陰陽離子混合捕收劑優(yōu)先浮選分離白云母[17]。

某選鐵尾礦的云母含量為20.34%，因具有工業(yè)回收價值，進行了云母回收試驗。試驗采用脫泥-堿性浮選工藝，最終獲得了產(chǎn)率在10%左右，K2O品位7.93%，云母含量96%以上的高純度云母[18]。

4 云母分選技術(shù)在砂石行業(yè)中的應(yīng)用前景初步分析

4.1 物理分選的應(yīng)用前景

4.1.1破碎篩分分選

該法工藝流程簡單、配置設(shè)備少、生產(chǎn)效率高、選別能力強。所需的選別設(shè)備與砂石加工系統(tǒng)的主要加工設(shè)備基本一致，可應(yīng)用于砂石加工系統(tǒng)中。對普通的破碎篩分工藝流程進行有針對性的去云母改造，即可實現(xiàn)云母分選。

(1)需去云母的砂石加工系統(tǒng)可考慮選擇相應(yīng)的破碎機。中碎和細碎階段可選用反擊式破碎機，因其破碎方式為擊打式破碎，礦石可沿解理面、層理面進行選擇性破碎，尤其是嵌布在礦石中的云母以及厚片層云母，反擊式破碎機可有效地將其與脈石分離。

(2)棒磨機在水電工程砂石加工系統(tǒng)制砂過程中應(yīng)用較廣。棒磨機磨礦時各棒條之間呈線接觸，具有破碎大塊物料而保護細粒和層片物料的特性，可以選擇棒磨物料解離礦石中的細粒云母。

(3)砂石加工系統(tǒng)中振動篩的數(shù)量較多，可根據(jù)原礦中云母的嵌布粒度選擇合適的篩孔尺寸和篩孔形式，多種篩分形式配合使用。由于原礦性質(zhì)的差異，可在設(shè)計砂石加工系統(tǒng)前進行有針對性的破碎篩分分選試驗，選擇合適的破碎機和振動篩類型，達到較優(yōu)的云母分選效果。

4.1.2搖床重選

搖床重選法流程簡單、選別能力較好，但需要額外配置搖床等設(shè)備、能耗高、耗水量大，占用場地大。砂石加工系統(tǒng)在考慮搖床設(shè)備前需對破碎后的礦石進行搖床分選試驗，根據(jù)選別效果，權(quán)衡利弊。

4.1.3磁選

磁選可以去除含鐵云母。砂石加工系統(tǒng)在考慮磁選作業(yè)前需對砂石原礦的性質(zhì)以及所含的云母礦物進行化學(xué)分析，判斷是否含鐵，并根據(jù)含鐵情況進行磁選試驗。目前國內(nèi)已有將磁選應(yīng)用在砂石加工系統(tǒng)中的成功實例[1]。

4.1.4風(fēng)選

云母風(fēng)選法是根據(jù)云母與脈石在氣流中沉降速度的差異而進行分選的，一般采用“破碎分級風(fēng)選”的工藝流程，其中風(fēng)選需采用專用設(shè)備。該方法需與篩分等方法配合，才能取得云母分選效果。

目前風(fēng)選機的種類和型號較多，技術(shù)成熟，可直接用于砂石加工系統(tǒng)。風(fēng)選原理與砂石系統(tǒng)除塵器的原理類似，要求原礦保持干燥，因此風(fēng)選法只適合干法生產(chǎn)的砂石加工系統(tǒng)。有資料顯示[12]，當(dāng)原礦水分超過2%時，細砂易黏附在云母表面，造成各段振動篩篩網(wǎng)的堵塞，影響云母的去除效果。

4.2 浮選法的應(yīng)用前景

浮選法在砂石行業(yè)主要用于碎云母和細粒云母的回收，尤其是尾礦中的云母資源。在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，應(yīng)先根據(jù)實際礦石的性質(zhì)和特點確定初步工藝流程，再通過一系列條件試驗對流程加以豐富和優(yōu)化，以獲得較優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。

浮選法對礦漿的pH值有嚴(yán)格要求，需加入大量的調(diào)整劑(pH調(diào)整劑和分散劑)、捕收劑、抑制劑等化學(xué)試劑。浮選法用水量大，成本高，廢水處理難度大，且添加的化學(xué)試劑對混凝土質(zhì)量有著不可預(yù)估的影響。

5 結(jié) 語

(1)根據(jù)云母與砂石性質(zhì)的差異，分選方法集中在物理分選和浮選法兩種，各項理論和技術(shù)均較為成熟。由于砂石加工系統(tǒng)的特殊性，物理分選方式是比較合理的選擇。

(2)選擇破碎加振動篩分的云母分選方式，可利用砂石系統(tǒng)已有的破碎篩分設(shè)備進行，該方法對破碎篩分設(shè)備有一定要求，含云母較多的砂石加工系統(tǒng)應(yīng)在選擇設(shè)備、確定加工工藝之前進行一系列有針對性的破碎篩分試驗。

(3)磁選和搖床重選需要較多設(shè)備和較大場地，生產(chǎn)成本高，砂石加工系統(tǒng)需根據(jù)砂石原料性質(zhì)和前期試驗結(jié)果決定是否采用此方法。

(4)風(fēng)選云母的分選原理簡單，生產(chǎn)成本適中，對于干法生產(chǎn)的砂石加工系統(tǒng)，較為實用，可通過選擇合適的風(fēng)選設(shè)備和風(fēng)選工藝進行云母分選工作。