河南某長石礦選礦試驗研究①

劉 旭，繆亞兵，彭澤友，周瑜林

（長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410012）

長石是一種含鈣、鉀、鈉的鋁硅酸鹽礦物，礦物種類多樣，如鈉長石、鈣長石、鋇長石、鋇冰長石、微斜長石、正長石等［1］。長石具有熔點低、熔融溫度范圍大、熔融間隔時間長、熔液黏度高、化學(xué)穩(wěn)定性高等特點，被廣泛應(yīng)用于玻璃、陶瓷、研磨材料和電瓷等領(lǐng)域［2］。

我國長石資源豐富，但富礦資源少，可被直接開采利用的優(yōu)質(zhì)鉀長石資源并不多，絕大部分需通過富集才能達到工業(yè)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)［3－4］。長石礦物常與其他雜質(zhì)礦物共生，特別是其中的鐵、鈦等少量雜質(zhì)元素，影響長石精礦的品質(zhì)和應(yīng)用。目前的長石除雜方法集中于磁選、浮選、酸浸工藝及其聯(lián)合流程［5］。因此根據(jù)雜質(zhì)礦物的賦存狀態(tài)，選擇合理的除雜工藝成為長石選礦提純的主要研究方向。

河南某長石礦礦物組成復(fù)雜，主要脈石礦物為石英、主要有害元素鐵含量高，含鐵礦物種類繁多，單一的磁選或浮選工藝難以實現(xiàn)長石礦物的有效回收。本文以該長石礦為研究對象進行了選礦試驗研究，以實現(xiàn)長石礦資源化利用為目的，為同類型長石礦的高效利用提供借鑒。

1 礦石性質(zhì)

河南某長石礦礦塊肉眼下多顯淺肉紅色，部分為灰白色，通常夾雜數(shù)量不等、顏色較深的灰黑色團塊，質(zhì)地較為致密堅硬，具塊狀或斑雜狀構(gòu)造。經(jīng)鏡下鑒定、X射線衍射分析、掃描電鏡分析和MLA測定綜合研究查明，礦石主要組成礦物為鉀長石和石英，次為鈉長石、白云母、黑云母、鐵白云石、菱鐵礦和螢石等。礦石化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1，礦石中鐵化學(xué)物相分析結(jié)果見表2。

表1 礦石化學(xué)多元素分析結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）／%

表2 礦石中鐵化學(xué)物相分析結(jié)果

從表1和表2可以看出，礦石中主要有用組分為K2O，次為Na2O，二者合計含量為10.04%。影響鉀長石精礦品位的主要脈石礦物為石英，對鉀長石精礦質(zhì)量影響較大的有害元素鐵含量達1.79%。礦石中含鐵礦物種類繁多，它們分屬于鐵的氧化物、碳酸鹽、硫化物和硅酸鹽，如黃鐵礦屬于無磁性礦物，采用單一的磁選作業(yè)難以有效脫除，因此在進行鉀長石提純過程中有必要添加一道浮選作業(yè)脫除這一類含鐵礦物，從而提高鉀長石品質(zhì)。

2 結(jié)果與討論

2.1 磨礦細(xì)度條件試驗

將礦樣破碎至－3 mm后，采用XMB－67Φ200 mm×240 mm棒磨機進行磨礦，磨礦濃度50%。對不同磨礦細(xì)度的礦樣進行強磁選試驗，磁選設(shè)備為間歇式濕式強磁選機，控制磁場強度為1.5 T，試驗流程見圖1，結(jié)果見表3，對不同磨礦細(xì)度條件下的鉀長石解離度進行分析，結(jié)果見表4。

圖1 磨礦細(xì)度條件試驗流程

表3 不同磨礦細(xì)度的強磁選試驗結(jié)果

表4 不同磨礦細(xì)度下鉀長石解離度

從表3可以看出，在試驗?zāi)サV細(xì)度范圍內(nèi)，磨礦細(xì)度越細(xì)，非磁性物含鐵品位越高，因此磨礦細(xì)度不宜過細(xì)。從表4可以看出，磨礦細(xì)度越細(xì)越有利于實現(xiàn)長石和石英的單體解離。綜合考慮，選擇磨礦細(xì)度－0.075 mm粒級占53.40%進行后續(xù)試驗，此時鉀長石單體解離度達到94.55%。

2.2 磁選除鐵試驗

磨礦細(xì)度－0.075 mm粒級占53.40%，采用強磁選機3次磁選除鐵的試驗流程，強磁選機分別選用ZH－560平環(huán)強磁選機、SLon立環(huán)脈動高梯度強磁機，磁感應(yīng)強度均為1.5 T，進行了不同磁選設(shè)備的磁選除鐵試驗對比，試驗流程見圖2，結(jié)果見表5。

圖2 磁選除鐵試驗流程

從表5可以看出，采用立環(huán)強磁選機3次強磁選后，非磁性物中鐵含量仍高達0.60%，而平環(huán)強磁選機3次強磁選后，非磁性物產(chǎn)率77.12%，鐵含量降至0.26%，除鐵效率遠高于立環(huán)強磁選機。綜合考慮，選用平環(huán)強磁機進行強磁除鐵。

表5 磁選除鐵試驗結(jié)果

為考察強磁選后非磁性物中鐵的分布情況，對平環(huán)強磁選后非磁性物進行了粒度篩析，結(jié)果見表6。

表6 非磁性物粒度篩析結(jié)果

從表6可以看出，非磁性物中細(xì)粒級礦物含鐵量明顯高于粗粒級，可見對原礦樣增加脫泥工序，有助于降低非磁性物中的含鐵量，從而起到除鐵降雜的效果。

2.3 脫泥粒度條件試驗

長石礦中的原生礦泥和采礦、破碎、磨礦環(huán)節(jié)產(chǎn)生的次生礦泥會嚴(yán)重影響選礦效果，因此在選別前需預(yù)先去除［6］。在磨礦細(xì)度－0.075 mm粒級占53.40%基礎(chǔ)上，對礦樣進行了預(yù)先篩分脫泥，篩上進行兩次強磁選，場強均為1.5 T，改變脫泥粒度，試驗流程見圖3，結(jié)果見表7。

圖3 細(xì)篩脫泥強磁選試驗流程

表7 細(xì)篩脫泥強磁選試驗結(jié)果

從表7可以看出，細(xì)篩脫泥強磁選后非磁性物中含鐵量均降到了0.19%以下，效果顯著。為保證鉀長石精礦回收率，選用脫泥粒度25μm。

2.4 長石與石英的浮選分離

石英與長石浮選分離經(jīng)歷了3個階段：氫氟酸法、無氟有酸法和無氟無酸法，氫氟酸法對分離長石和石英效果顯著，但由于引入了有毒物質(zhì)氫氟酸，對環(huán)境造成危害；無氟無酸法雖然符合環(huán)保要求，但浮選條件難以控制，目前尚無法大規(guī)模應(yīng)用［7－9］。綜合考慮環(huán)保及實際應(yīng)用情況，本文采用無氟有酸法進行長石和石英浮選分離。

試驗在磨礦細(xì)度－0.075 mm粒級占53.40%基礎(chǔ)上進行，細(xì)篩脫除－25μm礦泥，再進行兩次強磁選，磁選強度均為1.5 T，獲得的非磁性物即為浮選給礦。浮選流程為反浮選除鐵后正浮選選長石，采用硫酸為礦漿pH值調(diào)整劑、石油磺酸鈉和十二胺為長石捕收劑，試驗流程見圖4。

圖4 浮選流程

2.4.1 反浮選除鐵硫酸用量條件試驗

在石油磺酸鈉用量1 200 g／t、十二胺用量300 g／t、正浮選階段硫酸用量500 g／t條件下，進行了反浮選硫酸用量條件試驗，結(jié)果見表8。

表8 反浮選除鐵硫酸用量條件試驗結(jié)果

從表8可以看出，隨著硫酸用量增加，長石產(chǎn)品K2O品位逐漸升高，回收率逐漸降低，石英與長石分離效率逐漸增大，表明降低pH值有利于兩者浮選分離。當(dāng)硫酸用量為1 000 g／t時，長石產(chǎn)品K2O品位達到了11.27%，因此反浮選硫酸用量1 000 g／t為宜。

2.4.2 石油磺酸鈉用量條件試驗

在反浮選硫酸用量1 000 g／t、正浮選硫酸用量500 g／t、十二胺用量250 g／t條件下，進行了石油磺酸鈉用量條件試驗，結(jié)果見表9。

表9 石油磺酸鈉用量條件試驗結(jié)果

從表9可見，隨著石油磺酸鈉用量增加，長石產(chǎn)品產(chǎn)率逐漸升高，K2O品位略微降低，當(dāng)石油磺酸鈉用量達到1 000 g／t后，隨著石油磺酸鈉用量增加，長石產(chǎn)品產(chǎn)率和回收率增幅不明顯。綜合考慮，選擇石油磺酸鈉用量為1 000 g／t。

2.4.3 十二胺用量條件試驗

反浮選硫酸用量1 000 g／t、正浮選硫酸用量500 g／t、石油磺酸鈉用量1 000 g／t條件下，十二胺用量條件試驗結(jié)果見表10。

表10 十二胺用量條件試驗結(jié)果

從表10可見，隨著十二胺用量增加，長石產(chǎn)品產(chǎn)率逐漸增大，K2O品位逐漸降低，當(dāng)十二胺用量達到300 g／t時，長石產(chǎn)品產(chǎn)率69.88%、K2O含量11.22%。繼續(xù)增大十二胺用量對精礦回收率提升不明顯，因此選擇十二胺用量300 g／t。

2.5 推薦工藝流程及指標(biāo)

根據(jù)條件試驗結(jié)果確定了最佳選礦工藝流程。由于磁選后獲得的非磁性產(chǎn)品濃度較低，不利于后續(xù)浮選，因此在浮選之前增加了一道濃縮脫泥作業(yè)，推薦工藝流程見圖5，試驗指標(biāo)見表11，產(chǎn)品化學(xué)多元素分析結(jié)果見表12。

表11 推薦工藝流程試驗結(jié)果

表12 產(chǎn)品化學(xué)多元素分析結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）／%

圖5 推薦工藝流程

從表11～12可以看出，采用“磨礦-脫泥-強磁選-脫泥-反浮選除鐵-正浮選長石”工藝流程，可以獲得長石精礦產(chǎn)率49.98%、K2O品位11.12%、回收率69.41%的選別指標(biāo)，鐵含量0.20%，長石精礦產(chǎn)品質(zhì)量達到了日用陶瓷二級品的要求。同時獲得了產(chǎn)率12.75%、SiO2品位96.54%的石英精礦。

3 結(jié) 論

1）河南某長石礦物中主要目的礦物為鉀長石，主要脈石礦物為石英，有害元素鐵含量高且賦存狀態(tài)復(fù)雜。

2）磨礦細(xì)度變細(xì)可提高長石單體解離度，但在本試驗?zāi)サV細(xì)度范圍內(nèi)會增加強磁除鐵后非磁產(chǎn)品的鐵含量，細(xì)篩脫泥后平環(huán)強磁機除鐵可獲得鐵含量0.19%以下的長石粗精礦。

3）采用硫酸為pH值調(diào)整劑、十二胺和石油磺酸鈉為捕收劑，可有效實現(xiàn)長石和石英的浮選分離。

4）采用“磨礦-脫泥-強磁選-脫泥-反浮選除鐵-正浮選長石”工藝流程，最終可獲得產(chǎn)率49.98%、K2O品位11.12%、TFe品位0.20%的長石精礦以及產(chǎn)率12.75%、SiO2品位96.54%的石英精礦；長石精礦產(chǎn)品質(zhì)量達到了日用陶瓷二級品的要求。