贛中地區(qū)早白堊系（燕山期）龍古山單元巖體高嶺土深加工提純試驗

摘要：高嶺土由長石、普通輝石等鋁硅酸鹽類礦物風(fēng)化而成，主要成分為高嶺石，用途廣泛。試驗以贛中地區(qū)早白堊系（燕山期）龍古山單元巖體的高嶺土為研究對象，采用搗漿、螺旋分級、水力旋流器分級、磨礦、浮選、磁選、增白和酸浸等選礦工藝進(jìn)行深加工提純，得到能滿足工業(yè)利用的高嶺土、高純石英砂、長石和云母等產(chǎn)品，從而推進(jìn)高嶺土的開發(fā)利用。

關(guān)鍵詞：早白堊系（燕山期）龍古山單元巖體；高嶺土；深加工提純；贛中地區(qū)

中圖分類號：TD985 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）10-00-04

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Deep processing and purification Experiment of kaolin in the Longgushan unit rock mass of the Early Cretaceous （Yanshanian） in the Central Jiangxi Province

PEI Yang， LI Fanshun， MO Jing

（The First Geological Brigade of Jiangxi Geological Bureau， Nanchang 330200， China）

Abstract： Kaolin is formed by weathering aluminum silicate minerals such as feldspar and ordinary pyroxene， and its main component is kaolinite， it has a wide range of uses. In the experiment， taking the kaolin from the Longgushan unit rock mass of the Early Cretaceous （Yanshanian） in the Central Jiangxi Province as the research object， deep processing and purification are carried out by using mineral processing techniques such as slurry pounding， spiral classification， hydraulic cyclone classification， grinding， flotation， magnetic separation， whitening， and acid leaching to obtain kaolin， high-purity quartz sand， feldspar， mica and other products that can meet industrial utilization， thus promoting the development and utilization of kaolin.

Keywords： Early Cretaceous （Yanshanian） Longgushan unit rock mass; kaolin; deep processing and purification; Central Jiangxi province

高嶺土的主要成分為高嶺石，高嶺石屬于三斜晶系或單斜晶系[1]。高嶺石的晶體結(jié)構(gòu)由2個基本結(jié)構(gòu)層組成，即由硅氧四面體層和鋁氧八面體層疊置而成。試驗對贛中地區(qū)早白堊系（燕山期）龍古山單元巖體的高嶺土礦樣進(jìn)行深加工提純工藝研究。研究區(qū)高嶺土原礦的主要化學(xué)成分為SiO2（含量72.04%）、Fe2O3（0.83%）、Al2O3（17.26%）、TiO2（0.04%）、K2O（4.19%）、Na2O（1.12%）、CaO（0.15%）和MgO（0.02%），燒失量為4.21%，自然白度為61.1%。經(jīng)X射線衍射（X-Ray Diffraction，XRD）分析，原礦的主要礦物組成為石英（38.4%）、長石（25.8%）、云母（24.0%）和高嶺石（11.8%）。對粒徑小于2 μm的高嶺土礦樣進(jìn)行掃描電鏡分析，觀察微觀形貌，發(fā)現(xiàn)其屬于片狀高嶺土，如圖1所示。

1 高嶺土原礦提純試驗

1.1 搗漿試驗

開展搗漿試驗時，搗漿濃度為33%，搗漿時間為30 min。搗漿試驗以礦漿充分分散為評價標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 除砂試驗

根據(jù)高嶺土提純經(jīng)驗，除砂試驗采用螺旋分級機(jī)（螺旋直徑150 mm，長度1 200 mm），給料速度為0.5 m3/h，螺旋傾角為17°。從試驗結(jié)果看，原礦經(jīng)過搗漿，螺旋分級底流SiO2含量為88.14%，Al2O3含量為7.85%，K2O與Na2O含量合計2.75%，螺旋分級底流礦物主要組分是石英。螺旋分級溢流Al2O3含量為28.60%，F(xiàn)e2O3含量為1.58%，有用礦物高嶺土和雜質(zhì)Fe2O3均向螺旋分級溢流富集。

1.3 水力旋流器提純

水力旋流器直徑為75 mm，其入料為螺旋溢流。根據(jù)高嶺土提純經(jīng)驗，水力旋流器的溢流口直徑取20 mm，底流口直徑取7 mm，進(jìn)漿壓強(qiáng)分別為0.10 MPa和0.30 MPa，進(jìn)漿濃度為21.09%，通過試驗考察進(jìn)漿壓力對旋流器溢流的影響。試驗結(jié)果顯示，高嶺土的螺旋溢流經(jīng)過水力旋流器分級提純，水力旋流器溢流Al2O3含量超過30%，F(xiàn)e2O3含量約為1.9%，雜質(zhì)Fe2O3進(jìn)一步富集。水力旋流器底流K2O與Na2O含量超過11%，主要成分為云母。進(jìn)漿壓強(qiáng)從0.10 MPa提高到0.30 MPa時，溢流Al2O3含量從31.72%提高到32.07%，但產(chǎn)率從66.04%降低到61.68%。經(jīng)綜合考慮，水力旋流器分級提純的進(jìn)漿壓強(qiáng)取0.10 MPa，高嶺土總產(chǎn)率為29.53%。

1.4 螺旋底流綜合回收石英試驗

高嶺土原礦的螺旋底流產(chǎn)率為55.28%，SiO2含量為88.14%，K2O與Na2O含量合計2.75%。為綜合利用原礦中的石英資源，提高附加值，從螺旋底流中綜合回收石英。螺旋底流磨礦后，通過浮選去除其中的云母和長石，提純石英砂。

1.5 磁選試驗

水力旋流器溢流Fe2O3含量為1.89%，浮選云母Fe2O3含量為1.91%，浮選長石Fe2O3含量為0.27%。對這幾種試驗產(chǎn)品進(jìn)行磁選試驗，降低Fe2O3含量，增加自然白度和焙燒白度（焙燒溫度1 200 ℃）。試驗采用電磁高梯度磁選機(jī)，礦漿濃度為16.96%，磁場強(qiáng)度為4.0 T。不同流速下的磁選試驗結(jié)果顯示，隨著礦漿流速的減小，產(chǎn)品中Fe2O3含量有所降低，產(chǎn)品的自然白度和燒成白度都有所提高。通過磁選，水力旋流器溢流的自然白度由51.6%提高到53.5%，壓片燒成白度（焙燒溫度1 200 ℃）由54.8%提高到61.6%；浮選長石自然白度由37.6%提高到38.8%，壓片燒成白度（焙燒溫度1 200 ℃）由64.3%提高到65.8%，浮選云母自然白度由35.4%提高到65.9%。綜合考慮產(chǎn)品的白度、產(chǎn)率等指標(biāo)，磁選試驗的礦漿流速取5 cm/s。磁選后，高嶺土總產(chǎn)率為21.05%，云母總產(chǎn)率為1.60%，長石總產(chǎn)率為6.19%。

1.6 高嶺土增白試驗

增白試驗主要針對磁選后高嶺土精礦，在酸性條件下，采用保險粉（Na2S2O4）作為漂白劑。礦漿濃度為12.1%，礦漿pH值為3～4時，通過試驗考察保險粉用量對產(chǎn)品白度的影響[2]。試驗發(fā)現(xiàn)，隨著保險粉用量的增加，產(chǎn)品的自然白度先增加后減少，當(dāng)保險粉用量為1.0%時，產(chǎn)品自然白度最高，為76.4%。經(jīng)綜合考慮，保險粉用量取0.8%。試驗結(jié)果表明，高嶺土產(chǎn)品的自然白度為54.00%，燒成白度（壓塊后1 200 ℃溫度下焙燒）為61.90%，增白白度為76.50%。

1.7 石英砂酸浸試驗

浮選石英砂產(chǎn)品SiO2含量為99.72%，對其進(jìn)行酸浸試驗。為使石英砂含有的鐵雜質(zhì)顯露，先低溫焙燒浮選石英砂，然后對焙燒產(chǎn)物進(jìn)行酸浸。浮選石英砂分別在400 ℃、500 ℃和600 ℃溫度下焙燒，焙燒時間為0.5 h，酸浸采用鹽酸，鹽酸用量為10%，酸浸溫度為90 ℃，酸浸時間為5 h。浮選石英砂經(jīng)過500 ℃焙燒后，采用鹽酸浸取、提純，然后制備高純石英砂。酸浸試驗結(jié)果顯示，浮選得到的石英砂產(chǎn)品直接采用鹽酸浸取，SiO2含量從99.72%提高到99.82%，經(jīng)過500 ℃焙燒后，可以提高到99.95%。

1.8 推薦工藝流程

根據(jù)試驗結(jié)果，推薦的高嶺土分選工藝流程如圖2所示，推薦的瓷石及石英砂處理工藝流程如圖3所示。

2 產(chǎn)品檢測與分析

2.1 高嶺土產(chǎn)品

從主要化學(xué)成分來看，高嶺土產(chǎn)品的SiO2含量為50.41%，F(xiàn)e2O3含量為1.50%，Al2O3含量為31.74%，K2O含量為3.91%，Na2O含量為0.86%，TiO2含量為0.04%，CaO含量為0.06%，MgO含量為0.83%，SO3含量為0.05%，燒失量為10.27%。經(jīng)粒度分析，粒度小于51.6 μm的顆粒占高嶺土產(chǎn)品的占比為90%，細(xì)度接近45 μm，粒度小于2 μm的顆粒含量為10.8%，占比較小。經(jīng)白度分析，高嶺土產(chǎn)品自然白度為54.0%，燒成白度為61.9%（壓塊后1 200 ℃溫度下焙燒），增白白度為76.5%。經(jīng)XRD半定量分析，高嶺土礦物的石英含量為9.6%，高嶺土含量為43.4%，鉀長石含量為34.9%，鈉長石含量為1.2%，云母含量為10.9%。由此看出，高嶺土礦物含有較多長石和少量云母，這與化學(xué)成分分析結(jié)果相吻合，即K2O、Na2O含量較高。

2.2 石英砂產(chǎn)品

經(jīng)化學(xué)成分分析，高純石英砂產(chǎn)品的SiO2含量為99.95%，F(xiàn)e2O3含量為0.002%，Al2O3含量為0.05%。礦物XRD分析結(jié)果顯示，石英含量占石英砂產(chǎn)品的100%。

2.3 長石產(chǎn)品

經(jīng)化學(xué)成分分析，長石產(chǎn)品的SiO2含量為68.16%，F(xiàn)e2O3含量為0.08%，Al2O3含量為18.56%，K2O含量為6.43%，Na2O含量為4.03%，TiO2含量為0.01%，CaO含量為0.08%，MgO含量為0.02%，燒失量為1.14%。長石產(chǎn)品自然白度為47.1%，燒成白度為65.6%（壓塊后1 200 ℃溫度下焙燒）。礦物XRD分析結(jié)果顯示，長石產(chǎn)品的石英含量為23.5%，鉀長石含量為65.8%，鈉長石含量為10.7%。

2.4 云母產(chǎn)品

經(jīng)化學(xué)成分分析，云母產(chǎn)品的SiO2含量為59.64%，F(xiàn)e2O3含量為0.77%，Al2O3含量為27.84%，K2O含量為8.34%，Na2O含量為2.52%，TiO2含量為0.04%，CaO含量為0.12%，MgO含量為0.08%，燒失量為2.55%。此外，云母產(chǎn)品自然白度為66.77%。礦物XRD分析結(jié)果顯示，云母產(chǎn)品的石英含量為10.8%，白云母含量為64.0%，鉀長石含量為22.3%，鈉長石含量為1.3%，高嶺土含量為1.6%。

3 結(jié)論

試驗對贛中地區(qū)早白堊系（燕山期）龍古山單元巖體的高嶺土礦樣進(jìn)行提純工藝研究。其間分析原礦的主要化學(xué)成分、礦物組成和粒度組成，開展水力旋流器分級和磁選，對粗砂進(jìn)行磨礦、云母浮選與長石浮選等工藝試驗，通過實驗室試驗及半工業(yè)試驗，確定產(chǎn)品應(yīng)用方向，提高高嶺土產(chǎn)品的附加值，以期更好地開發(fā)和利用高嶺土資源。試驗結(jié)果表明，高嶺土礦物的螺旋分級底流經(jīng)過磨礦、分級、浮選、磁選和酸洗后，得到的高嶺土產(chǎn)品主要理化指標(biāo)符合陶瓷工業(yè)用高嶺土的要求。高純石英砂產(chǎn)品的主要化學(xué)指標(biāo)不僅符合玻璃工業(yè)用石英砂的分級要求，而且滿足平板玻璃用硅質(zhì)原料及光伏玻璃用硅質(zhì)原料要求。長石產(chǎn)品的主要理化指標(biāo)符合日用陶瓷用長石要求。云母產(chǎn)品的主要理化指標(biāo)符合涂料用絹云母粉的要求。試驗結(jié)果可為地質(zhì)評價及當(dāng)?shù)馗邘X土開發(fā)應(yīng)用提供技術(shù)支持和理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

1 鄧 祺，任子杰，宋昱晗，等.福建某高嶺土伴生石英提純試驗研究[J].化工礦物與加工，2024（1）：21-27.

2 張玉梅，任子杰，高惠民，等.廣東某高嶺土礦中石英選礦提純試驗研究[J].礦產(chǎn)保護(hù)與利用，2023（4）：68-72.