路 洋 高惠民 王 芳 洪 禮 管俊芳 張凌燕

(1.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院;2.礦物資源加工與環(huán)境湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

藍(lán)晶石是一種天然高鋁礦物，與紅柱石、硅線石成同質(zhì)異形體，統(tǒng)稱“三石”，其分子式為Al2(SiO4)O，理論組成為 SiO237.10%、Al2O362.90%［1］。藍(lán)晶石煅燒后形成莫來(lái)石，具有耐火度和機(jī)械強(qiáng)度高、熱膨脹率低、抗化學(xué)腐蝕性和抗熱沖擊性強(qiáng)的特點(diǎn)，因此主要用于生產(chǎn)冶金工業(yè)耐火材料如各種耐火磚和耐火砂漿等，此外還可用作陶瓷原料和生產(chǎn)硅鋁合金等。藍(lán)晶石礦產(chǎn)品中藍(lán)晶石礦物含量的高低及雜質(zhì)含量的多少直接影響其性能和用途［2］，因此低品位的藍(lán)晶石礦礦石需要進(jìn)行選礦提純。本研究對(duì)江蘇某低品位難選藍(lán)晶石礦石進(jìn)行選礦試驗(yàn)，為該藍(lán)晶石資源的開(kāi)發(fā)利用提供技術(shù)支持。

1 試樣性質(zhì)

1.1 試樣物質(zhì)組成

試樣的化學(xué)多元素分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 試樣化學(xué)多元素分析結(jié)果 %

結(jié)合化學(xué)成分分析結(jié)果、顯微鏡觀察和XRD分析結(jié)果，試樣的礦物組成主要為藍(lán)晶石、石英、葉臘石、白云母、黑云母、高嶺石、黃玉、赤褐鐵礦、磷鈣鋁石等，有少量的金紅石、鈦鐵礦、磷灰石和鈣鐵榴石。各礦物的含量見(jiàn)表2。

表2 試樣礦物組成 %

1.2 藍(lán)晶石嵌布特征

采用德國(guó)徠卡公司產(chǎn)DMLP型透/反兩用偏光顯微鏡對(duì)礦物進(jìn)行形貌分析，結(jié)果如圖1所示?？梢?jiàn)，藍(lán)晶石晶體中包裹著石英、赤褐鐵礦，或與金紅石緊密共生，這將給分選帶來(lái)較大難度。

圖1 礦石的偏光顯微鏡照片

2 試驗(yàn)方案

藍(lán)晶石礦石的選礦一般以浮選為主，且浮選在酸性、堿性、中性條件下均可進(jìn)行，堿性條件(pH=8.5～9.5)下使用脂肪酸捕收劑如油酸、油酸鈉、氧化石蠟皂、癸脂、脂肪酸類(lèi)乳濁液等，酸性條件(pH=3～4)下使用磺酸鹽捕收劑(主要是石油磺酸鹽)，中性條件(pH=6.5～7.5)下使用磺酸鹽和脂肪酸混合捕收劑［3-9］。對(duì)于本試驗(yàn)礦樣，前期探索試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):磨礦后進(jìn)行全粒級(jí)浮選，無(wú)論是在酸性條件下以石油磺酸鈉為捕收劑，還是在堿性條件下以油酸為捕收劑，均難以獲得高品位的藍(lán)晶石精礦，且鏡下觀察發(fā)現(xiàn)精礦中的鐵鈦雜質(zhì)主要分布在細(xì)粒級(jí);而將磨后原礦按45μm分為粗細(xì)兩級(jí)分別在酸性條件下以石油磺酸鈉為捕收劑進(jìn)行浮選，并對(duì)細(xì)粒級(jí)在浮選前進(jìn)行脫泥，則可取得較好的選別效果——通過(guò)粗粒級(jí)浮選得到高品位精礦，通過(guò)細(xì)粒級(jí)浮選提高回收率。

試樣中的赤褐鐵礦、黑云母、金紅石、鈦鐵礦等含鐵鈦雜質(zhì)礦物均具有一定的弱磁性，可以采用簡(jiǎn)單又高效的高梯度磁選方法將它們?nèi)コ??？紤]到浮選后再高梯度磁選時(shí)，浮選精礦所帶藥劑易將磁性和非磁性顆粒凝聚成團(tuán)而使高梯度磁選過(guò)程中產(chǎn)生較多的夾帶損失［10］，因而高梯度磁選應(yīng)在浮選前進(jìn)行。

綜上所述，確定采用磨礦—高梯度磁選除鐵鈦—按45μm分級(jí)—細(xì)粒級(jí)脫泥—脫泥沉砂和粗粒級(jí)分別進(jìn)行石油磺酸鈉酸性浮選的試驗(yàn)方案。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 條件試驗(yàn)

鑒于高梯度磁選比較簡(jiǎn)單，故僅進(jìn)行磨礦細(xì)度、－45μm細(xì)粒級(jí)脫泥粒度、浮選粗選藥劑用量等條件試驗(yàn)，并且為簡(jiǎn)化試驗(yàn)，這些條件試驗(yàn)在不經(jīng)過(guò)高梯度磁選的情況下進(jìn)行。

3.1.1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)

將原礦磨至不同細(xì)度，分別按45μm篩分為粗細(xì)兩級(jí)，然后在硫酸和石油磺酸鈉用量均為1 000 g/t(藥劑用量均對(duì)原礦量計(jì)，下同)的條件下對(duì)+45 μm粗粒級(jí)進(jìn)行浮選粗選，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示(Al2O3回收率對(duì)原礦計(jì)，下同)。

教師是一盞明燈，照亮別人，也溫暖自己；教師的職業(yè)，是用愛(ài)點(diǎn)燃愛(ài)，是用知識(shí)和智慧導(dǎo)人向善的的職業(yè)。摒棄浮華，守一份寧?kù)o，相信播下的種子總有一天會(huì)發(fā)芽、生長(zhǎng)。

圖2 不同磨礦細(xì)度下粗粒級(jí)的浮選粗選指標(biāo)

由圖2可見(jiàn)，粗粒級(jí)浮選粗精礦的Al2O3回收率在磨礦細(xì)度為－74μm占65.28%時(shí)出現(xiàn)最大值，Al2O3品位在磨礦細(xì)度超過(guò)－74μm占65.28%后急劇下降。因此，確定磨礦細(xì)度為－74μm占65.28%。在此磨礦細(xì)度下，磨礦產(chǎn)品的篩分分級(jí)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 －74μm占65.28%磨礦產(chǎn)品分級(jí)結(jié)果 %

3.1.2 +45μm粒級(jí)浮選粗選硫酸用量試驗(yàn)

固定磨礦細(xì)度為－74μm占65.28%、石油磺酸鈉用量為1 000 g/t，考察硫酸用量對(duì)+45μm粒級(jí)浮選粗選指標(biāo)的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 粗粒級(jí)浮選粗選硫酸用量試驗(yàn)結(jié)果

由圖4可見(jiàn)，隨著硫酸用量的增加，+45μm粒級(jí)浮選粗精礦的品位和回收率均先上升后下降，并都在硫酸用量為800 g/t時(shí)達(dá)到最大值，故確定+45 μm粒級(jí)浮選粗選硫酸用量為800 g/t，此時(shí)礦漿pH為3.5。

3.1.3 +45μm粒級(jí)浮選粗選石油磺酸鈉用量試驗(yàn)

固定磨礦細(xì)度為－74μm占65.28%、硫酸用量為800 g/t，考察石油磺酸鈉用量對(duì)+45μm粒級(jí)浮選粗選指標(biāo)的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 粗粒級(jí)浮選粗選石油磺酸鈉用量試驗(yàn)結(jié)果■—品位;□—回收率

由圖4可見(jiàn):隨著石油磺酸鈉用量的增加，+45 μm粒級(jí)浮選粗精礦的品位逐漸下降而回收率先上升后微幅下降;當(dāng)石油磺酸鈉用量為1 000 g/t時(shí)，+45μm粒級(jí)浮選粗精礦的回收率達(dá)到最大值，品位也較高。故確定+45μm粒級(jí)浮選粗選的石油磺酸鈉用量為1 000 g/t。

3.1.4 －45μm粒級(jí)脫泥粒度試驗(yàn)

－45μm粒級(jí)含大量礦泥，嚴(yán)重影響浮選過(guò)程，因此需進(jìn)行脫泥。采用自然沉降法分別按不同粒度對(duì)－45μm粒級(jí)進(jìn)行脫泥，然后在硫酸用量為500 g/t(pH為3.5)、水玻璃用量為200 g/t、石油磺酸鈉用量為500 g/t條件下對(duì)沉砂進(jìn)行浮選粗選，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同脫泥粒度下沉砂的浮選粗選指標(biāo)■—品位;□—回收率

由圖5可見(jiàn)，隨著脫泥粒度的增大，沉砂浮選粗精礦的品位先提高后趨于穩(wěn)定，回收率則先變化不大后急劇下降，當(dāng)脫泥粒度為20μm時(shí)，沉砂浮選粗精礦的品位和回收率都處于較高水平，故確定脫泥粒度為20μm。在此粒度下的脫泥結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 脫泥粒度為20μm時(shí)的脫泥結(jié)果 %

3.1.5 脫泥沉砂浮選粗選水玻璃用量試驗(yàn)

固定硫酸用量為500 g/t(pH為3.5)、石油磺酸鈉用量為500 g/t，考察抑制劑水玻璃用量對(duì)－45 μm粒級(jí)脫泥沉砂浮選粗選指標(biāo)的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

由圖6可見(jiàn):隨著水玻璃用量的增加，沉砂浮選粗精礦的品位逐漸增加而回收率逐漸降低，且品位比回收率變化明顯;當(dāng)水玻璃用量達(dá)到160 g/t后，兩者均變化甚微。綜合考慮，確定－45μm粒級(jí)脫泥沉砂浮選粗選的水玻璃用量為160 g/t。

圖6 沉砂浮選粗選水玻璃用量試驗(yàn)結(jié)果

3.1.6 脫泥沉砂浮選粗選石油磺酸鈉用量試驗(yàn)

固定硫酸用量為500 g/t(pH為3.5)、水玻璃用量為160 g/t，考察石油磺酸鈉用量對(duì)－45μm粒級(jí)脫泥沉砂浮選粗選指標(biāo)的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。

圖7 沉砂浮選粗選石油磺酸鈉用量試驗(yàn)結(jié)果

由圖7可見(jiàn)，隨著石油磺酸鈉用量的增加，沉砂浮選粗精礦的品位和回收率均先上升后下降，并都在石油磺酸鈉用量為480 g/t時(shí)達(dá)到最大值，故確定－45μm粒級(jí)脫泥沉砂浮選粗選的石油磺酸鈉用量為480 g/t。

3.2 流程試驗(yàn)

在上述條件試驗(yàn)基礎(chǔ)上，按照所制定的工藝方案，以磁介質(zhì)為 2 mm鋼棒、脈動(dòng)沖次為400次/min、脈動(dòng)沖程為10 mm、背景磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.0 T條件下的SLon－100高梯度磁選機(jī)作為除鐵鈦手段，進(jìn)行了磨礦—高梯度磁選除鐵鈦—按45μm分級(jí)—細(xì)粒級(jí)脫泥—脫泥沉砂和粗粒級(jí)分別酸性浮選開(kāi)路流程試驗(yàn)，然后根據(jù)開(kāi)路流程試驗(yàn)結(jié)果，按圖8進(jìn)行了閉路流程試驗(yàn)，獲得了 Al2O3品位為55.69%、Al2O3回收率為69.23%的藍(lán)晶石精礦1和Al2O3品位為50.17%、Al2O3回收率為 15.16%的藍(lán)晶石精礦2，Al2O3綜合回收率達(dá)84.39%(見(jiàn)表5)。

圖8 閉路試驗(yàn)流程

表5 閉路流程試驗(yàn)結(jié)果 %

對(duì)閉路流程試驗(yàn)所獲兩種精礦進(jìn)行化學(xué)多元素分析，結(jié)果如表6所示。

表6 精礦化學(xué)多元素分析結(jié)果

表6表明:精礦1達(dá)到了國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中LJ－55牌號(hào)藍(lán)晶石精礦的質(zhì)量要求［11］，精礦2雜質(zhì)含量偏高、Al2O3品位偏低，可用作陶瓷原料。

4 結(jié)論

(1)江蘇某藍(lán)晶石礦石品位低、雜質(zhì)礦物種類(lèi)較多、藍(lán)晶石與雜質(zhì)礦物相嵌關(guān)系復(fù)雜，屬難選礦石，磨礦后采用全粒級(jí)浮選工藝難以獲得高品位的藍(lán)晶石精礦，且回收率低。

(2)采用磨礦—高梯度磁選除鐵鈦—按45μm分級(jí)—細(xì)粒級(jí)脫泥—脫泥沉砂和粗粒級(jí)分別酸性浮選工藝流程處理該礦石，可獲得質(zhì)量達(dá)到國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中LJ－55牌號(hào)藍(lán)晶石精礦要求的精礦1和可用作陶瓷原料的精礦2，兩種精礦的Al2O3回收率分別為69.23%和15.16%。

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