張 鑫 張凌燕,2 洪 微 劉 新

(1.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430070；2.礦物資源加工與環(huán)境湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430070)

山東某長(zhǎng)石礦石除鐵增白選礦試驗(yàn)

張 鑫1張凌燕1,2洪 微1劉 新1

(1.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430070；2.礦物資源加工與環(huán)境湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430070)

山東某長(zhǎng)石礦石屬高含鐵量長(zhǎng)石礦石，鐵賦存于鐵礦物、云母、黃鐵礦及一些含鐵堿金屬硅酸鹽中。為了從該礦石獲得陶瓷工業(yè)用高品級(jí)鉀長(zhǎng)石原料，對(duì)其開展了除鐵增白選礦試驗(yàn)研究。試驗(yàn)根據(jù)礦石性質(zhì)，采用磨礦—按20 μm脫泥—高梯度磁選脫除磁性鐵—乙黃藥浮選脫除黃鐵礦—十二胺+煤油浮選脫除云母—ZL-1浮選脫除含鐵堿金屬硅酸鹽工藝流程，經(jīng)系統(tǒng)的條件試驗(yàn)，最終獲得了產(chǎn)率為76.24%、Al2O3回收率為80.31%的長(zhǎng)石精礦，其Al2O3含量為16.05%、K2O+Na2O含量為12.50%、Fe2O3含量為0.09%、白度為67.26%，達(dá)到陶瓷行業(yè)用鉀長(zhǎng)石精礦一級(jí)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

高含鐵量長(zhǎng)石礦石 除鐵增白 脫泥 高梯度磁選 浮選

長(zhǎng)石屬典型架狀結(jié)構(gòu)堿金屬鋁硅酸鹽礦物，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐酸性好。在陶瓷工業(yè)中，長(zhǎng)石主要用作坯體配料、釉料。經(jīng)高溫熔融后，長(zhǎng)石可在坯體中形成黏稠的玻璃熔體，并提供陶瓷所需K2O、Na2O，從而促使瓷坯迅速降溫，減少能耗[1]。此外，高溫加工后形成的長(zhǎng)石熔融體飽和分布于各晶體顆粒之間，可以增強(qiáng)坯體致密度，降低孔隙率。含鐵雜質(zhì)的含量直接決定陶瓷用長(zhǎng)石原料的工業(yè)品級(jí)。長(zhǎng)石礦石中的鐵主要賦存在云母、鐵礦物、黃鐵礦、含鐵堿金屬硅酸鹽(如電氣石、角閃石、石榴子石等)中，采用鐵介質(zhì)磨礦過程中也會(huì)帶入部分機(jī)械鐵，這些含鐵雜質(zhì)可通過脫泥、磁選、浮選等技術(shù)手段脫除[2]。此外，應(yīng)用于陶瓷領(lǐng)域的長(zhǎng)石除需保證致色雜質(zhì)鐵、鈦含量較低外，當(dāng)?shù)V石原料中含有較多碳酸鹽類脈石礦物時(shí)，也必須進(jìn)行脫除，以免在陶瓷高溫?zé)Y(jié)過程中，碳酸鹽分解使陶瓷表面產(chǎn)生氣孔，影響制品的質(zhì)量[3-4]。

山東某長(zhǎng)石礦石含鐵礦物含量較高而碳酸鹽礦物含量較低，本試驗(yàn)根據(jù)礦石性質(zhì)進(jìn)行除鐵增白選礦試驗(yàn)研究，目標(biāo)是獲得高品級(jí)的陶瓷工業(yè)用長(zhǎng)石精礦，為該礦石的高附加值利用提供依據(jù)。

1 試樣性質(zhì)

XRD分析和顯微鏡觀察結(jié)果表明，礦石中的目的礦物為微斜長(zhǎng)石、正長(zhǎng)石和鈉長(zhǎng)石，主要雜質(zhì)礦物為石英、云母、赤鐵礦、褐鐵礦、磁鐵礦、黃鐵礦及一些含鐵堿金屬硅酸鹽，此外還有少量碳酸鹽礦物和含鈦礦物。礦樣的化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1。在光學(xué)顯微鏡下采用線測(cè)法[5]測(cè)定礦物含量，結(jié)果見表2。

表1 原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果

表2 原礦礦物含量

從表2可以看出，礦石中的主要雜質(zhì)為含鐵礦物，碳酸鹽礦物和含鈦礦物含量均較低，因此選礦的主要任務(wù)是除鐵。

2 試驗(yàn)流程

針對(duì)礦樣的性質(zhì)，擬采用圖1所示的磨礦—脫泥—高梯度磁選—浮選流程對(duì)其進(jìn)行除鐵增白。試驗(yàn)過程中采用GKF-V型多元素分析儀和YQ-Z-48A型白度儀測(cè)定精礦產(chǎn)物的Fe2O3含量和煅燒白度以確定合適的工藝條件。煅燒白度測(cè)定用樣品的的制備方法為：將待測(cè)精礦產(chǎn)物研細(xì)，用壓片機(jī)壓制出厚約0.4 cm片樣，在SX2-8-16型馬弗爐中于1 220 ℃下恒溫煅燒20 min。

圖1 試驗(yàn)流程

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 磨礦試驗(yàn)

在XMB-70型三輥四筒棒磨機(jī)上進(jìn)行磨礦試驗(yàn)，磨筒容積為2.0 L，以根數(shù)比為16∶12∶10的φ16 mm×146 mm、φ12 mm×146 mm、φ8 mm×146 mm鋼棒為介質(zhì)，每次給礦量為250 g，磨礦濃度為50%。改變磨礦時(shí)間分別為5、6、8、10、12 min，磨礦產(chǎn)品中-0.074 mm粒級(jí)含量的變化如圖2所示。

圖2 磨礦曲線

在顯微鏡下觀察不同時(shí)間磨礦產(chǎn)品中礦物的單體解離情況，初步選取磨礦時(shí)間為8 min，相應(yīng)的磨礦細(xì)度為-0.074 mm占62.75%。

3.2 脫泥粒度的確定

磨礦過程中易產(chǎn)生細(xì)泥，細(xì)泥的存在會(huì)惡化浮選過程并導(dǎo)致藥劑耗量增大，因此需要通過脫泥來消除細(xì)泥對(duì)浮選的不利影響。此外，鐵介質(zhì)磨礦產(chǎn)生的機(jī)械鐵雜質(zhì)也多在細(xì)泥中富集，脫泥可簡(jiǎn)單有效地將其除去。脫泥粒度過細(xì)達(dá)不到脫泥效果，過粗則會(huì)加大長(zhǎng)石的流失，因而脫泥粒度的選擇至關(guān)重要[6]。為確定適宜的脫泥粒度，對(duì)細(xì)度為-0.074 mm占62.75%的磨礦產(chǎn)品進(jìn)行了粒度分析，結(jié)果如表3所示。

表3 磨礦產(chǎn)品粒度分析結(jié)果

從表3可以看出，粒度級(jí)別越小，F(xiàn)e2O3含量越高，特別是粒度級(jí)別小于30 μm時(shí)，F(xiàn)e2O3的富集尤其明顯。但若脫去-30 μm粒級(jí)，產(chǎn)率損失將達(dá)到近20%，且+20 μm粒級(jí)中鐵質(zhì)的脫除通過高梯度磁選、浮選也可以實(shí)現(xiàn)，因而選定脫泥粒度為20 μm。

3.3 高梯度磁選試驗(yàn)

將原礦磨至-0.074 mm占62.75%，采用沉降法按20 μm脫泥后，在磁介質(zhì)為φ3 mm鋼棒的SLon-100周期式脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)上進(jìn)行高梯度磁選，以除去磁性鐵礦物和剩余的機(jī)械鐵雜質(zhì)。試驗(yàn)中固定磁選機(jī)脈動(dòng)沖次為400 r/min、脈動(dòng)沖程為30 mm、給礦濃度為10%，著重考察了磁感應(yīng)強(qiáng)度和礦漿流速對(duì)除鐵效果的影響。

3.3.1 磁感應(yīng)強(qiáng)度試驗(yàn)

暫取礦漿流速為0.9 cm/s，依次調(diào)整磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2 T進(jìn)行高梯度磁選，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 磁感應(yīng)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

圖3表明，磁感應(yīng)強(qiáng)度越高，對(duì)磁性礦物的去除越有利，但當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過1.0 T后， 精礦Fe2O3含量的下降幅度和精礦煅燒白度的提高幅度均十分有限，因而選定磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.0 T。

3.3.2 礦漿流速試驗(yàn)

使磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.0 T，依次調(diào)整礦漿流速為0.8、0.9、1.0、1.1、1.2 cm/s進(jìn)行高梯度磁選，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 礦漿流速試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)圖4，選擇礦漿流速為1.1 cm/s。此時(shí)所得高梯度磁選精礦的產(chǎn)率為85.72%(對(duì)原礦)、Fe2O3含量為0.58%、煅燒白度為40.02%。

3.4 浮選試驗(yàn)

高梯度磁選精礦中尚殘留有非磁性的含鐵礦物黃鐵礦、云母、電氣石、角閃石等，導(dǎo)致其Fe2O3含量仍高達(dá)0.58%，同時(shí)煅燒白度僅為40.02%，故須通過浮選將這些非磁性含鐵礦物除去。其中黃鐵礦可在pH=5～6條件下采用黃藥類捕收劑浮出，云母可在pH=3～4條件下采用胺類陽離子捕收劑浮出，含鐵堿金屬硅酸鹽電氣石、角閃石等可在pH=4～5條件下采用石油磺酸鹽類捕收劑浮出[7-9]。

3.4.1 黃鐵礦浮選試驗(yàn)

由于黃鐵礦極易氧化，且強(qiáng)酸性環(huán)境易破壞其可浮性，因而其浮選優(yōu)先進(jìn)行。所采用的調(diào)整劑為稀鹽酸(濃度10%)，捕收劑為乙黃藥，起泡劑為松醇油。之所以采用稀鹽酸而不采用硫酸作為黃鐵礦浮選的調(diào)整劑，是因?yàn)橄←}酸除調(diào)節(jié)礦漿環(huán)境外，還可溶解礦樣中的少量碳酸鹽礦物。

在稀鹽酸調(diào)pH=5.5、松醇油用量為20 g/t固定條件下，改變乙黃藥用量依次為80、120、160、200、240、280 g/t(藥劑用量均對(duì)原礦計(jì)，下同)進(jìn)行黃鐵礦的浮選，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 黃鐵礦浮選乙黃藥用量試驗(yàn)結(jié)果

由圖5可知，適宜的乙黃藥用量為160 g/t，進(jìn)一步增加乙黃藥用量，對(duì)鐵的脫除和精礦煅燒白度的提升效果微弱。該乙黃藥用量下，精礦的產(chǎn)率為83.07%(對(duì)原礦)，F(xiàn)e2O3含量降為0.44%，煅燒白度提升至48.26%。

3.4.2 云母浮選試驗(yàn)

在酸性礦漿中，胺類捕收劑可較好地實(shí)現(xiàn)云母與長(zhǎng)石的浮選分離。但考慮到胺類捕收劑價(jià)格昂貴，故本試驗(yàn)將十二胺與煤油組成復(fù)配捕收劑進(jìn)行云母的浮選。

3.4.2.1 復(fù)配捕收劑配比試驗(yàn)

用硫酸調(diào)礦漿pH=3.5，固定復(fù)配捕收劑用量為120 g/t，改變復(fù)配捕收劑中十二胺與煤油的質(zhì)量比依次為1∶2、1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1、1∶0進(jìn)行云母的浮選，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖6 云母浮選復(fù)配捕收劑配比試驗(yàn)結(jié)果

由圖6可以看出，十二胺與煤油的質(zhì)量比達(dá)到3∶1時(shí)，已可獲得良好的除云母效果，再繼續(xù)增加十二胺比例，除云母效果基本保持不變，因此確定復(fù)配捕收劑中十二胺與煤油的配比為3∶1。

3.4.2.2 復(fù)配捕收劑用量試驗(yàn)

用硫酸調(diào)礦漿pH=3.5，固定復(fù)配捕收劑中十二胺與煤油的配比為3∶1，改變復(fù)配捕收劑總用量依次為40、60、80、100、120、160 g/t進(jìn)行云母的浮選，試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。

圖7 云母浮選復(fù)配捕收劑用量試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)圖7，選擇復(fù)配捕收劑總用量為80 g/t，即十二胺60 g/t、煤油20 g/t，此時(shí)精礦的產(chǎn)率為77.47%(對(duì)原礦)、Fe2O3含量為0.21%、煅燒白度為57.01%。

3.4.3 含鐵堿金屬硅酸鹽浮選試驗(yàn)

含鐵堿金屬硅酸鹽礦物的浮選采用改性石油磺酸鹽ZL-1作為捕收劑。

用硫酸調(diào)礦漿pH=4，固定松醇油用量為20 g/t進(jìn)行ZL-1用量試驗(yàn)，結(jié)果見圖8。

圖8表明，適宜的ZL-1用量為800 g/t，此時(shí)精礦的產(chǎn)率為76.24%(對(duì)原礦)、Fe2O3降低至0.09%，煅燒白度提高至66.84%。

圖8 含鐵堿金屬硅酸鹽浮選ZL-1用量試驗(yàn)結(jié)果

3.5 磨礦細(xì)度校核試驗(yàn)

將原礦依次磨至-0.074 mm占44.10%、55.73%、62.75%、71.30%、78.36%(相應(yīng)磨礦時(shí)間依次為5、6、8、10、12 min)，分別在上述已確定的脫泥、高梯度磁選和浮選條件下進(jìn)行全流程試驗(yàn)，結(jié)果如圖9所示。

圖9 磨礦細(xì)度校核試驗(yàn)結(jié)果

圖9顯示，隨著磨礦產(chǎn)品粒度變細(xì)，選別效果逐步得到優(yōu)化，但磨礦細(xì)度達(dá)到-0.074 mm 占62.75%時(shí)精礦的Fe2O3含量和煅燒白度已達(dá)到較理想狀態(tài)，再提高磨礦細(xì)度，精礦的Fe2O3含量和煅燒白度變化已不明顯，由此證明先前選取磨礦細(xì)度為-0.074 mm占62.75%是合適的。

3.6 精礦指標(biāo)

通過以上試驗(yàn)，選定的分選條件為：磨礦細(xì)度-0.074 mm占62.75%，脫泥粒度-20 μm，高梯度磁選時(shí)脈動(dòng)沖次400 r/min、脈動(dòng)沖程30 mm、給礦濃度10%、磁感應(yīng)強(qiáng)度1.0 T、礦漿流速1.1 cm/s，黃鐵礦浮選時(shí)稀鹽酸調(diào)pH=5.5、乙黃藥用量160 g/t、松醇油用量20 g/t，云母浮選時(shí)硫酸調(diào)pH=3.5、十二胺+煤油用量60+20 g/t，含鐵堿金屬硅酸鹽浮選時(shí)硫酸調(diào)pH=4、ZL-1用量800 g/t、松醇油用量20 g/t。在此條件下，所得全流程試驗(yàn)結(jié)果如表4所示，精礦的化學(xué)多元素分析結(jié)果見表5。

表4 全流程試驗(yàn)結(jié)果

表5 精礦化學(xué)多元素分析結(jié)果

由表5可知，最終精礦Al2O3含量為16.05%、SiO2含量為70.89%、K2O+Na2O含量為12.50%、Fe2O3含量為0.09%、白度為67.26%，達(dá)到了陶瓷行業(yè)用鉀長(zhǎng)石精礦一級(jí)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[10]。

4 結(jié) 論

(1)針對(duì)山東某高鐵長(zhǎng)石礦石，磨礦后脫去-20 μm細(xì)泥，然后通過高梯度磁選除去磁性鐵礦物和夾雜機(jī)械鐵，再分別采用乙黃藥、十二胺+煤油、改性石油磺酸鹽ZL-1浮選脫除黃鐵礦、云母、含鐵堿金屬硅酸鹽礦物，可達(dá)到較好的除鐵增白效果。

(2)經(jīng)磨礦—脫泥—高梯度磁選—浮選，試驗(yàn)所得長(zhǎng)石精礦的產(chǎn)率為76.24%、Al2O3回收率為80.31%，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到陶瓷行業(yè)用鉀長(zhǎng)石精礦一級(jí)品標(biāo)準(zhǔn)。

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(責(zé)任編輯 孫 放)

Mineral Processing Experiment on Iron Removal and Whitening of Feldspar Ore in Shandong

Zhang Xin1Zhang Lingyan1,2Hong Wei1Liu Xin1

(1.SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering，WuhanUniversityofTechnology，Wuhan430070，China；2.HubeiKeyLaboratoryofMineralResourcesProcessingandEnvironment，Wuhan430070，China)

A feldspar ore in Shandong province belongs to high-Fe feldspar ore，and ferrum mainly exists in form of iron minerals，mica，pyrite，and Fe-bearing alkali metal silicate. Experiments of iron removal and whitening were carried out in order to obtain high grade potassium feldspar as raw material for ceramic industry. Based on the ore property，the experiment was carried out through the process of grinding，desliming at 20 μm，magnetic iron removal by high gradient magnetic separation，pyrite removal by flotation using ethyl xanthate as collector，mice removal by flotation using lauryl amine + kerosene as collector，iron content alkali metal silicate removal by flotation using ZL-1 as collector. Through the experiment，feldspar concentrate with yield of 76.24%，Al2O3recovery of 80.31%，Al2O3，K2O+Na2O，F(xiàn)e2O3，content of 16.05%，12.50%，0.09%，whiteness of 67.26% is achieved respectively，which can reach the first-grade K-feldspar quality standards for ceramic industry.

High-Fe feldspar ore，Iron removal and whitening，Desliming，High gradient magnetic separation，F(xiàn)lotation

2014-06-12

張 鑫(1991—)，女，碩士研究生。

TD973+.5

A

1001-1250(2014)-08-074-05