陳翊應(yīng)

(龍巖高嶺土股份有限公司，福建 龍巖 364000)

福建龍巖高嶺土屬花崗巖風(fēng)化殘積型礦床[1]，是我國20世紀(jì)80年代探明的特大型優(yōu)質(zhì)高嶺土礦床[2]。高嶺土選礦主要工藝流程為“搗漿—除沙—選礦”，選礦一般選用150旋流器，其中旋流器上部排出的為高嶺土精礦，底部排沙嘴排的細(xì)砂稱為尾砂。

龍巖高嶺土股份有限公司選礦廠前期尾砂產(chǎn)品含鐵量低(＜0.3%)，白度高，主要被低檔瓷磚廠使用。隨著礦山服役年限的增加，原礦品質(zhì)下降，目前尾砂產(chǎn)品含鐵量高(＞0.5%)，燒制產(chǎn)品黑點(diǎn)多，燒成白度低(＜70)，無法直接用于陶瓷生產(chǎn)。目前一年的尾砂產(chǎn)量約為1萬t，對尾砂的利用主要是作為尾礦堆砌，對周邊環(huán)境等造成重大影響，處理尾砂每年需要花費(fèi)大量費(fèi)用。本研究對尾砂進(jìn)行了選礦提純研究，開發(fā)滿足陶瓷磚使用要求的產(chǎn)品，為該高嶺土尾砂的綜合利用提供一個(gè)有效路徑。

1 尾砂礦物組成和化學(xué)成分

1.1 尾砂礦物組成

對尾砂進(jìn)行了X-射線衍射分析(圖1)，并通過半定量分析計(jì)算，主要由高嶺石(約30%)、白云母(約32%)、石英(約36%)等礦物組成。不規(guī)則片層狀、疊層狀礦物以云母為主，部分為管狀高嶺土(圖2)。這些礦物都是陶瓷生產(chǎn)過程中可以利用的原料。

圖1 尾砂XRD圖譜

圖2 尾砂SEM圖

鐵的存在形式主要有兩種：一種是以鐵類質(zhì)同像存在于云母中，另一種是在云母片夾雜有微細(xì)粒鐵礦物和金紅石。云母在風(fēng)化過程中，鐵從云母中析出形成的鐵礦物質(zhì)[3]。

1.2 尾砂化學(xué)組成

尾砂化學(xué)成分：Al2O324.5%、Fe2O30.58%，K2O 3.83%、Na2O 0.38%、MgO 0.07%、CaO 0.01%、TiO20.01%、SiO260.52%，燒失量10.1%。該尾砂鐵、鉀、鈉含量較高，1 280℃片狀燒成白度63.2。

1.3 尾砂粒度分析

尾砂中+0.045mm的顆粒占比達(dá)到80%，-0.045mm的顆粒占比達(dá)到20%。工業(yè)生產(chǎn)中成品瓷泥中高嶺石顆粒分布在-0.045mm的區(qū)間范圍，因此尾砂中-0.045mm的顆?？梢曰厥赵倮?表1)。

表1 篩選分級試驗(yàn)結(jié)果

2 試驗(yàn)方案

本研究采用“球磨—選礦—磁選”工藝。首先采用球磨機(jī)對尾砂進(jìn)行濕法球磨；再利用150旋流器(進(jìn)漿壓力0.15MPa，排沙嘴直徑18mm)對球磨后漿料進(jìn)行選礦分級，分離細(xì)顆粒；最后將提取的目標(biāo)產(chǎn)品進(jìn)行磁選除鐵除雜，磁選背景場強(qiáng)達(dá)到1.3T，能夠有效祛除礦物中帶磁性的含鐵物質(zhì)(圖3)。

圖3 試驗(yàn)流程圖

3 結(jié)果與討論

3.1 球磨細(xì)化

尾砂中高嶺石顆粒占比達(dá)到30%左右，更多的高嶺石還是以較大顆粒的形式存在，對底流進(jìn)行球磨細(xì)化，可以提高其細(xì)顆粒高嶺石的比例，提高有效礦物回收率。

隨著球磨時(shí)間的增加，尾砂中細(xì)顆粒比例逐步提高，但是球磨時(shí)間不能過長，會(huì)把云母、石英磨細(xì)，增加礦物的雜質(zhì)，降低礦物的品質(zhì)(表2)；同時(shí)造成過多的球磨消耗，不經(jīng)濟(jì)。隨著球磨時(shí)間的增加，云母和石英逐步增加，導(dǎo)致高嶺石比例降低。球磨3h的-325目產(chǎn)品氧化鋁含量最高，燒成白度高，含鐵量低；球磨4h、5h的-325目產(chǎn)品雖然氧化鋁含量降低，但含鐵量、燒成白度沒有太大波動(dòng)。

表2 不同球磨時(shí)間的-325目產(chǎn)品理化指標(biāo)

隨著球磨時(shí)間增加，＜0.045m顆粒含量也增加(表2)，球磨4h＜0.045m顆粒含量為28%，球磨5h＜0.045m顆粒為36%，球磨6h＜0.045m顆粒為39%，從5h增加到6h細(xì)顆粒才增加3%，說明球磨機(jī)此時(shí)已經(jīng)進(jìn)入了低效率階段。因此球磨時(shí)間的增加，＜0.045mm的含量提高幅度逐步降低，5h球磨時(shí)間是比較經(jīng)濟(jì)合理。本試驗(yàn)的最佳球磨時(shí)間是5h。

3.2 分級選礦

本次尾砂選礦提純工藝與高嶺土相似，球磨尾砂的搗漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%，分散劑六偏磷酸鈉用量為1～2kg/t，搗漿10min，螺旋分級機(jī)除砂，除砂后采用150水利旋流器進(jìn)行提純。

150水力旋流器，沉砂口直徑為18mm，進(jìn)漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，進(jìn)料壓力控制在0.1MPa、0.15MPa、0.2MPa，分級試驗(yàn)結(jié)果見表3。進(jìn)漿壓力0.15MPa時(shí)提純效果和效率最好，Al2O3含量由25.78%提高到31.34%，產(chǎn)率適中，高嶺石富集明顯；SiO2、K2O含量相對減少。

表3 水力旋流器試驗(yàn)結(jié)果 (單位：%)

3.3 電磁除鐵

尾砂經(jīng)過球磨細(xì)化，選礦提雜，中間產(chǎn)品鐵含量高，塊狀燒白黑點(diǎn)多，影響后期在瓷泥產(chǎn)品中使用。因此采用電磁除鐵機(jī)對尾砂中間產(chǎn)品進(jìn)行除鐵除雜。試驗(yàn)以六偏磷酸鈉為分散劑，具體磁選條件如表4。隨著進(jìn)漿濃度的增加，磁選精礦的鐵含量減少的幅度表現(xiàn)出降低的趨勢，1 280℃燒成白度也出現(xiàn)降低的趨勢。隨著分散劑用量增加，磁選精礦的含鐵量和燒成白度都比同條件的效果要好。當(dāng)分散劑為0.2%，進(jìn)漿濃度為18%時(shí)，獲得了最佳的磁選精礦條件，其1 280℃燒成白度為79.23，F(xiàn)e2O3含量為0.21%。

表4 不同條件磁選樣品理化指標(biāo)

4 結(jié)論

(1)龍巖高嶺土的尾砂主要礦物為高嶺石、石英、云母等礦物，由于Fe2O3含量高，燒成白度低，需經(jīng)過再提純后才能利用。

(2)球磨需考慮產(chǎn)品回收率及生產(chǎn)成本兩方面因素，確定最佳球磨時(shí)間為5h，中間產(chǎn)品的-325目達(dá)到36%。

(3)通過不同分散劑、礦漿濃度的試驗(yàn)，確定當(dāng)進(jìn)漿濃度為18%，1 280℃燒成白度為79.23，F(xiàn)e2O3含量為0.21%。降低進(jìn)漿流速可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量，但是會(huì)提高生產(chǎn)成本。通過添加六偏磷酸鈉可以較好分散漿料，提高效率，但是過量添加會(huì)造成成本的增加，也會(huì)影響下游廠家的使用。因此，生產(chǎn)中磁選提純應(yīng)綜合考慮各方面的因素，以保證最終效益的最大化。

(4)最終產(chǎn)品指標(biāo)可達(dá)到龍巖高嶺土股份有限公司325B級產(chǎn)品合格品質(zhì)量要求，可用于中高端日用陶瓷生產(chǎn)。