江西某金矿伴生伊利石选矿试验研究①

2022-01-06 12:18李可文张彦起苏晓堂
矿冶工程 2021年6期
关键词:磁选粒级旋流器

李可文,张彦起,苏晓堂,周 力,王 琪,宋 涛

(1.广东省循环经济和资源综合利用协会,广东 广州510095;2.中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室,北京102249;3.天津市规划和自然资源局,天津300042)

伊利石是一种层状钾硅酸盐云母类黏土矿物,又称水白云母,是水云母族中矿物之一。伊利石理想的化学组成为K0.75(Al1.75R)[Si3.5Al0.5O10](OH)2,其中R为Fe2+或Mg2+等金属阳离子,少部分羟基位于表面,大部分位于单独片层结构边缘[1]。伊利石呈白色鳞片状,玻璃光泽,集合体为土状光泽,硬度1~1.5,密度2.6~2.9 g/cm3,可用于制作钾肥、高级涂料及填料、陶瓷配件、高级化妆品、土壤调整剂、家禽饲料添加剂、高层建筑的骨架配料和水泥配料、核工业的污染净化和环境保护,特别是在造纸、化妆品、陶瓷三大行业中,有着极大的应用价值[2-3]。

我国伊利石资源丰富、分布广[4],但因其成分复杂,无法通过单一物理选矿工艺提高其纯度,限制了该矿石的进一步综合开发与应用。针对这类成分复杂、品位偏低的伴生矿物,多采用浮选、化学漂白等方法进行处理,不仅成本较高,且往往会对环境造成污染[4-5]。对于原矿铁含量低于5%的伊利石原矿,擦洗分散⁃离心分离工艺、超细粉碎⁃磁选⁃分级联合工艺等湿式选矿方法能显著提高其分选效率[6]。目前对于铁含量高于5%的伊利石原矿,工艺处理方法鲜有报道。探索该类伊利石原矿分选提纯、形成高品质工业产品的工艺方法,对开发这类矿山具有重要参考意义。

本文以江西某金矿伴生伊利石矿为研究对象,采用X射线衍射、扫描电子显微镜等现代微区分析测试技术,对伊利石化学组成、矿物组成、赋存状态、有用矿物嵌布粒度等工艺矿物学进行了详细研究,在对比分析多种分选工艺的基础上,提出高杂质含量的伴生型伊利石矿富集工艺流程,不仅可为该地区伊利石资源开发利用提供矿物学依据,也对促进我国伊利石黏土矿物资源综合利用具有重要意义。

1 原矿性质

原矿取自江西某金矿共伴生伊利石矿区,选取具有代表性矿样进行矿物组成、化学元素、赋存状态、粒度分析以及矿物形貌分析等原矿基本物化性能检测。采用X射线荧光分析仪分析试样化学成分,采用X射线衍射分析仪分析伊利石矿物组成,采用扫描电子显微镜分析仪观察矿物形貌。

矿样化学成分分析结果见表1,矿物组成见表2。该矿样中硅、铁含量较高,铝含量较低,其他杂质组分含量较低,属于典型低铝高硅铁黏土矿。主要矿物组成为石英、伊利石、高岭石和多硅白云母。

表1 矿样化学多元素分析结果(质量分数)/%

表2 矿样主要矿物组成(质量分数)/%

矿样粒度筛析水析试验结果见表3。通过分级,随着粒度变细,黏土矿物伊利石、高岭石含量略有增加,石英含量降低25%,多硅白云母无明显变化;石英主要富集在粗粒级矿石中,但-2 μm粒级中石英含量仍高达36%;伊利石、高岭石、多硅白云母等黏土矿物主要富集在细粒级矿石中。

表3 原矿各粒级矿物组成及含量

原矿分级后各粒级化学成分分析结果见表4。由表4可知,矿样主要由细粒级矿物组成,以-20+10 μm粒级为主。随着粒度变细,SiO2含量逐渐减少,Al2O3含量逐渐增加,但由于原矿铝含量偏低,增加幅度不大,且矿样中杂质Fe2O3在细粒级中有富集的趋势,其余元素在各粒级中含量也有细微变化。

表4 原矿分级后各粒级化学成分分析结果

2 试验研究

2.1 试验方案

针对该原矿矿物特征,选矿需排除的组分主要为SiO2、Fe2O3等。通过简单静态沉降分级无法得到伊利石精细产品,采用多工艺组合的方式对该矿样进行提纯处理,试验流程如图1所示。

图1 试验流程

2.2 结果与讨论

2.2.1 螺旋分级机除砂试验

分级是矿物加工的重要准备过程。对原矿石进行捣浆,捣浆时间15 min,捣浆质量分数20%~25%,分散剂六偏磷酸钠用量0.5%、氢氧化钠用量0.3%,采用螺旋分级机进行除砂,结果见表5。由表5可知,原矿经捣浆、螺旋分级除砂可获得产率86.93%、SiO2含量71.48%、Al2O3含量17.57%、Fe2O3含量2.25%的溢流产品。

表5 螺旋分级机除砂试验结果

2.2.2 水力旋流器提纯试验

对螺旋分级除砂的溢流产品进行水力旋流器提纯,试验条件为:给矿浓度15%~20%,多级旋流器分为Ф75 mm、Φ50 mm、Φ25 mm、Φ10 mm共4段,Ф75 mm段进浆压 力0.30~0.35 MPa,Ф50 mm段进浆压 力0.35~0.40 MPa,Ф25 mm段进浆压力0.40~0.45 MPa,Ф10 mm段进浆压力0.45~0.65 MPa,结果见表6。由表6可知,经旋流器两段或三段分级,溢流精矿产率偏低,溢流、底流产物中Al2O3含量逐次提升,Fe2O3呈富集趋势,Φ10 mm旋流器底流产品产率渐次增加,表明伊利石矿物纯度低,旋流器组合流程较长,底流增多,分离难度大。此外,Φ10 mm旋流器获得溢流产品产率最优为27.94%,产物中SiO2含量65.72%、Al2O3含量25.06%、Fe2O3含量3.04%。可选用合适的旋流器组合来获得用于涂料、橡胶填料的产品。

表6 水力旋流器提纯试验结果

2.2.3 离心机提纯试验

为考察分离因数(转数)对溢流产品提纯效果的影响,对75/50/10三段旋流器提纯试验中Ф10 mm水力旋流器的溢流产品进行离心机提纯试验,结果见表7。由表7可知,随着离心机转数增加,溢流产品中-2 μm粒度含量、Fe2O3含量及Al2O3含量均呈现出先升高、后趋缓的变化趋势,表明溢流产品中伊利石等黏土矿物含量基本保持稳定。当转速达到3 500 r/min时,溢流产品中-2 μm粒度伊利石富集,含量达到89%以上,基本满足造纸涂料的要求。

表7 离心机提纯试验结果

2.2.4 磁选提纯试验

原矿中铁含量较高,影响产品白度及技术性能,限制了产品应用。以Ф75 mm、Ф50 mm、Ф25 mm、Ф10 mm旋流器溢流和底流、原料超细磨后-10 μm粒级物料、卧式离心机溢流和底流为原料,采用超导高梯度磁选机(1 cm/s,10%~15%,5.5 T)、电磁高梯度磁选机(1 cm/s,10%~15%,1.8 T)进行磁选提纯,用磁选产率和Al2O3、Fe2O3含量综合评价磁选效果,结果见表8。对比超导高梯度磁选和电磁高梯度磁选的除铁效果,电磁高梯度磁选要略优于超导高梯度磁选,但精矿产率远低于超导高梯度磁选;离心机提纯后的原料经超导高梯度磁选后,精矿、尾矿中Al2O3含量均可提高至28%以上;磁选尾矿中Fe2O3含量高于磁选精矿中的含量,表明磁选除掉了含Fe的伊利石黏土矿物,可将伊利石等黏土矿物除铁富集;对于相同原料而言,超导磁选后产品尾矿中Al2O3含量高于电磁磁选后产品尾矿中Al2O3含量,表明超导磁选机在富集伊利石黏土矿物方面具有一定优势。

2.2.5 漂白试验

伊利石的白度是决定伊利石用途和经济价值的重要指标之一[7],影响伊利石白度的主要因素是伊利石中氧化铁、碳及其他微量有色金属的含量。伊利石漂白工艺有亚硫酸氢钠⁃锌粉漂白、保险粉漂白和煅烧等[8]。以-5 μm粒级原矿、-10+5 μm粒级原矿、-10 μm粒级原矿超导磁选后精矿、离心机溢流超导磁选后精矿为原料,采用保险粉漂白工艺,漂白时间30 min,不同保险粉用量条件下的漂白结果见表9。由表9可知,保险粉漂白可以提高产品白度。保险粉用量5‰时,-10 μm粒级原矿经超导磁选后再漂白产品白度达80.7%。

2.3 应用前景分析

针对该金矿伴生伊利石矿的物化性能分析和工艺试验结果,推荐的组合工艺为:原矿经螺旋分级除砂、旋流器提纯后,溢流和底流产品分别经超导磁选,磁选精矿、尾矿经过漂白后,得到的伊利石产品Al2O3含量提高至28%以上,白度80%左右,可作为填料产品,洗选精矿可作为陶瓷产品原料。该工艺能够最大程度发挥该矿的使用价值,工艺简单,可供加工企业参考。推荐流程见图2。

图2 推荐加工工艺流程

3 结 语

1)原矿属伊利石、高岭石共生的黏土矿物和石英矿物伴生在一起的砂型伊利石矿,原矿矿物组成以石英、伊利石、高岭石和多硅白云母为主。该矿伊利石和石英均呈不规则分布,石英包裹在伊利石黏土矿物中,造成伊利石矿分离困难,铁含量高且不易除去,对精矿产率影响较大。

2)对比分析多种工艺试验结果发现,采用旋流器提纯、离心机提纯工艺,产品产率和Al2O3较低,通过保险粉漂白后,产品白度虽有所提升,但产品白度不到80%且药剂用量较大。经过湿法分级提纯、磁选、漂白等多工艺组合,并优化分选条件后提纯得到的伊利石粒径2~5 μm,白度80.7%,Al2O3含量由2.03%提高至28.81%。该矿石进一步通过超细磨、干粉分级等工艺还可生产出满足陶瓷原料、橡塑填料等要求的产品,实现伊利石黏土矿物的合理开发利用,具有良好的前景,可为开发类似矿物提供良好的工艺选择和借鉴。

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