界牌低品位泥精制生產試驗研究＊

賀陽初

（衡陽界牌瓷業有限責任公司 湖南 衡陽 421000）

1 概述

湖南省界牌陶瓷總廠瓷泥礦大排嶺礦區，坐落在湖南衡陽境內，是我國3大陶瓷原料基地之一，已有200多年的開采歷史，以出產高品位高嶺土——“界牌泥”而聞名，為我國陶瓷產業的發展作出了重要的貢獻。由于前期將原礦開采出售，追求原料優質、高產，資源浪費嚴重，導致優質陶瓷原料日見短缺，而一些低品位、劣質瓷泥無法直接利用。近年來，為了提高該礦精泥質量，合理利用資源，逐步實現原料標準化，我們對本廠界牌大排嶺高嶺土及鄰近礦帶進行了精選科研試驗，并取得半工業化擴大選礦試驗技術指標：精泥產率為47%，精泥含Al2O3約為27%，含Fe2O3＜0.4%。要求生產出的一級泥和三級泥的Al2O3含量分別為：一級泥含Al2O3＞30%，三級泥含Al2O3＞23%，將含Fe2O3降到0.5%以下。

我們公司制定了如下工作目標：

1）立足于陶瓷原料標準化，從原礦開采及加工到化驗分析、配料生產、工藝管理建立科學的管理體系，保證產品質量，為提高我國出口陶瓷的檔次創造有利條件。

2）改造現有廠房，利用已有設備、設施，建設年處理高嶺土原礦3.5萬t，精選產品2萬t的生產規模的高嶺土精泥加工廠。

3）精制高嶺土分別達到一級精泥占20%，三級精泥占80%，一級精泥細度為325目，篩余小于0.5%，含水量為24%，三級精泥細度325目，篩余小于1%，含水量為24%。其產品化學成分如下表1所示。

4）有效地解決低品位高嶺土的應用，使低品位的高嶺土產品達到一級、三級精泥的要求。

表1 精泥化學成分組成（質量%）

2 精制生產試驗

2.1 高嶺土現狀調查

湖南衡陽素有有色金屬之鄉和非金屬之鄉的美譽，其中高嶺土資源又占有十分重要的位置，高嶺土保有儲量在2 000萬t以上，主要分布在衡陽、衡山、耒陽、常寧等地，尤以“界牌泥”而聞名全國。

2.1.1 界牌瓷廠大排嶺高嶺土礦資源現狀

大排嶺高嶺土礦區，因其賦產優質高嶺土而聞名全國，是我國3大陶瓷原料供應基地之一，也是界牌瓷廠下屬礦山企業。

本礦區1982年經湖南省地質勘探417隊勘探提交《湖南省衡陽縣大牌嶺高嶺土礦區最終儲量報告》，經湖南省儲委批準的B＋C＋D級儲量為295.6萬t。到目前為止，本礦區已累計開采200多萬t優質高嶺土（平均Al2O3：21%、Fe2O3：0.41%），目前該優質高嶺土（B＋C級）可采量已不足50萬t，儲量不足，而本礦頂、底板劣質高嶺土卻蘊藏量豐富，但由于品位低（Al2O3為14%～17%、Fe2O3為0.5%～1.2%），無法直接供應廠商，因此尚未得到開發利用，此類高嶺土尚有200余萬t，據統計，該礦區就有250余萬t低品位及污染高嶺土有待開發利用。低品位高嶺土深加工儲量前景廣闊，對此部分進行深加工在資源保護方面意義重大，為充分開發低品位高嶺土的應用技術，提升礦石品質和附加值，對低品位高嶺土在技術上進行深層次的評價，總結一套行之有效的開發利用方案，是本次要完成的任務之一。2.1.2 馬跡－界牌－國慶 高嶺土礦帶概況

衡山－衡陽縣馬跡－界牌－國慶高嶺土礦帶由衡山縣的望峰、東湖、馬跡、溫家坳、坪田秋、大鵝山，衡陽縣的界牌大排嶺、國慶、江柏堰等一系列礦床組成，礦帶長40多km。礦帶內年產高嶺土40余萬t，年產鈉長石礦80余萬t。礦物主要用于日用陶瓷、建筑陶瓷、化工、造紙、橡膠、玻璃等坯料、填料及釉料，用途十分廣泛。

礦帶內的高嶺土礦石品位Al2O3為20.1%～24.33%，SiO2為61.77%～69.24%，礦石品質較好，耐火度高，保有儲量在550萬t左右，另外尚有可通過精深加工，開發利用的低品位高嶺土1 000萬t以上。

2.1.3 常寧、耒陽高嶺土礦現狀

常寧、耒陽高嶺土礦分布廣泛，含鋁量高，Al2O3含量在30%左右，砂性重，以片狀結構為主，主要用于涂布級造紙原料。

2.1.4 高嶺土區域調查

對衡山－衡陽縣東湖－馬跡－界牌－國慶礦帶內高嶺土資源的礦業分布進行了一次較為全面的調查。對礦帶內高嶺土取樣，通過物理、化學分析，建立區域高嶺土技術數據庫，用于指導高嶺土精加工配方。

通過近2個月的時間，走訪了衡山－衡陽縣馬跡－界牌－國慶高嶺土礦帶大小礦點60余座，在36座年產5 000t以上礦山取樣220余個，有效綜合樣品89個，并通過對樣品歸納、分類、化驗、分析，建成樣品展示柜，取得了大量、詳實的重要資料，用于指導生產實踐。通過調查我們發現：在衡山－衡陽縣東湖－馬跡－界牌－國慶礦帶內，衡陽地區以產高嶺土為主，且絕大部分礦山產高嶺土，以大排嶺礦儲量最大，質量最優；衡山地區礦產以產鈉長石為主，高嶺土為輔。高嶺土礦取樣情況見表2。

表2 高嶺土礦取樣記錄

表3 水洗高嶺土原礦工業化試驗數據

2.2 實驗結果成分分析

通過對礦帶內高嶺土可進行分析，高嶺土原礦中主要成分Al2O3的含量為14.58%～34.10%，平均含量為22.24%。本礦帶內優質高嶺土儲存在衡山縣嶺坡分鹽礦點、馬跡獅山礦（儲量不大）、大排嶺礦區（儲量較大），均為白色塊狀，含鐵量低，可塑性較好，水洗率高，燒成白度為87～93，耐火度大于1 350℃，燒失在8%以上，是優質的陶瓷釉料、坯料及化工原料；Fe2O3的含量為0.06%～11.34%，剔除最高含量11.34%，平均含量為0.62%，主要以針鐵礦（又稱赤褐鐵礦）、硅酸鐵形式存在，本區大部分高嶺土含鐵量較高，影響了礦石的品質，且大部分為弱磁性礦物鐵或非磁性鐵，較難用常規除鐵法除去，水洗后除鐵效果不佳；Na2O＋K2O的含量在0.09%～7.40%，平均含量為1.37%；SiO2含量在50.23%～74.30%，平均含量為61.98%，大部分以石英顆粒狀存在于礦物中，導致礦物出礦率低，出礦率為20%～50%，影響了出礦率的提高。

通過對本礦區鈉長石礦的分析，鈉長石礦中主要成分Na2O的含量為4.00%～11.20% 以馬跡先鋒瓷鈉礦品位最好，馬跡獅山冠億鈉長石礦儲量最大。鈉長石礦大部分以較高硬度的白色－淺黃色塊狀為主，少部分以淺灰－淺白－淺黃色粉狀或顆粒形態存在，耐火度在900～1 200℃，是較好的化工填料及建筑材料、原料。所采樣品物理化學參數測定匯總見表3。

通過對本礦區高嶺土及鈉長石礦調查發現有如下特點：①大型礦點少，以小型礦居多；②探明儲量的礦點不多，邊采邊探的礦點較多；③礦點分布零散，如果進行統一規劃，規范開采，未來開發的潛力較大；④高嶺土礦底板鈉長石發育普遍，鈉長石儲量前景較好。

3 工業生產試驗情況

3.1 高嶺土礦技術參數測試

通過對各礦點高嶺土的調查及工業試驗得出的技術參數見表4。

表4 水洗高嶺土配方所用原礦外觀狀況表

從表4我們可以看出，礦體主要由高嶺土、云母、石英組成，各礦點的高嶺土外觀品質差別較大，以白色塊狀的高嶺土白度最高，原礦的最高白度為93，而大排嶺的黑筋泥白度最差，僅為58。絕大部分高嶺土耐火度高于1 400℃。

通過對各礦點高嶺土的外觀狀態、煅燒狀況及資源儲量情況，我們有針對性地對入選礦點的高嶺土進行了 分析化驗，其結果見表5

表5 入選高嶺土原礦化驗結果（質量%）

從表5中我們可以看出，入選的原礦主要礦物成分平均品位：Al2O3為20.51%，Fe2O3為0.52%，SiO2為70.54%。

通過對原礦的化驗比對，對所化驗原礦進行重新取樣，每種樣品取原礦4t，在淘洗泥加工廠進行了工業化試驗，得到水洗高嶺土原礦工業化試驗技術參數∶Al2O3（有益成分）為31.16%，較原礦的20.51%提高51.92%；Fe2O3（有害成分）為0.59%較原礦的0.52%提高15.38%；水洗率為42.56%，平均白度為76.66，詳細數據見表6。

表6 水洗高嶺土產品工業化試驗數據（質量%）

續表6

3.2 配方設計

1）配方設計原則。立足于界牌大排嶺礦點，采用多礦點供應，整合各種低品位高嶺土資源，保證淘洗泥加工廠的正常生產的資源供應。

2）精泥品級要求。要求水洗泥必須有較高的白度、耐火度，滿足高檔瓷生產要求。水洗泥標準參數見表7。

表7 水洗泥標準參數

3）根據礦點調查狀況，測試出礦料的實際品位。

4）本著對整合資源，充分利用大牌嶺低品位高嶺土礦產資源的原則（大排嶺低品位高嶺土年利用在19 000t以上），使高嶺土精泥加工廠有長期穩定礦源，使其年產精泥達2萬t。

表8 高檔精泥配方

5）水洗出來的精泥必須有較高的可塑性和干燥強度，并且滿足陶瓷注漿成形的要求。

6）根據不同用戶對不同檔次產品的不同要求，我們設計了3個檔次，8個級別的配方，每批次只生產一個檔次的品種，減少工藝流程的復雜性。通過生產試驗，取得了高檔一級精泥配方3個，中檔二級精泥配方3個，三級泥配方2個，具體配方情況見表8、表9、表10。

表9 中檔精泥配方

表10 低檔精泥配方

3.3 水洗泥工藝技術

水洗高嶺土工藝流程如圖1所示，大工業化生產水洗高嶺土產品質量見表11。3.4 存在的問題

1）尾礦可再利用，但暫時還未找到合理可行且經濟技術合算的利用方法。

2）通過我們反復改進生產工藝流程，從刮板機刮出來的尾砂中還存在的－50μ的高嶺土從15%減少到10%左右，但仍造成了部分高嶺土的浪費。

3）原礦中大塊、硬塊高嶺土雖經破碎與輥壓，但是因為礦料中石英顆粒含量高，造成搗漿機葉消耗大，平均每搗漿200t原礦就需換葉片一次，消耗成本300元，相當于每噸精泥多消耗3～4元。

4）因衡山－衡陽的東湖－馬跡－界牌－國慶礦帶的原礦一般Fe2O3、Ti2O含量比較高，為了要提高產出品的品位，加工中除鐵、鈦是一道關鍵工序。Fe2O3為礦物態弱磁性鐵，高效除鐵器對其除鐵效果難以令人滿意，目前還沒有找到經濟、合理、行之有效的除鐵、鈦方法。因而，含鐵、鈦較多的原礦還無法經過水洗的方法使其品位提高到更高的檔次，以充分利用資源，這將是下一步需要 解決的重點。

圖1 水洗高嶺土工藝流程圖

表11 大工業化生產水洗泥產品質量狀況表

通過生產試驗，得到一級精泥配方3個，中、低擋產品方案5個，其主要技術指標（平均值）見表12。

表12 配方主要技術指標（平均值）

4 結語

在充分發揮大排嶺高嶺土礦儲量大，質量穩定的特點和衡山－衡陽東湖－馬跡－界牌－國慶礦帶高嶺土資源各具特性的特點，通過對原料的多樣化配方，得到3種檔次原料和8個品種的精制高嶺土。其中一級精泥平均Al2O3含量為30.68%，Fe2O3含量為0.21%，二級精泥平均Al2O3含量為30.48%，Fe2O3含量為0.51%，其品質優于半工業化試驗及擴大選礦試驗產品的三級精泥指標，且產品產出率為41%以上，其指標遠高于本次任務要求的一級精泥占20%的指標要求，產品燒成白度達77以上，完全能滿足日用陶瓷生產要求。

通過資源整合與生產試驗，上述試驗方案完全可適用于淘洗泥廠的工藝條件，滿足了年產2萬t精泥的生產要求，并可大力推廣應用。