河南某長石礦選礦試驗研究①

劉 旭，繆亞兵，彭澤友，周瑜林

（長沙礦冶研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012）

長石是一種含鈣、鉀、鈉的鋁硅酸鹽礦物，礦物種類多樣，如鈉長石、鈣長石、鋇長石、鋇冰長石、微斜長石、正長石等［1］。長石具有熔點低、熔融溫度范圍大、熔融間隔時間長、熔液黏度高、化學穩定性高等特點，被廣泛應用于玻璃、陶瓷、研磨材料和電瓷等領域［2］。

我國長石資源豐富，但富礦資源少，可被直接開采利用的優質鉀長石資源并不多，絕大部分需通過富集才能達到工業應用的標準［3－4］。長石礦物常與其他雜質礦物共生，特別是其中的鐵、鈦等少量雜質元素，影響長石精礦的品質和應用。目前的長石除雜方法集中于磁選、浮選、酸浸工藝及其聯合流程［5］。因此根據雜質礦物的賦存狀態，選擇合理的除雜工藝成為長石選礦提純的主要研究方向。

河南某長石礦礦物組成復雜，主要脈石礦物為石英、主要有害元素鐵含量高，含鐵礦物種類繁多，單一的磁選或浮選工藝難以實現長石礦物的有效回收。本文以該長石礦為研究對象進行了選礦試驗研究，以實現長石礦資源化利用為目的，為同類型長石礦的高效利用提供借鑒。

1 礦石性質

河南某長石礦礦塊肉眼下多顯淺肉紅色，部分為灰白色，通常夾雜數量不等、顏色較深的灰黑色團塊，質地較為致密堅硬，具塊狀或斑雜狀構造。經鏡下鑒定、X射線衍射分析、掃描電鏡分析和MLA測定綜合研究查明，礦石主要組成礦物為鉀長石和石英，次為鈉長石、白云母、黑云母、鐵白云石、菱鐵礦和螢石等。礦石化學多元素分析結果見表1，礦石中鐵化學物相分析結果見表2。

表1 礦石化學多元素分析結果（質量分數）／%

表2 礦石中鐵化學物相分析結果

從表1和表2可以看出，礦石中主要有用組分為K2O，次為Na2O，二者合計含量為10.04%。影響鉀長石精礦品位的主要脈石礦物為石英，對鉀長石精礦質量影響較大的有害元素鐵含量達1.79%。礦石中含鐵礦物種類繁多，它們分屬于鐵的氧化物、碳酸鹽、硫化物和硅酸鹽，如黃鐵礦屬于無磁性礦物，采用單一的磁選作業難以有效脫除，因此在進行鉀長石提純過程中有必要添加一道浮選作業脫除這一類含鐵礦物，從而提高鉀長石品質。

2 結果與討論

2.1 磨礦細度條件試驗

將礦樣破碎至－3 mm后，采用XMB－67Φ200 mm×240 mm棒磨機進行磨礦，磨礦濃度50%。對不同磨礦細度的礦樣進行強磁選試驗，磁選設備為間歇式濕式強磁選機，控制磁場強度為1.5 T，試驗流程見圖1，結果見表3，對不同磨礦細度條件下的鉀長石解離度進行分析，結果見表4。

圖1 磨礦細度條件試驗流程

表3 不同磨礦細度的強磁選試驗結果

表4 不同磨礦細度下鉀長石解離度

從表3可以看出，在試驗磨礦細度范圍內，磨礦細度越細，非磁性物含鐵品位越高，因此磨礦細度不宜過細。從表4可以看出，磨礦細度越細越有利于實現長石和石英的單體解離。綜合考慮，選擇磨礦細度－0.075 mm粒級占53.40%進行后續試驗，此時鉀長石單體解離度達到94.55%。

2.2 磁選除鐵試驗

磨礦細度－0.075 mm粒級占53.40%，采用強磁選機3次磁選除鐵的試驗流程，強磁選機分別選用ZH－560平環強磁選機、SLon立環脈動高梯度強磁機，磁感應強度均為1.5 T，進行了不同磁選設備的磁選除鐵試驗對比，試驗流程見圖2，結果見表5。

圖2 磁選除鐵試驗流程

從表5可以看出，采用立環強磁選機3次強磁選后，非磁性物中鐵含量仍高達0.60%，而平環強磁選機3次強磁選后，非磁性物產率77.12%，鐵含量降至0.26%，除鐵效率遠高于立環強磁選機。綜合考慮，選用平環強磁機進行強磁除鐵。

表5 磁選除鐵試驗結果

為考察強磁選后非磁性物中鐵的分布情況，對平環強磁選后非磁性物進行了粒度篩析，結果見表6。

表6 非磁性物粒度篩析結果

從表6可以看出，非磁性物中細粒級礦物含鐵量明顯高于粗粒級，可見對原礦樣增加脫泥工序，有助于降低非磁性物中的含鐵量，從而起到除鐵降雜的效果。

2.3 脫泥粒度條件試驗

長石礦中的原生礦泥和采礦、破碎、磨礦環節產生的次生礦泥會嚴重影響選礦效果，因此在選別前需預先去除［6］。在磨礦細度－0.075 mm粒級占53.40%基礎上，對礦樣進行了預先篩分脫泥，篩上進行兩次強磁選，場強均為1.5 T，改變脫泥粒度，試驗流程見圖3，結果見表7。

圖3 細篩脫泥強磁選試驗流程

表7 細篩脫泥強磁選試驗結果

從表7可以看出，細篩脫泥強磁選后非磁性物中含鐵量均降到了0.19%以下，效果顯著。為保證鉀長石精礦回收率，選用脫泥粒度25μm。

2.4 長石與石英的浮選分離

石英與長石浮選分離經歷了3個階段：氫氟酸法、無氟有酸法和無氟無酸法，氫氟酸法對分離長石和石英效果顯著，但由于引入了有毒物質氫氟酸，對環境造成危害；無氟無酸法雖然符合環保要求，但浮選條件難以控制，目前尚無法大規模應用［7－9］。綜合考慮環保及實際應用情況，本文采用無氟有酸法進行長石和石英浮選分離。

試驗在磨礦細度－0.075 mm粒級占53.40%基礎上進行，細篩脫除－25μm礦泥，再進行兩次強磁選，磁選強度均為1.5 T，獲得的非磁性物即為浮選給礦。浮選流程為反浮選除鐵后正浮選選長石，采用硫酸為礦漿pH值調整劑、石油磺酸鈉和十二胺為長石捕收劑，試驗流程見圖4。

圖4 浮選流程

2.4.1 反浮選除鐵硫酸用量條件試驗

在石油磺酸鈉用量1 200 g／t、十二胺用量300 g／t、正浮選階段硫酸用量500 g／t條件下，進行了反浮選硫酸用量條件試驗，結果見表8。

表8 反浮選除鐵硫酸用量條件試驗結果

從表8可以看出，隨著硫酸用量增加，長石產品K2O品位逐漸升高，回收率逐漸降低，石英與長石分離效率逐漸增大，表明降低pH值有利于兩者浮選分離。當硫酸用量為1 000 g／t時，長石產品K2O品位達到了11.27%，因此反浮選硫酸用量1 000 g／t為宜。

2.4.2 石油磺酸鈉用量條件試驗

在反浮選硫酸用量1 000 g／t、正浮選硫酸用量500 g／t、十二胺用量250 g／t條件下，進行了石油磺酸鈉用量條件試驗，結果見表9。

表9 石油磺酸鈉用量條件試驗結果

從表9可見，隨著石油磺酸鈉用量增加，長石產品產率逐漸升高，K2O品位略微降低，當石油磺酸鈉用量達到1 000 g／t后，隨著石油磺酸鈉用量增加，長石產品產率和回收率增幅不明顯。綜合考慮，選擇石油磺酸鈉用量為1 000 g／t。

2.4.3 十二胺用量條件試驗

反浮選硫酸用量1 000 g／t、正浮選硫酸用量500 g／t、石油磺酸鈉用量1 000 g／t條件下，十二胺用量條件試驗結果見表10。

表10 十二胺用量條件試驗結果

從表10可見，隨著十二胺用量增加，長石產品產率逐漸增大，K2O品位逐漸降低，當十二胺用量達到300 g／t時，長石產品產率69.88%、K2O含量11.22%。繼續增大十二胺用量對精礦回收率提升不明顯，因此選擇十二胺用量300 g／t。

2.5 推薦工藝流程及指標

根據條件試驗結果確定了最佳選礦工藝流程。由于磁選后獲得的非磁性產品濃度較低，不利于后續浮選，因此在浮選之前增加了一道濃縮脫泥作業，推薦工藝流程見圖5，試驗指標見表11，產品化學多元素分析結果見表12。

表11 推薦工藝流程試驗結果

表12 產品化學多元素分析結果（質量分數）／%

圖5 推薦工藝流程

從表11～12可以看出，采用“磨礦-脫泥-強磁選-脫泥-反浮選除鐵-正浮選長石”工藝流程，可以獲得長石精礦產率49.98%、K2O品位11.12%、回收率69.41%的選別指標，鐵含量0.20%，長石精礦產品質量達到了日用陶瓷二級品的要求。同時獲得了產率12.75%、SiO2品位96.54%的石英精礦。

3 結 論

1）河南某長石礦物中主要目的礦物為鉀長石，主要脈石礦物為石英，有害元素鐵含量高且賦存狀態復雜。

2）磨礦細度變細可提高長石單體解離度，但在本試驗磨礦細度范圍內會增加強磁除鐵后非磁產品的鐵含量，細篩脫泥后平環強磁機除鐵可獲得鐵含量0.19%以下的長石粗精礦。

3）采用硫酸為pH值調整劑、十二胺和石油磺酸鈉為捕收劑，可有效實現長石和石英的浮選分離。

4）采用“磨礦-脫泥-強磁選-脫泥-反浮選除鐵-正浮選長石”工藝流程，最終可獲得產率49.98%、K2O品位11.12%、TFe品位0.20%的長石精礦以及產率12.75%、SiO2品位96.54%的石英精礦；長石精礦產品質量達到了日用陶瓷二級品的要求。