廣東某高嶺土礦中石英選礦提純試驗研究

張玉梅，任子杰,2,3，高惠民,2,3，印航，謝俊3,,5，郝文華

1.武漢理工大學 資源與環境工程學院，湖北 武漢 430070；

2.礦物資源加工與環境湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430070；

3.合浦縣硅材料產業技術研究中心，廣西 北海 536000；

4.中能建綠色建材有限公司，湖北 武漢 430015；

5.武漢理工大學 硅酸鹽建筑材料國家重點實驗室，湖北 武漢 430070；

6.中硅工業集團有限公司，北京 100194

引 言

高嶺土是一種由長石風化而來的黏土類礦物原料，主要礦物成分為高嶺石和多水高嶺石，還存在其他伴生礦物，如石英、長石、云母和伊利石等[1]。作為一種重要的非金屬礦物原料，高嶺土具有良好的可塑性、較高的耐火性、可燒結性以及白度高、易于加工等特點，廣泛應用于陶瓷、造紙、橡膠、塑料、涂料、化工、石油和建材等領域[2-4]。我國是高嶺土消費大國，且高嶺土資源豐富[5]，但高嶺土加工過程中產生的大量尾礦回收利用較少，大多被露天堆棄，不僅侵占土地、破環生態環境[6-7]，而且造成不可再生資源的浪費。在高嶺土尾礦中含有大量的石英資源, 隨著優質石英砂資源緊缺[8-9]，尋求更多樣的石英資源具有重大的意義。

胡廷海等[10]對廣西某高嶺土尾礦進行擦洗、磨礦、分級、強磁選和浮選獲得Fe2O3含量為74 μg/g、SiO2品位為99.89%、SiO2回收率為94.61%的石英砂。謝恩俊等[11]采用“磨礦-水力分級-磁選-浮選”選礦工藝流程對福建高嶺土尾礦進行選礦提純試驗研究，獲得0.6～0.125 mm 粒級含量大于95%、SiO2含量99.62%、Al2O3含量0.065%、Fe2O3含量92 μg/g 的石英精砂，滿足光伏玻璃用低鐵石英砂的質量要求。尚德興等[12]采用“磨礦-分級-重選-磁選-擦洗-浮選”工藝對福建某高嶺土尾礦中的石英進行選礦提純，獲得的石英精礦SiO2含量為99.29%、Al2O3含量為0.27%、Fe2O3含量為0.002 9%，滿足太陽能光伏、光熱超白玻璃用低鐵石英砂質量要求。

本文以廣東某高嶺土伴生石英砂為對象進行選礦試驗研究，以期獲得符合光伏玻璃要求的低鐵（Fe2O3<120 μg/g）石英原料，以實現伴生資源綜合回收。

1 試樣性質

1.1 試樣粒度特征

采用篩析法測定了試樣粒度組成。試樣中+0.6 mm粒級產率最高，為68.9%，-0.6+0.1 mm 粒級產率次之，為30.23%；-0.10 mm 粒級產率為0.87%；該伴生石英砂中可用作玻璃原料的粒級（+0.6 mm 及-0.6+0.10 mm）產率為99.13%，其中符合玻璃砂粒級（-0.6+0.10 mm）的石英砂占30.23%。

1.2 試樣化學成分

樣品來自廣東某伴生有石英的高嶺土尾砂，試樣的化學成分如表1 所示。

表1 試樣化學成分分析結果 /%Table 1 Analysis of chemical constituents of sample

由表1 化學成分分析可知，試樣中主要雜質成分為Al2O3、Fe2O3、K2O。

1.3 試樣各粒級礦物組成

將該高嶺土伴生石英砂+0.01 mm 以上粒級產品進行XRD 測試，結果如圖1 和圖2。

圖1 +0.6 mm 粒級伴生石英砂XRD 圖譜Fig.1 XRD patterns of +0.6mm associated quartz sand

圖2 -0.6+0.10 mm 粒級伴生石英XRD 圖譜Fig.2 XRD patterns of -0.6+0.10 mm associated quartz sand

結合各粒級XRD 圖譜及體視顯微鏡照片可知，高嶺土伴生石英砂的主要礦物為石英，含有少量白云母。對于+0.6 mm 粒級石英砂，主要礦物組成為石英，部分石英表面含有長石，應進行磨礦使其單體解離[13]。對于-0.60+0.10 mm 粒級，主要礦物組成為石英和云母，主要以集合體形式存在，部分石英包含黃色和黑色雜質礦物，可見明顯的暗色礦物，觀察推測為褐鐵礦或磁鐵礦。

2 選礦試驗

2.1 +0.6 mm 粒級石英砂篩分試驗

+0.6 mm 粒級石英砂較粗，對此粒級石英砂進行篩分分級?？疾?2.36 mm、-2.36+1.70 mm、-1.70+0.6 mm三個粒級產率，結果見表2。

表2 +0.6 mm 粒級石英砂篩分結果Table 2 Screening results of +0.6 mm particle class quartz sand

由表2 可知，+1.70 mm 粒級產率為33.40%，-1.70+0.60 mm 粒級產率為35.49%，兩個粒級產率相當，因而對+1.70 mm 粒級及-1.70+0.60 mm 粒級石英砂進行磨礦—磁選流程試驗，探究其磁選精礦Fe2O3含量是否能達到光伏玻璃用石英砂標準。篩分后可見+1.70 mm 粒級和-1.70+0.60 mm 粒級石英砂均有較多的紅褐色和黑色雜質礦物，為探究其對其磁選的影響，對其揀選出來的產品和未揀選原礦試樣分別進行磨礦—磁選的對比試驗。

2.2 +0.6 mm 粒級揀選樣與原礦試樣磨礦-磁選對比試驗

對+1.70 mm 粒級石英砂樣品采用型號為XMB-7三輥四筒球磨機進行磨礦試驗。磨礦條件為礦漿質量濃度60%、磨礦時間3 min、轉速150 r/min。-1.70+0.60 mm 粒級石英砂顆粒較細，硬度較低，用高鋁球磨礦效果較好，磨礦條件同+1.70 mm 粒級，磨礦—磁選流程如圖3 所示，所得選礦產品的產率和石英精礦Fe2O3含量見表3。

圖3 揀選試樣和原礦試樣磨礦—磁選流程Fig.3 Schematic diagram of grinding-magnetic separation process of picking sample and raw ore sample

表3 各試樣磨礦、磁選產率及磁選精礦Fe2O3 含量Table 3 The grinding, magnetic separation yield of each sample and the content of Fe2O3 in magnetic separation concentrate

試樣中的主要磁性礦物為赤鐵礦和鈦鐵礦，這部分含鐵礦物可經高梯度磁選去除[14-15]。將手揀選樣和原礦試樣的+1.70 mm 和-1.70+0.60 mm 粒級石英砂分別進行磁選，磁選流程為一次粗選兩次精選，每一段磁選的磁場磁感應強度均為1.4 T，礦漿流速1.0 cm/s，脈動頻率200 r/min。各試樣磁選石英精礦Fe2O3含量結果見表3。

由表3 可知，無論是否經過揀選+1.70 mm 粒級和-1.70+0.60 mm 粒級經磨礦后對應的各粒級磨礦作業產率接近，磁選石英精礦作業產率接近； +1.70 mm 粒級和-1.70+0.60 mm 粒級經磁選都可達到光伏玻璃用石 英 砂 的 標 準（Fe2O3<120 μg/g），+1.70 mm 粒 級 和-1.70+0.60 mm 粒級石英砂中紅褐色、黑色雜質礦物雖對產品質量有影響，但均可達到相應要求。因此對類似伴生石英砂中+0.60 mm 粒級進行選礦提純時無需進行揀選。

2.3 -0.6+0.1 mm 粒級細砂磁選試驗

磨礦能夠使得物料在細化的過程中盡量實現有用礦物與脈石礦物的單體解離[16]，為后續的選別作業提供合適的入選物料。對于試樣分級出來的-0.60+0.10 mm粒級細砂，其磁選所得石英精礦產率為98.83%，Fe2O3含量為242.59 μg/g，不能滿足光伏玻璃用石英砂Fe2O3含量的要求。因而對原試樣中-0.60+0.10 mm 粒級進行磨礦—磁選試驗，控制過磨量(-0.60+0.10 mm粒級進行磨礦后產生的-0.10 mm 粒級產率小于20%)，探究在不同磨礦細度下，磁選精礦Fe2O3含量是否能達到光伏玻璃用石英砂標準，磨礦—磁選流程見圖4，磨礦時間對磁選精礦Fe2O3含量的影響見圖5。

圖4 原試樣-0.60+0.10 mm 粒級磨礦—磁選流程Fig.4 Schematic diagram of grinding-magnetic separation process in the original sample -0.60+0.10 mm class

圖5 不同磨礦時間對磁選石英精礦Fe2O3 含量的影響Fig.5 Effect of grinding time on Fe2O3 content of magnetic quartz separation concentrate

由圖5 可知，隨著磨礦時間的增加，磁選石英精礦Fe2O3含量不斷降低，過磨量隨之增加。當磨礦時間為5 min 時，過磨量為18.87%，磁選精礦SiO2含量提 高到99.04%， Fe2O3含 量 從242.59 μg/g 降 低 至104.46 μg/g，滿足光伏玻璃用石英砂要求。

3 結論

(1) 廣東某伴生有石英的高嶺土礦主要礦物為石英、含少量云母，有較多的紅褐色、黑色雜質礦物（赤鐵礦、褐鐵礦等）。

(2) 由選礦試驗結果可知，該伴生有石英的高嶺土礦+0.60 mm 粒級經過磨礦至合格粒級（-0.60+0.10 mm）后無論是否經過揀選，磁選后獲得的石英精礦Fe2O3含量均小于120 μg/g，SiO2含量可提高到99.45%，可達到光伏玻璃用石英砂標準，因此利用+0.6 mm 粒級石英砂加工光伏玻璃用石英砂無需進行揀選。

(3) 由選礦試驗結果可知，該伴生有石英的高嶺土礦-0.60+0.10 mm 粒級磨礦—磁選獲得的石英精礦Fe2O3含量隨著磨礦時間增加而降低，當磨礦時間為5 min 時，Fe2O3含量降低為104.46 μg/g，SiO2含量提高到99.04%，滿足光伏玻璃用石英砂的標準。