（西南科技大學(xué)/徐龍華，董發(fā)勤，巫侯琴，王維清，王振）長(zhǎng)石礦是非金屬礦中一個(gè)非常重要的礦石種類，其常常與石英伴生在一起。由于長(zhǎng)石、石英同屬于架狀硅酸鹽礦物，結(jié)構(gòu)相似，所以長(zhǎng)石和石英的浮選分離一直以來(lái)是選礦領(lǐng)域的一大難題。在過(guò)去的選礦實(shí)踐中，長(zhǎng)石浮選經(jīng)歷了氫氟酸法、無(wú)氟有酸法和無(wú)氟無(wú)酸法。氫氟酸為長(zhǎng)石最有效的活化劑但由于其環(huán)境污染嚴(yán)重，現(xiàn)逐漸被淘汰。目前工業(yè)生產(chǎn)中，pH=2.0~3.0的強(qiáng)酸性條件下浮選長(zhǎng)石成為主要的提純工藝，而強(qiáng)酸性條件對(duì)設(shè)備腐蝕是非常嚴(yán)重的，因此選礦工作者一直在尋找在接近中性條件下，實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)石和石英的浮選分離研究。
目前我國(guó)長(zhǎng)石資源中達(dá)到一級(jí)品以上的原礦儲(chǔ)量?jī)H占已開發(fā)資源的15～20％左右，三級(jí)品以下的資源占絕大多數(shù)，必須經(jīng)過(guò)選礦提純才能應(yīng)用。本次試驗(yàn)通過(guò)對(duì)四川川北地區(qū)某低品位長(zhǎng)石礦進(jìn)行選礦提純?cè)囼?yàn)研究。在無(wú)氟無(wú)酸的條件下，獲得K2O+Na2O>13的長(zhǎng)石精礦，最后并對(duì)浮選分離的機(jī)理進(jìn)行了初步探索。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 原礦性質(zhì)
通過(guò)顯微鏡鏡下觀察、X射線衍射分析以及化學(xué)成分分析發(fā)現(xiàn)礦石中主要礦物為長(zhǎng)石、石英、云母和磁鐵礦，還有少量的角閃石和鋯石等。其中，石英多分布在長(zhǎng)石空隙中或脈體中。由于其Fe2O3含量達(dá)0.92%，含鐵較高； K2O+Na2O含量?jī)H為8.38% ；SiO2含量為74.75%。要達(dá)到長(zhǎng)石精礦一級(jí)品的要求，必須通過(guò)選礦除鐵提純工藝。礦樣的化學(xué)成分分析結(jié)果見表1。
表1原礦多元素化學(xué)成分分析結(jié)果
| 組分 |
SiO2 |
Al2O3 |
K2O |
Na2O |
CaO |
Fe2O3 |
MgO |
TiO2 |
P2O5 |
| 含量/% |
74.75 |
14.09 |
4.33 |
4.05 |
1.30 |
0.92 |
0.41 |
0.10 |
0.05 |
1.2 試劑與主要儀器設(shè)備
試劑：十二胺，與醋酸配成十二胺醋酸鹽作為長(zhǎng)石的捕收劑；六偏磷酸鈉，作為石英的抑制劑；油酸鈉，作為長(zhǎng)石的活化劑。
主要設(shè)備：PE-150×250A型鄂式破碎機(jī)，XPS～Φ250×150型對(duì)輥機(jī)，XSZ-600×300型單雙層兩用振動(dòng)篩，XMB-φ200×240型棒磨機(jī)，XCRS-Φ400×240型電磁濕法多用鼓形磁選機(jī)、SLon-500型立環(huán)高梯度磁選機(jī)，1.5L的XFD型浮選機(jī)等。
2 結(jié)果與討論
目前，針對(duì)風(fēng)化花崗巖長(zhǎng)石的長(zhǎng)石，普遍采用的選礦加工方法為：破碎-磨礦-浮選（除鐵、云母）-浮選（長(zhǎng)石、石英分離）。本次研究的礦石中各有用礦物粗細(xì)分布相對(duì)較均勻，且礦石中鐵礦物磁性較強(qiáng)，直接采用磁選的方法即可獲得合格產(chǎn)品，屬于易選別礦石。但長(zhǎng)石和石英性質(zhì)相似，只宜采用浮選的方法進(jìn)行選別。另外，由于非金屬礦濕磨后含泥較多，通常在浮選前要進(jìn)行脫泥，以消除礦泥對(duì)后續(xù)作業(yè)的影響。所以根據(jù)本礦石的性質(zhì)，宜采用棒磨-脫泥-磁選-浮選聯(lián)合工藝。本研究對(duì)浮選原則工藝流程進(jìn)行了探索性試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)以油酸鈉作為活化劑、六偏磷酸鈉為石英的抑制劑、十二胺鹽酸鹽為長(zhǎng)石捕收劑，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)石和石英分離，獲得合格的長(zhǎng)石精礦。
2.1 磨礦試驗(yàn)
針對(duì)工業(yè)應(yīng)用對(duì)長(zhǎng)石也有一定的粒度要求，試驗(yàn)考慮采用棒磨機(jī)進(jìn)行磨礦。由于棒磨機(jī)的產(chǎn)品粒度均勻，過(guò)磨少，泥化量少。需要指出的是棒磨機(jī)不具有選擇性磨碎的作用，易將硬度大的長(zhǎng)石和硬度小的鐵雜質(zhì)都磨細(xì)，所以磨礦時(shí)間要控制好。
通過(guò)磨礦細(xì)度試驗(yàn)并結(jié)合顯微鏡鏡下觀察，確定磨礦時(shí)間為4min，磨礦細(xì)度為-0.074mm占48.79%。其產(chǎn)品粒級(jí)分析結(jié)果見表2。由磨礦試驗(yàn)結(jié)果可知，磨礦產(chǎn)品中的Fe 2O 3含量為1.06%，大于原礦石中0.92%含量，其為磨礦過(guò)程中混入了機(jī)械鐵。長(zhǎng)石分布在0.038mm粒級(jí)以上達(dá)80%左右，而鐵雜質(zhì)分布在0.038粒級(jí)以下達(dá)63.61%。
表2 磨礦產(chǎn)品粒級(jí)分析結(jié)果
| 樣品名稱 |
粒級(jí)/mm |
產(chǎn)率/% |
品位/% |
分布率/% |
| K2O+Na2O |
Fe2O3 |
K2O+Na2O |
Fe2O3 |
-0.074mm
占48.79% |
+0.15 |
7.16 |
8.19 |
0.59 |
7.01 |
3.40 |
| -0.15-+0.074 |
47.19 |
8.36 |
0.48 |
47.09 |
20.91 |
| -0.074-+0.038 |
26.06 |
8.41 |
0.54 |
26.17 |
12.08 |
| -0.038 |
19.59 |
8.43 |
3.32 |
19.73 |
63.61 |
| 合計(jì) |
100 |
8.38 |
1.06 |
100 |
100 |
2.2 磁選除鐵試驗(yàn)
為了除去磨礦過(guò)程混入的機(jī)械鐵和礦石中的磁性礦物，降低長(zhǎng)石礦中鐵含量，必須進(jìn)行磁選除鐵工藝。首先采用濕法鼓形弱磁選機(jī)除去強(qiáng)磁性物質(zhì)，再利用非金屬礦除鐵效果顯著的SLon立環(huán)高梯度強(qiáng)磁選機(jī)除去弱磁性物質(zhì)。弱磁選可以將強(qiáng)磁性的磁鐵礦除去，從而避免了強(qiáng)磁選機(jī)的堵塞，同時(shí)也減少?gòu)?qiáng)磁性礦物的夾雜造成長(zhǎng)石的損失。由于該礦風(fēng)化程度高，在磨礦過(guò)程中鐵礦物易泥化，強(qiáng)磁選難于將這部分鐵礦物除去?？赏ㄟ^(guò)脫泥除去大部分泥，同時(shí)脫泥可以減少對(duì)后續(xù)浮選作業(yè)的影響。所以在進(jìn)行磁選之前我們進(jìn)行了脫泥作業(yè)。磁選試驗(yàn)流程見圖1，試驗(yàn)結(jié)果見表3。
圖1 磁選試驗(yàn)流程
表2 磁選產(chǎn)品分析結(jié)果
| 樣品名稱 |
產(chǎn)率/% |
品位/% |
回收率/% |
| K2O +Na2O |
Fe2O3 |
K2O +Na2O |
Fe2O3 |
| 泥 |
8.78 |
8.59 |
1.35 |
9.00 |
11.18 |
| 強(qiáng)磁性產(chǎn)品 |
5.24 |
4.08 |
11.79 |
2.55 |
58.28 |
| 弱磁性產(chǎn)品 |
10.93 |
7.05 |
2.21 |
9.19 |
22.79 |
| 磁選尾礦 |
75.05 |
8.85 |
0.11 |
79.26 |
7.79 |
| 合計(jì) |
100 |
8.38 |
1.06 |
100.00 |
100 |
由表2磁選試驗(yàn)結(jié)果可以看出，采用脫泥、弱磁和SLon高梯度強(qiáng)磁選工藝除鐵后磁選尾礦中Fe 2O 3含量顯著降低，由1.06%降為0.11%，磁選除鐵效果顯著。磁選尾礦中K 2O +Na 2O的含量也有原礦的8.33%提高到8.85%，提高了浮選原礦的品位，一定程度上可以減少浮選成本。
2.3 浮選試驗(yàn)
本浮選試驗(yàn)在自然pH值條件下進(jìn)行，以油酸鈉作為長(zhǎng)石活化劑、六偏磷酸鈉為石英的抑制劑、十二胺鹽酸鹽為捕收劑，從而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)石和石英分離。
通過(guò)大量藥劑用量條件試驗(yàn)探索，確定最佳的藥劑用量分別為：油酸鈉為400g/t；六偏磷酸鈉為2500g/t；十二胺為100g/t。同時(shí)，確定了“二掃一精”的浮選工藝流程，見下圖2。浮選分離試驗(yàn)結(jié)果見表3。
圖2 長(zhǎng)石浮選試驗(yàn)流程圖
表3浮選試驗(yàn)結(jié)果
| 樣品名稱 |
產(chǎn)率/% |
品位/% |
回收率/% |
| K2O +Na2O |
Fe2O3 |
K2O +Na2O |
Fe2O3 |
| 長(zhǎng)石精礦 |
25.48 |
13.79 |
0.23 |
39.70 |
11.18 |
| 中礦 |
14.71 |
10.08 |
0.15 |
16.75 |
58.28 |
| 石英尾礦 |
59.81 |
6.45 |
0.05 |
43.59 |
22.79 |
| 浮選原礦 |
100 |
8.85 |
0.11 |
100 |
100 |
由表3浮選試驗(yàn)結(jié)果可知，長(zhǎng)石精礦的K2O+Na2O含量>13%的長(zhǎng)石精礦、Fe2O3含量<0.3%，達(dá)到工業(yè)一級(jí)品要求。但其產(chǎn)率較低，只有25.48%。在以后的試驗(yàn)研究中我們考慮對(duì)中礦和尾礦綜合利用，例如其中中礦長(zhǎng)石可以作為二級(jí)品。石英尾礦可以進(jìn)一步提純，達(dá)到SiO2含量約99%的石英產(chǎn)品。
總之，本試驗(yàn)研究在無(wú)氟無(wú)酸條件下，采用磁-浮聯(lián)合工藝，即一弱磁一強(qiáng)磁磁選、一粗二掃一精浮選作業(yè)實(shí)現(xiàn)將原低品位長(zhǎng)石礦中Fe2O3含量從0.92％降至0.3％以下，K2O+Na2O含量從8.38%提高至13％以上。
2.4 浮選藥劑作用機(jī)理討論
2.4.1 油酸鈉對(duì)長(zhǎng)石活化作用
油酸鈉溶液在pH值在4~10時(shí)不僅存在油酸根離子，而且還有分子-離子的絡(luò)合物，這兩種組分在礦物表面的吸附占主要的地位。在pH值4~10范圍內(nèi)，石英和長(zhǎng)石是整體都呈現(xiàn)負(fù)電性，但是局部存在著動(dòng)態(tài)的正電區(qū)和中性區(qū)。正是如此，石英表面存在著對(duì)油酸根離子的靜電吸附或者氫鍵吸附，但這種吸附是極不穩(wěn)定的。而對(duì)于長(zhǎng)石，油酸在其表面的吸附則存在三種吸附形式：①和石英一樣，存在著靜電吸附；②以氫鍵或者分子力吸附的油酸分子；③與長(zhǎng)石表面裸露Al3+的反應(yīng)生成油酸鋁的化學(xué)吸附。第三種吸附方式相當(dāng)牢固。正是存在油酸根離子與鋁離子的化學(xué)吸附，也使前兩種的靜電吸附和以油酸分子的分子吸附的吸附強(qiáng)度增高，起到協(xié)同促進(jìn)作用。因此，基于這種差異，油酸鈉為實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)石的活化提供了基礎(chǔ)。本試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，油酸鈉的用量一般要超過(guò)捕收劑用量的3倍以上，浮選效果非常明顯。一是油酸鈉的用量大時(shí)，油酸根離子與鋁離子的接觸的幾率增多，在長(zhǎng)石表面形成的化學(xué)吸附點(diǎn)就越多，吸附也就越穩(wěn)定，而對(duì)石英幾乎沒有影響；二是油酸根離子可以和溶液中的難免離子Ca2+、Mg2+等絡(luò)合，從而減少它們對(duì)石英的活化作用。
2.4.2 六偏磷酸鈉對(duì)石英的抑制機(jī)理
對(duì)于石英與長(zhǎng)石的分離試驗(yàn)，一般都認(rèn)為是六偏磷酸鈉對(duì)油酸鈉有解吸作用。由于石英表面的油酸鈉吸附強(qiáng)度低，容易被六偏磷酸鈉解吸取代，其阻止了十二胺在石英表面吸附。而六偏磷酸鈉對(duì)長(zhǎng)石表面油酸鈉的解吸只是部分解吸，這是由于長(zhǎng)石表面存在了吸附強(qiáng)度比較高的化學(xué)吸附，不能被解吸，從而使長(zhǎng)石在十二胺捕收劑存在時(shí)，保持了可浮性。試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，調(diào)整劑六偏磷酸鈉與礦漿作用時(shí)間很關(guān)鍵。加入六偏磷酸鈉要解吸石英表面的油酸鈉需要一定的時(shí)間，最后發(fā)現(xiàn)六偏磷酸鈉的作用時(shí)間控制在5min左右。
2.4.3 十二胺對(duì)長(zhǎng)石的捕收劑作用
胺類陽(yáng)離子捕收劑一般都是依靠靜電力實(shí)現(xiàn)在礦物表面的吸附。十二胺在礦物表面的吸附主要以離子為主，胺分子次之。并且當(dāng)溶液中存在分子離子絡(luò)合物時(shí)，不僅會(huì)使胺分子的吸附量增加，而且也會(huì)促進(jìn)胺離子的吸附。在石英與長(zhǎng)石的浮選分離中，十二胺對(duì)長(zhǎng)石的吸附主要是以其表面吸附的油酸根離子為吸附的活性點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)石的浮選。這跟氟化物與礦物表面作用生成氟化鋁絡(luò)合物陰離子區(qū)或者氟硅酸鋁陰離子區(qū)，然后再使胺類捕收劑牢固的吸附在其表面是一致的。此外，當(dāng)?shù)V物表面吸附有油酸時(shí)，提高了其表面的負(fù)電性，從而提高了十二胺的吸附量。
3 結(jié)論
（1）針對(duì)四川川北某地區(qū)低品位長(zhǎng)石礦浮選粗選的藥劑制度為：在自然pH條件下，油酸鈉用量為400g/t，六偏磷酸鈉用量為2500g/t，十二胺用量為100g/t。其添加先后順序?yàn)椋河退徕c、六偏磷酸鈉、十二胺。
（2）在無(wú)氟無(wú)酸條件下，采用磁-浮聯(lián)合工藝，即一弱磁一強(qiáng)磁磁選、一粗二掃一精浮選作業(yè)就可將原低品位長(zhǎng)石礦中Fe2O3含量從0.92％降至0.3％以下，K2O+Na2O含量從8.38%提高至13％以上。該工藝對(duì)擴(kuò)大我國(guó)低品位長(zhǎng)石礦資源的利用范圍起到了積極的作用。
(桂林非金屬礦加工與應(yīng)用技術(shù)交流會(huì),發(fā)表于中國(guó)粉體技術(shù)雜志）
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