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| 長石除雜技術(shù)及設(shè)備研究現(xiàn)狀和進(jìn)展 |
| 來源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時間：2015-05-08 11:41:14 瀏覽次數(shù)： |
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（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）長石是由硅氧四面體組成架狀構(gòu)造的鉀、鈉、鈣鋁硅酸鹽礦物。其主要成份為SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、CaO、MgO是制造業(yè)的重要原料，廣泛應(yīng)用于化工、磨料、玻璃纖維、電焊條、搪瓷及填料等行業(yè)。隨著玻璃、陶瓷產(chǎn)品日益高檔化，對高純低鐵的長石原料需求量不斷擴(kuò)大。雖然我國長石資源很豐富，但是能夠滿足工業(yè)要求的優(yōu)質(zhì)長石礦較少。長石資源中達(dá)到一級品以上的原礦儲量僅占已開發(fā)資源的15～20％左右，長石白度或燒成白度等指標(biāo)達(dá)不到要求。
一、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
低品質(zhì)鉀鈉長石選礦提純技術(shù)研究是在我國“八·五”、“九·五”科技攻關(guān)項(xiàng)目一陶瓷原料的精選提純技術(shù)研究及工業(yè)化應(yīng)用的基礎(chǔ)上，針對我國優(yōu)質(zhì)長石礦原料日益減少，而陶瓷等行業(yè)對長石、特別是高品級長石的需求快速增長的背景下提出的。隨著長石富礦的減少，以及其他礦山綜合回收長石技術(shù)的發(fā)展，引入了重選、電選、磁選、浮選等選礦手段進(jìn)行聯(lián)合分選作業(yè)，從而達(dá)到除去石英、云母等伴生礦物，回收富含鉀、鈉的長石精礦的目的。近年來，國內(nèi)外在長石的選礦提純方面做了較多工作，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
1.1 破碎與磨礦
長石的破碎與磨礦一方面是為了滿足最終產(chǎn)品的粒度要求，另一方面也是除雜工藝的需要。長石的粗碎大都采用顎式破碎機(jī)，破碎產(chǎn)品一般在10mm左右。目前國內(nèi)在長石的細(xì)碎和磨礦工藝上研究較多，相關(guān)設(shè)備也較多，主要有輥式破碎機(jī)、反擊式粉碎機(jī)、沖擊式粉碎機(jī)、錘式粉碎機(jī)、石研磨、柱磨機(jī)、塔磨機(jī)、雷蒙磨、攪拌磨、振動磨、砂磨機(jī)及氣流磨等。
目前，長石磨礦主要分為干法和濕法兩種磨礦方式。相對而言，濕法磨礦效率較干法高，并且不易出現(xiàn)“過磨”現(xiàn)象。從應(yīng)用行業(yè)來看，玻璃行業(yè)長石原料的加工大多選用鋼棒介質(zhì)磨礦，磨礦效率高且粒度均勻，但引入鐵質(zhì)污染，導(dǎo)致長石產(chǎn)品質(zhì)量不高；陶瓷行業(yè)因?qū)﹂L石原料的要求較高，故多采用石質(zhì)輪輾或瓷球磨礦，磨礦效率低且能耗高，無法實(shí)現(xiàn)高效率和工藝連續(xù)化作業(yè)。在保證長石產(chǎn)品高質(zhì)量的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)高效率磨礦和連續(xù)化生產(chǎn)是長石加工提純研究的一項(xiàng)重要課題。
1.2 洗礦和脫泥
洗礦適用于產(chǎn)自風(fēng)化花崗巖或長石質(zhì)砂礦的長石，主要是去除粘土、細(xì)泥和云母等雜質(zhì)，一方面降低長石礦中Fe2O3含量，另一方面可以提高長石礦中鉀、鈉含量。洗礦是利用粘土、細(xì)泥、云母等粒度細(xì)小或沉降速度小特點(diǎn)，在水流作用下使其與粗粒長石分開。常用設(shè)備有Denver擦洗機(jī)、振動篩、洗礦槽、攪拌桶和磨礦機(jī)等。
脫泥主要是為了除去礦石中的原生礦泥，及因磨礦等產(chǎn)生的次生礦泥，用以防止大量細(xì)泥影響后續(xù)作業(yè)(如浮選、磁選等)的選別效果。通常在單一或復(fù)合力場中脫泥，常用設(shè)備有脫泥斗、離心機(jī)、水力旋流器等。
1.3 磁選
由于長石中的鐵礦物、云母和石榴子石等都具有一定的磁性，因此在外加磁場的作用下可與長石分離。一般地，長石中的鐵礦物、云母等磁性較弱，只有采用強(qiáng)磁選設(shè)備才能獲得較好的分選效果。目前，國內(nèi)用于長石除雜的磁選設(shè)備主要有：永磁輥式強(qiáng)磁選機(jī)、永磁筒式中強(qiáng)磁選機(jī)、濕式平環(huán)強(qiáng)磁選機(jī)和高梯度強(qiáng)磁選機(jī)等。
（1）永磁輥式強(qiáng)磁選機(jī)
永磁輥式強(qiáng)磁選機(jī)是利用稀土永磁排斥磁極的原理，由一組永磁鐵圓盤和軟鐵圓盤交替疊合而成，磁輥表面磁感應(yīng)強(qiáng)度可達(dá)2.0T。該設(shè)備適合弱磁性礦物的干式分選，近幾年成為長石干式除鐵的主要設(shè)備，其特點(diǎn)是分選效果好、運(yùn)行費(fèi)用極低、操作方便，但受到物料粒度下限(一般為0.12mm)的限制。
（2）永磁筒式強(qiáng)磁選機(jī)
永磁筒式強(qiáng)磁選機(jī)是在弱磁場永磁簡式磁選機(jī)的基礎(chǔ)上將永磁材料換成釹鐵硼而制成，分選區(qū)的磁感應(yīng)強(qiáng)度一般在0.3～0.8T。該設(shè)備有干式和濕式兩種，生產(chǎn)廠家和系列也較多，有馬鞍山礦山研究院的ZC（NCT）系列中磁機(jī)、長沙礦冶研究院的DPMS系列中強(qiáng)磁選機(jī)、廣州有色金屬研究院的ZCT筒式磁選機(jī)等。這類設(shè)備的特點(diǎn)是干濕均可、運(yùn)行成本低，但由于磁場偏低，較難得到高檔的長石產(chǎn)品。
(3)濕式平環(huán)強(qiáng)磁選機(jī)
濕式平環(huán)強(qiáng)磁選機(jī)是國內(nèi)外礦山應(yīng)用較廣泛的電磁強(qiáng)磁選設(shè)備，其背景磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.2～1.7T。長沙礦冶研究院采用Shp濕式強(qiáng)磁選機(jī)對四川德昌-1mm長石礦進(jìn)行除雜，試驗(yàn)結(jié)果表明，在原礦含鐵0.5％時，經(jīng)一次磁選可得到含鐵0.2％以下的長石產(chǎn)品。該設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是入選粒級較寬，設(shè)備處理能力較大。
(4)高梯度強(qiáng)磁選機(jī)
高梯度強(qiáng)磁選機(jī)是目前微細(xì)粒礦物提純最有效的設(shè)備，其背景磁感應(yīng)強(qiáng)度可達(dá)2.0T（國外可達(dá)5.0T)，可對-74μm的長石礦提純。長沙礦冶研究院采用CRIMM梯度強(qiáng)磁選機(jī)對湖南平江長石礦除鐵，在原礦含鐵0.2％左右時，經(jīng)一次磁選可得到含鐵0.05％以下的長石特級產(chǎn)品。安徽明光長石礦采用贛州有色金屬研究所研制的SLon立環(huán)脈動高梯度磁選機(jī)進(jìn)行除雜，在原礦含鐵0.6％時，經(jīng)一次磁選可得到含鐵0.3％以下的長石產(chǎn)品。高梯度磁選是生產(chǎn)高檔長石產(chǎn)品的有效途徑，但設(shè)備成本和運(yùn)行費(fèi)用均較高。
1.4 浮選技術(shù)的進(jìn)展
浮選是長石除雜的有效途徑，一方面可除去長石中的鐵、鈦等雜質(zhì)元素，礦石中所含雜質(zhì)礦物種類的不同，選擇的捕收劑也就不同，但均采用反浮選工藝；另一方面能實(shí)現(xiàn)長石和石英的分離，從而提高鉀、鈉含量。目前，研究較多的是長石與石英分離的藥劑制度，以及鉀長石和鈉長石的選擇性分離等。
（1）含鈦脈石礦物的浮選
研究表明，長石礦物中的鈦主要賦存在金紅石(或銳鈦礦)和少量榍石中。在pH4-6的范圍內(nèi)，使用脂肪酸作捕收劑，金紅石(或銳鈦礦)是很易浮選的，但其可浮性是按下列順序依次下降：油酸>亞油酸>亞麻酸。利用石油磺酸鹽或脂肪伯胺乙酸鹽，在pH2.5的酸性條件下也可以浮選金紅石(或銳鈦礦)，并具有更好的選擇性。也可使用羥肟酸鉀，或?qū)㈢晁狨０符}與磺酸鹽混合使用浮選金紅石(或銳鈦礦)。目前只有很少的文獻(xiàn)資料介紹榍石的浮選性能，表明榍石能用油酸及其皂類進(jìn)行浮選，但這一浮選過程對于存在的礦泥是很敏感的。
(2)含鐵脈石礦物的浮選
一般情況下，長石礦物中的鐵主要賦存于云母、黃鐵礦、少量赤褐鐵礦和含鐵的堿金屬硅酸鹽(例如石榴子石、電氣石和角閃石)。通常，在pH2.5～3.5的酸性條件下，采用胺類陽離子捕收劑可浮出云母；在pH5～6的酸性條件下，采用黃藥類捕收劑可浮選出黃鐵礦等硫化礦物；在pH3～4的酸性條件下用磺酸鹽類捕收劑可浮選出含鐵硅酸鹽。
(3)石英—長石浮選分離技術(shù)
石英—長石浮選分離的傳統(tǒng)方法是HF酸法，也稱“有氟有酸”法，即采用HF酸調(diào)漿至pH2.5以下抑制石英，活化長石，實(shí)現(xiàn)長石和石英的分離。但由于環(huán)保問題，以及HF酸使用過程中的諸多不便，眾多選礦工作者都在積極研究無氟分離方案。在石英——長石無氟浮選分離工藝中，最成熟、應(yīng)用最廣泛的是無氟有酸法，但這——工藝需要強(qiáng)酸性的介質(zhì)條件，造成設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。因此，無氟無酸法和其它工藝方法是石英——長石浮選分離工藝的未來發(fā)展方向。
(4)鉀長石和鈉長石的浮選分離
鉀長石(正長石和微斜長石)和鈉長石的分離是一個具有挑戰(zhàn)性的課題，因?yàn)樗鼈兇蟛糠只旌袭a(chǎn)在長石礦床中，這些礦物具有相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)和類似的物理化學(xué)性質(zhì)。20世紀(jì)60年代末和70年代初，俄羅斯研究者在HF介質(zhì)中用不同鹽作為調(diào)整劑，來浮選分離不同類型的長石：Yanis建議在HF介質(zhì)中胺浮選時用鎂離子和鈣離子作為鈉長石的抑制劑，而富集鉀長石；Starikova在15mg／LNaCI存在時用氟化物作活浮選分離鈉長石和鉀長石；據(jù)Revnivtzev等人報(bào)導(dǎo)，鉀離子或與鉀半徑相近的離子(如Rb、cs和Ba)抑制鉀長石，而Na、Ca、Sr和Mg抑制鈉長石和鈣長石；Mariu對含等量的鈉長石和鉀長石的偉晶巖進(jìn)行了胺浮選試驗(yàn)，用NaCI抑制鈉長石獲得了最好結(jié)果：Demir等人證明，在中性pH范圍用胺捕收劑浮選堿性長石時，鈉離子抑制鈉長石。
綜合上述發(fā)現(xiàn)，隨著長石富礦資源的不斷減少，大量的低品質(zhì)長石礦產(chǎn)有待開發(fā)，而選礦提純技術(shù)研究是提高長石資源利用率和產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵所在。傳統(tǒng)的長石選礦工藝存在磨礦效率低、工藝技術(shù)落后、設(shè)備陳舊等諸多問題，成為制約長石選礦大型化、規(guī)?；闹匾绊懸蛩亍Ｒ虼?，根據(jù)原礦種類和性質(zhì)，確定合理的選礦工藝流程，選用先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備，采用高效低污染的浮選藥劑等成為解決上述問題的突破口。實(shí)現(xiàn)選礦高效率、產(chǎn)品高質(zhì)量、投入使用新工藝新設(shè)備等是長石選礦的未來發(fā)展趨勢。
二、長石除雜提純的發(fā)展趨勢
隨著高等級長石精礦需求越來越大，但是高品位原礦越來越少，因此需要除鐵效率更高、更加經(jīng)濟(jì)有效的除雜方法。目前，聯(lián)合流程更容易獲得高等級精礦，而對于含鐵極高的長石原礦，進(jìn)行酸浸、剝離等預(yù)處理是經(jīng)濟(jì)有效的。
生物浸取具有操作簡單、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，國外學(xué)者將其與其他方法配合使用得到了含鐵量低于0.02％的高純長石精礦，國內(nèi)這方面的研究則較少。
2.1生物浸取
鐵可以作為某些微生物的電子載體和能量源，與微生物作用時發(fā)生氧化、還原反應(yīng)，變成可以溶解的離子態(tài)，此過程產(chǎn)生的有機(jī)酸也會使雜質(zhì)礦物溶解，再通過水洗即可將雜質(zhì)礦物除去。對于極細(xì)長石微粒中的含鐵礦物，用傳統(tǒng)的方法很難去除，生物浸取卻可以達(dá)到比較好的效果。微生物不僅有利于長石礦的分解，還可以有效去除長石表面層間鐵礦物。Iveta Styriakova對此方法進(jìn)行了深入的研究，通過微生物浸取將Fe2O3從0.175％降到了0.114％，TiO2從0.02％降到0.018％；其研究也表明被溶解和去除的鐵與最初長石原礦中鐵的量不直接成比例，還要取決于長石的地質(zhì)變化、礦物組成以及鐵礦物的分布情況。所以要獲得高質(zhì)量的長石精礦，還需其他方法與微生物處理相結(jié)合。
Iveta Styriakova等先用異養(yǎng)菌Bacillu spp預(yù)先處理分化花崗巖型長石礦石，然后利用草酸酸浸去除其中的含鐵化合物，取得了很好的效果，Bacilus spp 產(chǎn)生的有機(jī)酸作用于礦物顆粒間及縫隙巾的浸染鐵化合物，將鐵離子溶解釋放出來，這一預(yù)先處理不僅有利于草酸的進(jìn)一步作用，還可以大大降低草酸的使用濃度和回收成本，同時污染排放量也得到了減少。研究了異養(yǎng)菌與強(qiáng)磁選結(jié)合的除鐵方法，除鐵率可達(dá)70％左右。
2.2 聯(lián)合流程
某些高鐵極難選長石礦，不僅含鐵很高，而且其中部分鐵礦物是以鐵染形式滲透于長石解理間，對于這些礦物，如果采用單一選別工藝都不能滿足精礦要求時，可以采用聯(lián)合流程。
（1）磁—浮聯(lián)合流程
郭保萬等對高鐵極難選鉀長石礦進(jìn)行了除鐵試驗(yàn)研究，鐵含量在采用磁選——浮選聯(lián)合流程時比單一磁選、浮選丁藝流程降低了1％以上，先經(jīng)磁選將大部分鐵礦物除去，再采用浮選法將細(xì)粒鐵礦物及鐵染鉀長石除去，鉀長石精礦比單一磁選鐵品位低很多，比單一浮選精礦鐵品位也低，且產(chǎn)率接近，先干式磁選后浮選可以得到最好的分選效果，但是工業(yè)上千式磁選需要進(jìn)行脫水與干燥，成本比較高，所以先濕式磁選后浮選的流程應(yīng)用更廣泛。
（2）剝離—強(qiáng)磁選流程
強(qiáng)磁場磁選——浮選聯(lián)合流程雖然能獲得合格的長石精礦產(chǎn)品，但流程較為復(fù)雜，因此設(shè)備投資及選礦成本較高。如果長石礦具有質(zhì)軟易粉碎的特點(diǎn)，可以對碎散脫泥后礦砂采取在磨機(jī)中加人少量鋼球進(jìn)行擦磨，剝離出云母族礦物中所夾雜的鐵礦物，而長石礦物又不至于過粉碎，結(jié)果表明采用剝離一強(qiáng)磁場磁選方案能獲得較好的選別指標(biāo)。與磁——浮流程比較，該流程長石精礦產(chǎn)率較高，具有工藝簡單、選礦成本較低的特點(diǎn)。
（3）一段兩循環(huán)浮選流程
O Y Gulsoy等利用一段兩循環(huán)流程去除土耳其某鈉長石中的云母、鈦和鐵的氧化物。先在pH值為2.5～3的條件下用胺離子(Armac TD)捕收劑反浮選去除云母，其次在pH值為5.5～6.5的條件下用油酸鈉捕收去除鈦、鐵氧化物。實(shí)驗(yàn)在最適宜的捕收劑用量、磨礦細(xì)度及PH值條件下，長石精礦中的TiO2+Fe2O3可降低到0.12％或更低。將此工藝推廣工業(yè)應(yīng)用上亦可得到滿足商業(yè)要求的長石精礦。
（4）擦洗一浮選流程
將-2mm的磨礦產(chǎn)品進(jìn)行擦洗，再分為-2+0.25mm和-0.25mm兩個粒級，前一粒級產(chǎn)物可以作陶質(zhì)瓷磚，后一粒級產(chǎn)物旋流器脫泥后再進(jìn)行浮選可以獲得制作釉料的長石精礦。
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