非金屬礦是重要的工業(yè)礦物，廣泛應(yīng)用于各行業(yè)中。非金屬礦物（如長(zhǎng)石、石英、高嶺土等）均為多成分共生，其雜質(zhì)含量特別是其中的Fe元素含量，決定了產(chǎn)品的質(zhì)量等級(jí)。實(shí)際應(yīng)用中對(duì)非金屬礦物材料的純度要求較高，為降低非金屬礦中鐵雜質(zhì)（Fe或 Fe2O3）含量，在其加工過(guò)程中通常需要進(jìn)行除鐵處理。
目前，磁選是非金屬礦除鐵采用的最廣泛和最有效的方法，一般會(huì)在除鐵之前對(duì)礦物進(jìn)行研磨，以提高分選及提純效果。但是在非金屬礦物的整個(gè)磨選及輸送流程中，會(huì)混入機(jī)械鐵，導(dǎo)致外界 Fe 元素對(duì)原料的二次污染?，F(xiàn)今采用 PP 或 PE 材質(zhì)的輸送管路和陶瓷類流槽可以良好解決輸送過(guò)程中的鐵污染，而對(duì)于磨礦過(guò)程中產(chǎn)生的鐵污染的研究很少。因此，本文以長(zhǎng)石礦為例，分別采用非金屬磨（石碾、高鋁球磨等）和金屬磨（棒磨、球磨等）進(jìn)行磨礦，比較分析兩種工藝條件下分選指標(biāo)的差異，并優(yōu)化長(zhǎng)石的分選提純工藝。
1 各行業(yè)對(duì)長(zhǎng)石的指標(biāo)要求
目前我國(guó)的長(zhǎng)石原礦中的含鐵量一般為0.2%～2.0%，表1-4列出了各行業(yè)對(duì)長(zhǎng)石物料的品級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)及質(zhì)量要求。
由表1-4 可見(jiàn)，各行業(yè)對(duì)長(zhǎng)石中的鐵含量均有較高要求，要想得到合格的產(chǎn)品必須進(jìn)行鐵處理。
2 采用不同方式研磨對(duì)分選指標(biāo)的影響
隨著非金屬礦物需求量的不斷增大，各選礦廠也需要提高產(chǎn)量，因此以往使用的石碾等非金屬磨逐漸由產(chǎn)量更大的棒磨等金屬磨替代。棒磨機(jī)在功耗上較石碾有一定降低，場(chǎng)地占用也有大幅的下降，并且其檢修、維護(hù)量較少，從擴(kuò)大產(chǎn)量方面來(lái)看是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。但由于其研磨介質(zhì)為金屬，因此在研磨過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的機(jī)械磨損鐵并混入原料中，使原料的含鐵量有所增加，加大了后序除鐵的難度。
以某長(zhǎng)石為例，按一般的分選工藝（如圖1所示）對(duì)其進(jìn)行除鐵提純。
采用不同介質(zhì)磨研磨前后，長(zhǎng)石中各成分含量如表5所示。
由表5可見(jiàn)， 長(zhǎng)石在棒磨后Fe2O3比較石碾研磨增加了0.08%， 分析增加的Fe元應(yīng)來(lái)源于棒磨磨損鐵。
對(duì)研磨后的兩種物料分別通過(guò) LGS-EX（實(shí)驗(yàn)室專用強(qiáng)磁選機(jī)）進(jìn)行13000Gs背景場(chǎng)的選別試驗(yàn)，結(jié)果如表6所示。
由表6的結(jié)果可以看出，經(jīng)棒磨研磨后的物料即使采用 13000Gs 背景場(chǎng)的強(qiáng)磁選設(shè)備也不能完全將磨礦時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械鐵全部選別出來(lái)。
圖2為長(zhǎng)石經(jīng)棒磨和強(qiáng)磁提純除雜后精砂。
由圖2可以看出，分選后物料中仍有較小的黑色顆粒存在。
3 金屬磨機(jī)磨損鐵特性分析
分析磨機(jī)磨損鐵的來(lái)源主要為研磨棒和襯板。試驗(yàn)所用磨機(jī)的磨棒為45#鋼，襯板為常用的Mn13。其中Mn13為奧氏體結(jié)構(gòu)，是弱磁性材料，單純依靠磁選無(wú)法將其徹底選出。
對(duì)磨機(jī)進(jìn)行空載運(yùn)行，分析磨損鐵的粒度，其分布如圖3所示。
由圖3可見(jiàn)，磨損鐵的粒度大多在 1～10μm，10μm 以下的占總量的 99%，其粒度是非常細(xì)小的。因此，該鐵粉多懸浮于液體之中。
要將顆粒從液體中吸出，則需滿足條件： F吸 ＞mg + F表面
式中：F 吸為磁場(chǎng)吸力，F吸 =k·Χ·B·V·dH/dl（其中k為自定義吸力常數(shù)、Х為比磁化率、B 為分選磁場(chǎng)強(qiáng)度、dH/dl 為分選磁場(chǎng)梯度、V 為物料體積），即相同的磁場(chǎng)和梯度下對(duì)同種物料的吸力與物料體積 V 成正比；m 為物料的質(zhì)量，m=ρ·V（其中ρ為物料密度），即同種物料顆粒的質(zhì)量與物料體積V成正比；F表面為物料離開(kāi)液面時(shí)所要克服的水的表面張力，F表面 =σ·d（其中 σ 為水的表面張力系數(shù)、d 為物料出水時(shí)邊長(zhǎng)） ，即同種物料表面張力與其出水邊長(zhǎng) d（w）成正比。
對(duì)于同種物料，其吸力、阻力（質(zhì)量加表面張力）與粒度大小間的關(guān)系如圖4所示。
由圖4可見(jiàn)，在物料粒度很小的情況下，阻力會(huì)明顯大于吸力，此時(shí)物料是無(wú)法被吸出的；隨物料粒度的增大，在磁場(chǎng)強(qiáng)度和梯度一定的條件下，阻力的增幅會(huì)變小，當(dāng)粒度達(dá)到一定大小時(shí)，吸力便會(huì)大于阻力，將物料從液體中吸出。
4磨損鐵去除方案
由上面的分析可知，單純依靠磁選并不能完全去除金屬磨機(jī)磨損帶入物料中的機(jī)械鐵。由于磨損鐵均為微細(xì)粒級(jí)存在，為了能夠更好地消除其對(duì)后序工藝造成的干擾，本試驗(yàn)在強(qiáng)磁選之前增設(shè)了多道脫泥設(shè)備，以期可以在強(qiáng)磁選工序之前將這些微細(xì)粒級(jí)存在脫除出去。
改進(jìn)后的分選工藝流程如圖5所示。
經(jīng)研磨后的長(zhǎng)石物料在脫泥前后其鐵含量如表7所示。
物料經(jīng)脫泥后再進(jìn)行強(qiáng)磁選，其中鐵含量如表8所示。
由表7和表8可見(jiàn)，棒磨研磨并脫泥再經(jīng)過(guò)強(qiáng)磁選后，物料的分選結(jié)果已經(jīng)比較接近石碾研磨后強(qiáng)磁選的結(jié)果了。
5 結(jié)論
采用棒磨等金屬磨機(jī)對(duì)非金屬礦物進(jìn)行加工無(wú)疑是提高加工能力和產(chǎn)量的一條很好的途徑，但其加工過(guò)程中產(chǎn)生的機(jī)械磨損鐵單獨(dú)使用磁選是不能夠完全分選出來(lái)的。本文針對(duì)這一問(wèn)題提出的在使用金屬磨機(jī)研磨后增設(shè)脫泥設(shè)備的非金屬礦物改進(jìn)提純工藝，可以很好地減少機(jī)械磨損鐵對(duì)最終精砂品質(zhì)的影響，在實(shí)際生產(chǎn)中具有重要意義。
作者：沈陽(yáng)隆基電磁科技股份有限公司 唐奇
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