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長石除雜技術及設備研究現狀和進展發布日期:2016-07-11
長石是由硅氧四面體組成架狀構造的鉀、鈉、鈣鋁硅酸鹽礦物。其主要成份為SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、CaO、MgO是制造業的重要原料,廣泛應用于化工、磨料、玻璃纖維、電焊條、搪瓷及填料等行業。隨著玻璃、陶瓷產品日益高檔化,對高純低鐵的長石原料需求量不斷擴大。雖然我國長石資源很豐富,但是能夠滿足工業要求的優質長石礦較少。長石資源中達到一級品以上的原礦儲量僅占已開發資源的15~20%左右,長石白度或燒成白度等指標達不到要求。
、國內外研究現狀
       低品質鉀鈉長石選礦提純技術研究是在我國“八·五”、“九·五”科技攻關項目一陶瓷原料的精選提純技術研究及工業化應用的基礎上,針對我國優質長石礦原料日益減少,而陶瓷等行業對長石、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的發展,引入了重選、電選、磁選、浮選等選礦手段進行聯合分選作業,從而達到除去石英、云母等伴生礦物,回收富含鉀、鈉的長石精礦的目的。近年來,國內外在長石的選礦提純方面做了較多工作,主要體現在以下幾個方面:
1.1  破碎與磨礦
       長石的破碎與磨礦一方面是為了滿足產品的粒度要求,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,破碎產品一般在10mm左右。目前國內在長石的細碎和磨礦工藝上研究較多,相關設備也較多,主要有輥式破碎機、反擊式粉碎機、沖擊式粉碎機、錘式粉碎機、石研磨、柱磨機、塔磨機、雷蒙磨、攪拌磨、振動磨、砂磨機及氣流磨等。
       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“過磨”現象。從應用行業來看,玻璃行業長石原料的加工大多選用鋼棒介質磨礦,磨礦效率高且粒度均勻,但引入鐵質污染,導致長石產品質量不高;陶瓷行業因對長石原料的要求較高,故多采用石質輪輾或瓷球磨礦,磨礦效率低且能耗高,無法實現高效率和工藝連續化作業。在保證長石產品高質量的基礎上,實現高效率磨礦和連續化生產是長石加工提純研究的一項重要課題。
1.2  洗礦和脫泥
       洗礦適用于產自風化花崗巖或長石質砂礦的長石,主要是去除粘土、細泥和云母等雜質,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、細泥、云母等粒度細小或沉降速度小特點,在水流作用下使其與粗粒長石分開。常用設備有Denver擦洗機、振動篩、洗礦槽、攪拌桶和磨礦機等。
       脫泥主要是為了除去礦石中的原生礦泥,及因磨礦等產生的次生礦泥,用以防止大量細泥影響后續作業(如浮選、磁選等)的選別效果。通常在單一或復合力場中脫泥,常用設備有脫泥斗、離心機、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,只有采用強磁選設備才能獲得較好的分選效果。目前,濰坊國特礦山設備有限公司用于長石除雜的磁選設備主要有:永磁輥式強磁選機、永磁筒式中強磁選機、濕式平環強磁選機和高梯度強磁選機等。
1)永磁輥式強磁選機
       永磁輥式強磁選機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,磁輥表面磁感應強度可達2.0T。該設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備,其特點是分選效果好、運行費用極低、操作方便,但受到物料粒度下限(一般為0.12mm)的限制。
2)永磁筒式強磁選機
       永磁筒式強磁選機是在弱磁場永磁簡式磁選機的基礎上將永磁材料換成釹鐵硼而制成,分選區的磁感應強度一般在0.3~0.8T。該設備有干式和濕式兩種,這類設備的特點是干濕均可、運行成本低,但由于磁場偏低,較難得到長石產品。
(3)濕式平環強磁選機
       濕式平環強磁選機是國內外礦山應用較廣泛的電磁強磁選設備,其背景磁感應強度為1.2~1.7T。該設備的優點是入選粒級較寬,設備處理能力較大。
(4)高梯度強磁選機
       高梯度強磁選機是目前微細粒礦物提純最有效的設備,其背景磁感應強度可達2.0T(國外可達5.0T),可對-74μm的長石礦提純。高梯度磁選是生產高檔長石產品的有效途徑,但設備成本和運行費用均較高。
1.4   浮選技術的進展
       浮選是長石除雜的有效途徑,一方面可除去長石中的鐵、鈦等雜質元素,礦石中所含雜質礦物種類的不同,選擇的捕收劑也就不同,但均采用反浮選工藝;另一方面能實現長石和石英的分離,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,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,或將琥珀酸酰胺鹽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資料介紹榍石的浮選性能,表明榍石能用油酸及其皂類進行浮選,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
      石英—長石浮選分離的傳統方法是HF酸法,也稱“有氟有酸”法,即采用HF酸調漿至pH2.5以下抑制石英,活化長石,實現長石和石英的分離。但由于環保問題,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,成熟、應用廣泛的是無氟有酸法,但這——工藝需要強酸性的介質條件,造成設備腐蝕嚴重。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性的課題,因為它們大部分混合產在長石礦床中,這些礦物具有相似的化學結構和類似的物理化學性質。
       綜合上述發現,隨著長石富礦資源的不斷減少,大量的低品質長石礦產有待開發,而選礦提純技術研究是提高長石資源利用率和產品質量的關鍵所在。傳統的長石選礦工藝存在磨礦效率低、工藝技術落后、設備陳舊等諸多問題,成為制約長石選礦大型化、規模化的重要影響因素。因此,根據原礦種類和性質,確定合理的選礦工藝流程,選用先進的生產設備,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。實現選礦高效率、產品高質量、投入使用新工藝新設備等是長石選礦的未來發展趨勢。

二、長石除雜提純的發展趨勢
       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、更加經濟有效的除雜方法。目前,聯合流程更容易獲得精礦,而對于含鐵極高的長石原礦,進行酸浸、剝離等預處理是經濟有效的。
       生物浸取具有操作簡單、環境污染小等優點,國外學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,與微生物作用時發生氧化、還原反應,變成可以溶解的離子態,此過程產生的有機酸也會使雜質礦物溶解,再通過水洗即可將雜質礦物除去。對于極細長石微粒中的含鐵礦物,用傳統的方法很難去除,生物浸取卻可以達到比較好的效果。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。經過研究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變化、礦物組成以及鐵礦物的分布情況。所以要獲得高質量的長石精礦,還需其他方法與微生物處理相結合。
       通過實驗用異養菌Bacillu spp預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 產生的有機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,這一預先處理不僅有利于草酸的進一步作用,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。研究了異養菌與強磁選結合的除鐵方法,除鐵率可達70%左右。
2.2  聯合流程
      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,可以采用聯合流程。
(1)磁—浮聯合流程
       國特礦山設備有限公司對高鐵極難選鉀長石礦進行了除鐵試驗研究,鐵含量在采用磁選——浮選聯合流程時比單一磁選、浮選丁藝流程降低了1%以上,先經磁選將大部分鐵礦物除去,再采用浮選法將細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,且產率接近,先干式磁選后浮選可以得到好的分選效果,但是工業上千式磁選需要進行脫水與干燥,成本比較高,所以先濕式磁選后浮選的流程應用更廣泛。
(2)剝離—強磁選流程
       強磁場磁選——浮選聯合流程雖然能獲得合格的長石精礦產品,但流程較為復雜,因此設備投資及選礦成本較高。如果長石礦具有質軟易粉碎的特點,可以對碎散脫泥后礦砂采取在磨機中加人少量鋼球進行擦磨,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,結果表明采用剝離一強磁場磁選方案能獲得較好的選別指標。與磁——浮流程比較,該流程長石精礦產率較高,具有工藝簡單、選礦成本較低的特點。
(3)一段兩循環浮選流程
       利用一段兩循環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。實驗在適宜的捕收劑用量、磨礦細度及PH值條件下,長石精礦中的TiO2+Fe2O3可降低到0.12%或更低。將此工藝推廣工業應用上亦可得到滿足商業要求的長石精礦。
(4)擦洗一浮選流程
       將-2mm的磨礦產品進行擦洗,再分為-2+0.25mm和-0.25mm兩個粒級,前一粒級產物可以作陶質瓷磚,后一粒級產物旋流器脫泥后再進行浮選可以獲得制作釉料的長石精礦。
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