福建龙岩高岭土尾砂的提纯试验研究

陈翊应

(龙岩高岭土股份有限公司，福建 龙岩 364000)

福建龙岩高岭土属花岗岩风化残积型矿床[1]，是我国20世纪80年代探明的特大型优质高岭土矿床[2]。高岭土选矿主要工艺流程为“捣浆—除沙—选矿”，选矿一般选用150旋流器，其中旋流器上部排出的为高岭土精矿，底部排沙嘴排的细砂称为尾砂。

龙岩高岭土股份有限公司选矿厂前期尾砂产品含铁量低(＜0.3%)，白度高，主要被低档瓷砖厂使用。随着矿山服役年限的增加，原矿品质下降，目前尾砂产品含铁量高(＞0.5%)，烧制产品黑点多，烧成白度低(＜70)，无法直接用于陶瓷生产。目前一年的尾砂产量约为1万t，对尾砂的利用主要是作为尾矿堆砌，对周边环境等造成重大影响，处理尾砂每年需要花费大量费用。本研究对尾砂进行了选矿提纯研究，开发满足陶瓷砖使用要求的产品，为该高岭土尾砂的综合利用提供一个有效路径。

1 尾砂矿物组成和化学成分

1.1 尾砂矿物组成

对尾砂进行了X-射线衍射分析(图1)，并通过半定量分析计算，主要由高岭石(约30%)、白云母(约32%)、石英(约36%)等矿物组成。不规则片层状、叠层状矿物以云母为主，部分为管状高岭土(图2)。这些矿物都是陶瓷生产过程中可以利用的原料。

图1 尾砂XRD图谱

图2 尾砂SEM图

铁的存在形式主要有两种：一种是以铁类质同像存在于云母中，另一种是在云母片夹杂有微细粒铁矿物和金红石。云母在风化过程中，铁从云母中析出形成的铁矿物质[3]。

1.2 尾砂化学组成

尾砂化学成分：Al2O324.5%、Fe2O30.58%，K2O 3.83%、Na2O 0.38%、MgO 0.07%、CaO 0.01%、TiO20.01%、SiO260.52%，烧失量10.1%。该尾砂铁、钾、钠含量较高，1 280℃片状烧成白度63.2。

1.3 尾砂粒度分析

尾砂中+0.045mm的颗粒占比达到80%，-0.045mm的颗粒占比达到20%。工业生产中成品瓷泥中高岭石颗粒分布在-0.045mm的区间范围，因此尾砂中-0.045mm的颗粒可以回收再利用(表1)。

表1 筛选分级试验结果

2 试验方案

本研究采用“球磨—选矿—磁选”工艺。首先采用球磨机对尾砂进行湿法球磨；再利用150旋流器(进浆压力0.15MPa，排沙嘴直径18mm)对球磨后浆料进行选矿分级，分离细颗粒；最后将提取的目标产品进行磁选除铁除杂，磁选背景场强达到1.3T，能够有效祛除矿物中带磁性的含铁物质(图3)。

图3 试验流程图

3 结果与讨论

3.1 球磨细化

尾砂中高岭石颗粒占比达到30%左右，更多的高岭石还是以较大颗粒的形式存在，对底流进行球磨细化，可以提高其细颗粒高岭石的比例，提高有效矿物回收率。

随着球磨时间的增加，尾砂中细颗粒比例逐步提高，但是球磨时间不能过长，会把云母、石英磨细，增加矿物的杂质，降低矿物的品质(表2)；同时造成过多的球磨消耗，不经济。随着球磨时间的增加，云母和石英逐步增加，导致高岭石比例降低。球磨3h的-325目产品氧化铝含量最高，烧成白度高，含铁量低；球磨4h、5h的-325目产品虽然氧化铝含量降低，但含铁量、烧成白度没有太大波动。

表2 不同球磨时间的-325目产品理化指标

随着球磨时间增加，＜0.045m颗粒含量也增加(表2)，球磨4h＜0.045m颗粒含量为28%，球磨5h＜0.045m颗粒为36%，球磨6h＜0.045m颗粒为39%，从5h增加到6h细颗粒才增加3%，说明球磨机此时已经进入了低效率阶段。因此球磨时间的增加，＜0.045mm的含量提高幅度逐步降低，5h球磨时间是比较经济合理。本试验的最佳球磨时间是5h。

3.2 分级选矿

本次尾砂选矿提纯工艺与高岭土相似，球磨尾砂的捣浆质量分数为50%，分散剂六偏磷酸钠用量为1～2kg/t，捣浆10min，螺旋分级机除砂，除砂后采用150水利旋流器进行提纯。

150水力旋流器，沉砂口直径为18mm，进浆质量分数为15%，进料压力控制在0.1MPa、0.15MPa、0.2MPa，分级试验结果见表3。进浆压力0.15MPa时提纯效果和效率最好，Al2O3含量由25.78%提高到31.34%，产率适中，高岭石富集明显；SiO2、K2O含量相对减少。

表3 水力旋流器试验结果 (单位：%)

3.3 电磁除铁

尾砂经过球磨细化，选矿提杂，中间产品铁含量高，块状烧白黑点多，影响后期在瓷泥产品中使用。因此采用电磁除铁机对尾砂中间产品进行除铁除杂。试验以六偏磷酸钠为分散剂，具体磁选条件如表4。随着进浆浓度的增加，磁选精矿的铁含量减少的幅度表现出降低的趋势，1 280℃烧成白度也出现降低的趋势。随着分散剂用量增加，磁选精矿的含铁量和烧成白度都比同条件的效果要好。当分散剂为0.2%，进浆浓度为18%时，获得了最佳的磁选精矿条件，其1 280℃烧成白度为79.23，Fe2O3含量为0.21%。

表4 不同条件磁选样品理化指标

4 结论

(1)龙岩高岭土的尾砂主要矿物为高岭石、石英、云母等矿物，由于Fe2O3含量高，烧成白度低，需经过再提纯后才能利用。

(2)球磨需考虑产品回收率及生产成本两方面因素，确定最佳球磨时间为5h，中间产品的-325目达到36%。

(3)通过不同分散剂、矿浆浓度的试验，确定当进浆浓度为18%，1 280℃烧成白度为79.23，Fe2O3含量为0.21%。降低进浆流速可以提高产品的质量，但是会提高生产成本。通过添加六偏磷酸钠可以较好分散浆料，提高效率，但是过量添加会造成成本的增加，也会影响下游厂家的使用。因此，生产中磁选提纯应综合考虑各方面的因素，以保证最终效益的最大化。

(4)最终产品指标可达到龙岩高岭土股份有限公司325B级产品合格品质量要求，可用于中高端日用陶瓷生产。