盧　佳，高惠民，金俊勛

(1.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430070；2.礦物資源加工與環(huán)境湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430070)

酒泉某難選紅柱石礦選別工藝對比試驗(yàn)研究

盧佳1，2，高惠民1，2，金俊勛1，2

(1.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430070；2.礦物資源加工與環(huán)境湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430070)

摘要：針對酒泉某難選紅柱石礦開展了球磨和棒磨的磨礦細(xì)度對比試驗(yàn)、脫泥粒度試驗(yàn)和堿性與酸性介質(zhì)浮選工藝對比試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，該紅柱石礦適合棒磨磨礦，較優(yōu)磨礦細(xì)度為-0.074mm占85.19%，較優(yōu)脫泥粒度為20μm，堿性介質(zhì)浮選工藝的精礦指標(biāo)較優(yōu)。在確定堿性介質(zhì)浮選工藝基礎(chǔ)上，試樣經(jīng)過磨礦-脫泥-磁選-1粗8精1掃的閉路流程試驗(yàn)，獲得了Al2O3品位為52.94%、紅柱石回收率為54.10%、紅柱石含量為83.88%的精礦。

關(guān)鍵詞：紅柱石；磨礦細(xì)度；脫泥；堿性介質(zhì)；酸性介質(zhì)；浮選

紅柱石的化學(xué)式為Al2O3·SiO2，理論化學(xué)組成Al2O362.92%，SiO237.08%，一般呈柱狀晶體。紅柱石熔融點(diǎn)高、耐火性能好，常壓下加熱至1350℃重結(jié)晶為針狀富鋁紅柱石(又稱莫來石)[1-2]。莫來石具有很高的耐火性能，耐火度可達(dá)1800℃，且耐驟冷驟熱，機(jī)械強(qiáng)度大，抗熱沖擊力強(qiáng)，抗渣性強(qiáng)，荷重轉(zhuǎn)化點(diǎn)高，并具有極高的化學(xué)穩(wěn)定性和極強(qiáng)的抗化學(xué)腐蝕性，因此紅柱石可以作為一種高級耐火材料原料[3]。

紅柱石選別工藝的選擇取決于晶體的大小，晶體較粗的紅柱石一般采用重選—強(qiáng)磁選流程[4]。晶體較細(xì)的紅柱石，一般采用浮選-強(qiáng)磁選工藝流程。晶體不均勻的紅柱石，根據(jù)具體情況采用重選—浮選聯(lián)合流程或者采用單一浮選流程[5]。針對酒泉細(xì)粒級紅柱石礦擬定了磨礦-脫泥-磁選-浮選的原則流程，開展了磨礦細(xì)度、脫泥粒度試驗(yàn)，堿性介質(zhì)和酸性介質(zhì)浮選工藝的對比試驗(yàn)，并且在堿性介質(zhì)浮選工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行了閉路試驗(yàn)，獲得了具有較高品位和回收率的紅柱石精礦，為該紅柱石礦資源的合理利用提供參考。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1試樣性質(zhì)

試樣經(jīng)肉眼觀察呈深灰色，致密塊狀構(gòu)造，斑雜結(jié)構(gòu)，可見淺灰色柱狀紅柱石斑晶。試樣的化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1。

試樣XRD圖譜見圖1。經(jīng)XRD分析，主要礦物為紅柱石、云母類礦物(黑云母、絹云母)、石英、鈉長石、其他炭鐵質(zhì)物。結(jié)合偏光顯微鏡觀察可知，試樣礦物組成見表2。

表1　試樣化學(xué)多元素分析結(jié)果/%

表2　試樣礦物組成 /%

A—紅柱石；B—黑云母；Q—石英；F—鈉長石圖1　試樣XRD圖譜

1.2選礦試劑

碳酸鈉，分析純；磷酸氫二鈉，分析純；油酸鈉，分析純；硫酸，分析純；水玻璃，工業(yè)純；石油磺酸鈉，工業(yè)純。

1.3主要設(shè)備

XMB-70型三輥四筒棒磨機(jī)；XMQ-70型三輥四筒球磨機(jī)；RK/FD-1.0L型單槽浮選機(jī)；Slon-100型高梯度磁選機(jī)。

2結(jié)果與討論

該紅柱石礦表面強(qiáng)烈絹云母化，而且大量紅柱石內(nèi)部包裹微細(xì)粒炭質(zhì)物或黑云母，屬于難選紅柱石礦。紅柱石在磨礦過程中容易泥化，不同的磨礦介質(zhì)對紅柱石與脈石礦物的解離具有重要影響，為了綜合考慮紅柱石的品位和回收率，進(jìn)行了球磨和棒磨的磨礦細(xì)度對比試驗(yàn)。原礦中的泥和磨礦過程中產(chǎn)生的次生泥會(huì)降低浮選藥劑的選擇性，因此，脫泥是浮選前的重要環(huán)節(jié)。通過脫泥粒度試驗(yàn)探究該紅柱石礦的較優(yōu)脫泥粒度。

紅柱石浮選可以在堿性和酸性介質(zhì)中進(jìn)行，堿性介質(zhì)浮選一般采用NaCO3作為pH調(diào)整劑，用油酸、氧化石臘皂等脂肪酸類作為捕收劑[6]；酸性介質(zhì)浮選則采用H2SO4作為pH調(diào)整劑，礦漿pH為2.0～4.0，以石油磺酸鹽為捕收劑[7-8]。通過堿性與酸性介質(zhì)浮選工藝的對比試驗(yàn)來探究較優(yōu)的選別工藝。

2.1磨礦細(xì)度試驗(yàn)

在磨礦濃度為70%，脫泥粒度為20μm，磨礦時(shí)間分別為4.0min、5.0min、6.0min、7.0min的條件下進(jìn)行了球磨和棒磨的磨礦細(xì)度對比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果采用粗選精礦指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)，綜合考慮精礦品位和回收率，采用選礦效率作為主要評價(jià)指標(biāo)。試驗(yàn)流程見圖2，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

圖2　磨礦細(xì)度試驗(yàn)流程圖

由表3可知，當(dāng)磨礦時(shí)間從4.0min升至7.0min：在磨礦介質(zhì)為鋼球時(shí)，精礦Al2O3品位先升高后降低，Al2O3回收率依次升高，磨礦時(shí)間6.0min時(shí)選礦效率達(dá)到最大為6.69%，此時(shí)-0.074mm含量達(dá)到82.38%，因此較優(yōu)的球磨磨礦細(xì)度為-0.074mm占82.38%；在磨礦介質(zhì)為鋼棒時(shí)，精礦Al2O3品位先升高后降低，Al2O3回收率依次升高，磨礦時(shí)間6.0min時(shí)選礦效率達(dá)到最大為6.93%，此時(shí)-0.074mm含量達(dá)到85.19%，因此較優(yōu)的棒磨磨礦細(xì)度為-0.074mm占85.19%。

表3　磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果/%

對比球磨和棒磨較優(yōu)磨礦細(xì)度下的精礦指標(biāo)可知，精礦Al2O3品位、回收率和選礦效率均比較接近，球磨和棒磨效果相近。但針對該紅柱石礦，球磨更容易產(chǎn)生泥化現(xiàn)象而使紅柱石回收率降低，棒磨能使礦物粒度分布更加均勻，因此本試驗(yàn)確定的較優(yōu)磨礦介質(zhì)為鋼棒。

2.2脫泥粒度試驗(yàn)

在磨礦介質(zhì)為鋼棒，磨礦濃度為70%，磨礦細(xì)度為-0.074mm占85.19%，脫泥粒度分別為10μm、20μm、30μm、40μm的條件下，考察了脫泥粒度對浮選的影響，試驗(yàn)結(jié)果采用粗選精礦指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)，綜合考慮精礦品位和回收率，采用選礦效率作為主要評價(jià)指標(biāo)。試驗(yàn)流程與圖2一致，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4　脫泥粒度試驗(yàn)結(jié)果/%

由表4可知，當(dāng)脫泥粒度從10μm升至40μm，選礦效率先升高后降低，在脫泥粒度為20μm時(shí)，選礦效率達(dá)到最大為5.55%，因此較優(yōu)的脫泥粒度為20μm。

2.3酸、堿性介質(zhì)浮選工藝對比試驗(yàn)

通過磨礦-脫泥-磁選-1粗5精1掃的工藝流程試驗(yàn)對比堿性介質(zhì)和酸性介質(zhì)的選別效果，磨礦介質(zhì)為鋼棒，脫泥粒度為20μm。

圖3　酸、堿性介質(zhì)浮選工藝對比試驗(yàn)流程圖

通過單因素試驗(yàn)確定堿性和酸性介質(zhì)浮選的較優(yōu)條件為：堿性介質(zhì)浮選用NaCO3為調(diào)整劑，調(diào)節(jié)礦漿pH=7.5；磷酸氫二鈉為抑制劑，用量560g/t；油酸鈉為捕收劑，粗選用量2000g/t，掃選用量1000g/t，精選1用量1000g/t，精選2用量500g/t，精選3～5用量250g/t。酸性介質(zhì)浮選用H2SO4為調(diào)整劑，調(diào)節(jié)礦漿pH在3.0～3.5；水玻璃為抑制劑，用量200g/t；石油磺酸鈉為捕收劑，粗選、掃選用量5000g/t，精選1用量3000g/t，精選2用量2000g/t，精選3用量1000g/t，精選4用量500g/t，精選5用量250g/t。試驗(yàn)流程見圖3。試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5　酸、堿性介質(zhì)浮選工藝對比試驗(yàn)結(jié)果/%

由表5可知，堿性工藝的精礦產(chǎn)率為7.71%，Al2O3品位為49.46%，紅柱石回收率為60.39%；合中礦(中1～中5)Al2O3品位為15.05%，Al2O3回收率為9.42%。酸性工藝的精礦產(chǎn)率為6.87%，Al2O3品位為49.21%，紅柱石回收率為51.51%；合中礦Al2O3品位為33.50%，Al2O3回收率為13.45%。

對比堿性和酸性工藝的試驗(yàn)結(jié)果，堿性工藝的精礦產(chǎn)率比酸法的精礦產(chǎn)率高0.8%，紅柱石回收率高8.9%。并且酸性介質(zhì)浮選對設(shè)備腐蝕強(qiáng)，廢水容易污染環(huán)境，綜合考慮精礦指標(biāo)及實(shí)際生產(chǎn)情況確定較優(yōu)工藝為堿性介質(zhì)浮選工藝。

圖4　閉路試驗(yàn)數(shù)質(zhì)量流程圖

2.4開路流程試驗(yàn)

在確定的堿性介質(zhì)浮選工藝的基礎(chǔ)上，因?yàn)榫V品位未達(dá)到我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YB/T4032-2010中HZ-52級產(chǎn)品要求，因此繼續(xù)增加精選次數(shù)以提高精礦品位，試驗(yàn)流程在圖3的基礎(chǔ)上精選次數(shù)增加到8次，其中精選1～5條件不變，精選6～8油酸鈉用量250g/t。試驗(yàn)結(jié)果見表6。

由表6可知，試樣經(jīng)過磨礦-脫泥-磁選-1粗8精1掃的開路流程試驗(yàn)，精礦Al2O3品位達(dá)到了53.78%，紅柱石含量達(dá)到了85.19%，但是精礦Al2O3回收率較低只有13.92%，紅柱石損失在中礦，因此需要中礦返回進(jìn)行閉路試驗(yàn)提高紅柱石回收率。

2.5閉路流程試驗(yàn)

在磨礦-脫泥-磁選-1粗8精1掃的開路流程試驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過顯微鏡觀察開路試驗(yàn)的中礦，發(fā)現(xiàn)中礦已單體解離，無連生體現(xiàn)象，因此無需再磨。合并后的中礦回收率有15.29%，而且品位與進(jìn)入粗選時(shí)的精礦品位接近，因此為了進(jìn)一步提高精礦回收率，開展了8次精選中礦合并返回到粗選的閉路試驗(yàn)。閉路試驗(yàn)數(shù)質(zhì)量流程圖見圖4(見上頁)，試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表6　開路流程試驗(yàn)結(jié)果/%

表7　閉路流程試驗(yàn)結(jié)果/%

由表7可知，通過閉路流程獲得Al2O3品位為52.94%、紅柱石含量為83.86%，紅柱石回收率為54.09%的最終精礦，達(dá)到了我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YB/

T4032-2010中HZ-52級產(chǎn)品的要求。

3結(jié)論

1)酒泉某紅柱石礦，紅柱石含量10%，表面強(qiáng)烈絹云母化，而且內(nèi)部包裹微細(xì)粒炭質(zhì)物或細(xì)粒石英或黑云母等脈石礦物，屬難選低品位紅柱石礦。

2)磨礦細(xì)度、脫泥粒度試驗(yàn)及酸、堿性介質(zhì)浮選工藝對比試驗(yàn)結(jié)果表明，該紅柱石礦適合棒磨磨礦，較優(yōu)磨礦細(xì)度為-0.074mm占85.19%，較優(yōu)脫泥粒度為20μm，堿性介質(zhì)浮選工藝的精礦指標(biāo)較優(yōu)。

3)試樣經(jīng)磨礦-脫泥-磁選-1粗8精1掃浮選閉路流程試驗(yàn)，獲得了Al2O3品位為52.94%、紅柱石回收率為54.10%、紅柱石含量為83.88%的最終精礦。紅柱石精礦Al2O3品位達(dá)到我國行業(yè)YB/T4032-2010中HZ-52級產(chǎn)品的要求。

參考文獻(xiàn)

[1]南京大學(xué)地質(zhì)學(xué)系巖礦教研室.結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，1978.

[2]林彬蔭.藍(lán)晶石 紅柱石 硅線石[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2011.

[3]丁玉芬，楊子亭.紅柱石的選礦及其應(yīng)用[J].礦產(chǎn)綜合利用，1994(5)：31-34.

[4]張一敏，劉惠中.超極限h/D螺旋溜槽的研究及應(yīng)用[J].礦產(chǎn)綜合利用，2000(5)：43-46.

[5]繆鋒.紅柱石選礦試驗(yàn)概況及應(yīng)加強(qiáng)研究的幾個(gè)問題[J].非金屬礦，1988(5)：15-18.

[6]羅清平.紅柱石礦及其選礦特點(diǎn)[J].湖南有色金屬，1990(6)：15-16.

[7]樊紹良，黎燕華.甘肅漳縣紅柱石礦浮選工藝的研究[J].金屬礦山，1999(12)：37-39.

[8]胡志剛，代淑娟.遼寧某紅柱石礦工藝礦物學(xué)特征及選礦流程選擇[J].有色金屬：選礦部分，2004(6)：29-31.

Comparative experiment research on beneficiation process of a refractory andalusite ore in Jiuquan

LU Jia1，2，GAO Hui-min1，2，JIN Jun-xun1，2

(1.College of Resourceful and Environmental Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，China；2.Key Laboratory of Hubei Province for Mineral Resource Processing & Environment，Wuhan 430070，China)

Abstract:For a refractory andalusite mine in Jiuquan carried out the comparative test of grinding fineness between ball mill and rod mill、desliming size and carried out the comparative test between alkaline medium flotation process and acid medium flotation process.The results showed that rod mill grinding is suitable for this andalusite mine，the better grinding fineness was -0.074mm accounted for 85.19%，the better particle size of desliming was 20μm and the concentrate indicator of alkaline medium flotation process was better.Based on the definited alkaline medium flotation process，sample after grinding-desliming-magnetic separation- a roughing，eight concentration and a scavenging of the closed circuit process test，get the concentrate with the grade of Al2O3 52.94%，the recovery of andalusite 54.10%，the content of andalusite 83.88%.

Key words：andalusite；grinding fineness；desliming；alkaline medium；acid medium；flotation

收稿日期：2015-03-02

作者簡介：盧佳(1992- )，男，碩士研究生，攻讀武漢理工大學(xué)礦物加工工程專業(yè)，主要從事非金屬礦選礦試驗(yàn)研究。E-mail：lujiapeter@163.com。

中圖分類號：TD923

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1004-4051(2016)03-0127-05