張開永

(華北科技學院，北京 東燕郊 065201)

硅藻土擦洗—搖床分選試驗研究

張開永

(華北科技學院，北京 東燕郊 065201)

試驗采用先擦洗、再搖床的聯(lián)合方法，經(jīng)試驗確定了最佳擦洗條件：在硅藻土樣品400 g時，NaOH為 1.2 g，六偏磷酸鈉為1.2 g，擦洗機轉(zhuǎn)速為1200 r/min，固液比為2∶5，時間為準備10 min鐘、調(diào)漿10 min、分散劑作用20 min時進行擦洗效果較好。擦洗后的物料經(jīng)過120目標準篩篩分，篩下物經(jīng)過搖床分選后精礦品位SiO2達到90.14%，Al2O3、Fe2O3雜質(zhì)的含量也大幅下降。

硅藻土；擦洗；搖床

0 引言

硅藻土是一種生物成因的硅質(zhì)沉積巖，主要由古代硅藻的遺骸所組成，其本質(zhì)是含水的非晶質(zhì)SiO2[1]。我國是世界上硅藻土最豐富的國家之一，硅藻土資源主要分布在華東、東北、西南地區(qū)，以吉林地區(qū)最多，占到全國儲量的54.8%，優(yōu)質(zhì)硅藻土也集中于此，其余多為三、四級礦土，不可直接利用[2]。

以中國的情況來看，硅藻土作填料的占比還很小，尤其在顏料、造紙、橡膠、涂料、農(nóng)藥等工業(yè)上的應用仍處于開拓階段，前景非?？捎^。隨著城市化的推進、建材工業(yè)、冶金的迅速發(fā)展，利用硅藻土開發(fā)新型、高強、輕質(zhì)保溫制品的前景也很廣闊。預計我國2020年和2050年對該礦的消費量分別約為52.62萬噸和58.64萬噸[3-5]。

我國該礦的資源雖然豐富，但天然優(yōu)質(zhì)的硅藻土礦少而正面臨枯竭。大量的中低品位礦因為含有雜質(zhì)，使其使用受到了限制，必須進行選礦提純，以富集硅藻，剔除石英、黏土類礦物、有機質(zhì)和金屬氧化物礦物等。硅藻土的分選提純方法很多，主要有干法分級、濕法重選、酸浸、磁選、浮選、焙燒以及多種方法的聯(lián)合提純工藝[6-9]。本研究采用擦洗-搖床方法進行分選，探究有效的分選條件，為硅藻土的下一步利用創(chuàng)造良好條件。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

本次試驗設(shè)計選用的硅藻土原礦從吉林省某礦山的廢棄礦采集得到。原礦化學成分如表1所示。

表1 硅藻土原礦化學成分(%)

從表1可知，原礦SiO2含量為82.42%，主要由蛋白石組成，此外含有Al2O35.54%、Fe2O32.23%，屬于二級硅藻土[10-11]，為含粘土硅藻土。粘土礦物的組分為白云母、伊利石、角閃石等，碎屑礦物則為長石、石英等。

1.2 實驗儀器和試劑

1) 儀器：擦洗機、搖床、120目標準篩、電子天平、圓盤真空過濾機、電熱鼓風烘箱、壓片機、礦石分析儀EDX8800各一個；塑料桶、盆、藥匙、稱量紙、濾紙若干。

2) 試劑：氫氧化鈉、焦磷酸鈉、六偏磷酸鈉；

3) 樣品：原礦若干

1.3 實驗方法

稱取一定質(zhì)量的原礦、量取一定體積的清水，加入擦洗機，按預定轉(zhuǎn)速、時間等擦洗，一定時間后加入氫氧化鈉藥品調(diào)漿至所需礦漿pH，再次開機一定時間后，加入分散劑擦洗至規(guī)定時間，取出礦漿分別篩分、過濾、烘干、稱重。經(jīng)數(shù)次擦洗條件的探究，選出各最佳條件做擦洗，擦洗的篩下物去搖床，按照水量、時間、濃度的不同，將收集的各產(chǎn)物過濾、烘干、稱重、化驗，探究最佳搖床條件，得出綜合的擦洗-搖床條件。

2 結(jié)果及討論

2.1 擦洗濃度試驗

稱取400 g樣品、加入一定體積的水量，開動擦洗機，擦洗機轉(zhuǎn)速保持1000 r/min，先擦洗10分鐘，到時間后往礦漿中加入稱取的1.2 gNaOH 調(diào)漿，然后繼續(xù)擦洗10分鐘，到時間后加入稱取好的分散劑焦磷酸鈉0.8 g，再擦洗20分鐘，然后將礦漿過120目標準篩，篩上物為雜草、砂礫等雜質(zhì)，篩下物為擦洗精礦，分別將篩上物、篩下物盛于兩桶中，用真空圓盤過濾機進行過濾篩上、篩下物，然后取下濾餅至于無污染物的托盤中(防止鐵銹和非硅藻土類的殘留礦物，以免影響化驗結(jié)果)，放至電熱鼓風烘箱烘干5小時，冷卻后稱重并記錄。分別加水1000 ml、2000 ml、4000 ml，改變加水的量即改變礦漿濃度，對應濃度分別為28.57%、16.67%、9.09%，測試該試驗條件下的擦洗效果。試驗結(jié)果如表2。

表2 濃度試驗各產(chǎn)品產(chǎn)率及精礦品位

擦洗主要靠攪拌機構(gòu)對礦粒的攪拌作用和礦粒之間的摩擦作用來破碎、碎解礦塊。礦漿濃度過低使擦洗功效均降低，尤其降低了礦粒之間相互摩擦的概率，使大量精礦未被釋放出來，最終作為粗土排掉了，降低了精礦品位和產(chǎn)率，導致尾礦品位、產(chǎn)率過高，所以低濃度的試驗條件效果不如高濃度的條件；但是受擦洗機構(gòu)造和功率的限制，其濃度當有個上限。本次所用擦洗機，在30%左右給料濃度時粘附于料桶內(nèi)壁的礦漿呈泥巴狀，不易落回料桶繼續(xù)參與擦洗過程，故不再設(shè)置更高濃度試驗條件。從試驗結(jié)果看出入料固液比2∶5 時的濃度精礦品位87.41%，效果較好，此時濃度為28.57%。

2.2 擦洗時間試驗

稱取400 g原礦樣品，燒杯量取1000 ml水，加入擦洗機，開動擦洗機10分鐘，擦洗機1000 r/min，到時間后往礦漿中加入稱取的1.2 gNaOH 調(diào)漿，然后開機10分鐘，到時間后加入稱取好的分散劑焦磷酸鈉0.8 g，調(diào)整加入分散劑后的擦洗時間，分別為10 min、 20 min、30 min，分散劑作用時間對擦洗效果的影響試驗結(jié)果如表3。

表3 分散劑作用時間試驗各產(chǎn)品產(chǎn)率及精礦品位

擦洗是將礦粒碎解后粘土礦物與硅藻進行分離的過程。硅藻露出極性表面，極性水分子被吸引在其表面形成一層水化膜，水化膜具有排斥作用，若礦粒相互靠近，水化膜就會阻礙它們，防止他們聚團。當外力剪切作用過大時.顆粒表面的水化膜就會被破壞，從而出現(xiàn)顆粒聚團的現(xiàn)象。當擦洗時間增加時，篩下物品位快速上升，而其產(chǎn)率快速下降.這是因為隨擦洗時間的增加，礦粒碎散更加充分；而擦洗時間超過一定數(shù)值后，篩下物品位快速降低而其產(chǎn)率快速上升，這是因為發(fā)生了粘土團聚；擦洗時間繼續(xù)增加，則精礦品位平緩下降、其產(chǎn)率呈平緩上升，變化不會明顯，這可能是由于擦洗機的功率限制下，一定時間后剪切絮團的影響變化不大。從表3中看出，分散劑作用時間為20分鐘時，擦洗效果最好。

2.3 擦洗藥劑的選擇與配比

用天平稱取400 g原礦，燒杯量取2000 ml水，加入擦洗機，調(diào)整擦洗機轉(zhuǎn)速為1000 r/min，開機10分鐘，到時間后往礦漿中加入稱取的1.2 gNaOH 調(diào)漿，然后繼續(xù)擦洗10分鐘，到時間后加入稱取好的分散劑焦磷酸鈉0.8 g、1.2 g、1.8 g，擦洗20分鐘。為了查看不同種類藥劑的對擦洗分選的效果。在樣品稱重、水量、擦洗時間等均不變的情況下，選用六偏磷酸鈉0.8 g、1.2 g、1.8 g進行了對比試驗。試驗結(jié)果如表4。

表4 擦洗藥劑種類及用量試驗各產(chǎn)品產(chǎn)率及精礦品位

分散劑根據(jù)不同種類可為細粒物料提供不同的分散力，提高精礦顆粒懸浮狀態(tài)，利于與雜質(zhì)的分離。分散劑用量增加，礦漿的分散力隨之上升，最后趨于穩(wěn)定，再增加分散劑量，分散力大小基本不變，以達到最大分散力所需最小藥劑量或者在一定范圍內(nèi)，同樣藥劑量的分散力大小來評定不同藥劑的分散能力。分散力大則顆粒較多浮于細漿中，在過篩時可以順利過篩成為篩下物，使該次試驗精礦品位較高。

從表4中看出，六偏磷酸鈉用量為0.8 g～1.2 g時，分散力隨用藥量增加而增加，分散效果逐漸增高，用量為1.2 g～1.8 g時分散力隨用藥量增加而下降，分散效果逐漸下降，六偏磷酸鈉用量為1.2 g時篩下物品位88.11%，分散效果達到最高，說明試驗已經(jīng)探得最佳藥劑用量，

2.4 擦洗機轉(zhuǎn)速試驗

稱取400 g原礦樣品，燒杯量取2000 ml水，加入擦洗機，開動擦洗機10分鐘，到時間后往礦漿中加入稱取的1.2 gNaOH 調(diào)漿，然后繼續(xù)擦洗10分鐘，到時間后加入稱取好的分散劑焦磷酸鈉0.8 g，再擦洗20分鐘。改變擦洗機的轉(zhuǎn)速，分別試驗擦洗機轉(zhuǎn)速在800 r/min、1000 r/min、1200 r/min條件下的擦洗效果。試驗結(jié)果如表5。

表5 轉(zhuǎn)速試驗各產(chǎn)品產(chǎn)率及精礦品位

按照已有文獻及相關(guān)經(jīng)驗，擦洗機轉(zhuǎn)速在800 r/min以上，但上限并不一定，在礦種一定的條件下，主要與擦洗機型號有關(guān)。本校實驗室機器最高轉(zhuǎn)速1500 r/min,且實際試驗發(fā)現(xiàn)當擦洗機轉(zhuǎn)速在1200 r/min以上時機器攪拌激烈，礦漿被甩到料桶內(nèi)壁較多，且容易濺出損失，造成實驗誤差；轉(zhuǎn)速過高也會提前出現(xiàn)擦洗時間過長的結(jié)果，因此選擇擦洗機轉(zhuǎn)速為1200 r/min。

通過上述實驗確定擦洗條件：樣品400 g，加入1000 ml水，六偏磷酸鈉1.2 g,擦洗機轉(zhuǎn)速1200 r/min，給料擦洗10分鐘后再調(diào)漿擦洗10分鐘、加分散劑后擦洗作用時間為20分鐘。

2.5 搖床試驗

試驗中采用先擦洗，擦洗后過120目標準篩，篩下物經(jīng)過濾、烘干后經(jīng)過搖床進行分選。經(jīng)過對水量、濃度、時間進行探索性條件試驗優(yōu)化，選擇最佳試驗條件做最終搖床試驗，即開機5分鐘、給料濃度25%，水量10.0 L/min，以綜合條件擦洗的篩下物為入料進行分選，經(jīng)試驗后測得各產(chǎn)品數(shù)據(jù)如下表6、表7。

表6 搖床試驗各產(chǎn)物產(chǎn)率及SiO2含量

表7 搖床分選后硅藻土化學成分表

試驗結(jié)果表明：擦洗后篩下物經(jīng)過搖床分選后精礦品位達到90.14%，比原礦提高7.72%，Al2O3、Fe2O3雜質(zhì)的含量比原礦也有下降明顯。證明搖床在分選硅藻土礦物時有效，礦泥搖床效果應更加明顯。

3 結(jié)論

(1) 試驗用硅藻土原礦各成分含量為SiO282.42%、Al2O35.54%、Fe2O32.23%。雜質(zhì)主要為黏土礦物和石英碎屑。屬于二級硅藻土，為含粘土硅藻土。

(2) 在硅藻土樣品為400 g，NaOH用量為1.2 g，六偏磷酸鈉用量為1.2 g，擦洗機轉(zhuǎn)速為1200 r/min，固液比為2∶5，時間為準備10分鐘、調(diào)漿10分鐘、分散劑作用20分鐘時，擦洗效果最佳。

(3) 擦洗后的物料經(jīng)過120目標準篩篩分，篩下物經(jīng)過搖床分選后精礦品位SiO2達到90.14%，Al2O3、Fe2O3雜質(zhì)的含量也大幅下降。

(4) 實驗室研究表明，擦洗-搖床的分選方法可行。

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Experimentalstudyondiatomitescrubbingandshakingtableseparation

ZHANG Kai-yong

(NorthChinaInstituteofScienceandTechnology,Yanjiao,065201,China)

This experiment adopts the combination method of scrubbing and shaking table,and determines the best dosage conditions of scrubbing:NaOH is 1.2g,sodium hexametaphosphate is 1.2g,the rotational speed of scrubbing machine is 1200 r/min,the solid-liquid ratio is 2∶5,preparing time is 10 min,mixing time is 10 min,the effective acting time of dispersing agent is 20 min.Under the above conditions,the effect is better when the raw ore is 400g. After screening with 120 mesh standard sieve and the minus sieve is separated by shaking table,the concentrate grade SiO2is 90.14%,and the impurities content of Al2O3and Fe2O3decreases greatly.

diatomite；scrubbing；shaking table

2017.11.23

河北省科技計劃自籌項目(15214110)

張開永(1970-)，男，江蘇沛縣人，碩士，華北科技學院環(huán)境工程學院副教授，主要研究方向礦物加工。E-mail：zhangkaiyong@ncist.edu.cn

TU831

A

1672-7169(2017)05-0055-04