張兄明，張英亮

長(zhǎng) 石 選 礦 工 藝 研 究

張兄明，張英亮

（中材地質(zhì)工程勘查研究院，北京 100102）

本文介紹了筆者在長(zhǎng)石選礦工藝研究方面的成果，這些成果均應(yīng)用于生產(chǎn)中，對(duì)長(zhǎng)石加工企業(yè)有一定的借鑒和參考作用。

選礦；長(zhǎng)石；選礦工藝

Abstract: This article describes the author in feldspar mineral processing research results, which are used in production and a certain reference to feldspar processing enterprises.

Key words: mineral processing; feldspar; mineral addressing process

1 概述

長(zhǎng)石是由硅氧四面體組成的架狀構(gòu)造的鉀、鈉、鈣鋁硅酸鹽礦物，其化學(xué)成分為SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O和Na2O等。

在自然界中，長(zhǎng)石大致分為三大系列：①由鉀、鈉兩組長(zhǎng)石相互混熔而形成的堿性長(zhǎng)石系列，它包括正長(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石、透長(zhǎng)石、冰長(zhǎng)石及歪長(zhǎng)石五種；②由鈉、鈣長(zhǎng)石兩種組分相互混熔而形成的斜長(zhǎng)石系列；③鋇長(zhǎng)石系列，包括鋇長(zhǎng)石、副鋇長(zhǎng)石、鋇鈉長(zhǎng)石、鍶長(zhǎng)石。

1.1 長(zhǎng)石的應(yīng)用

由于長(zhǎng)石熔點(diǎn)在1 100～1 300℃之間，化學(xué)穩(wěn)定性好，在與石英及其他鋁硅酸鹽共熔時(shí)有助熔作用，因此，長(zhǎng)石常被用于制造玻璃及陶瓷的助熔劑。

(1) 玻璃溶劑：長(zhǎng)石是玻璃混合料的主要成分之一，長(zhǎng)石含氧化鋁高，鐵質(zhì)含量低，可以減少堿的用量。此外長(zhǎng)石融溶后變成玻璃的過(guò)程比較緩慢，結(jié)晶能力小，可以防止在玻璃形成過(guò)程中析出晶體而破壞制品，長(zhǎng)石還可以用來(lái)調(diào)節(jié)玻璃的粘性，一般各種玻璃混合料用鉀長(zhǎng)石或鈉長(zhǎng)石。

(2) 陶瓷坯體配料：在燒成前長(zhǎng)石能起瘠性原料的作用，減少坯體的干燥收縮和變形，改善干燥性能，縮短干燥時(shí)間，在燒成過(guò)程中，長(zhǎng)石溶融形成乳白色的粘稠玻璃體。這種玻璃體的特點(diǎn)是冷卻后不再折晶，并能在高溫下溶解一部分高嶺土分解物與石英顆粒，促進(jìn)成瓷反應(yīng)的進(jìn)行，并可降低燒成溫度(在其他條件相同的情況下，可降低溫度100℃左右)，這種作用通常稱為助熔作用。此外，由于高溫下的長(zhǎng)石溶體具有較大的粘度，可以起到高溫?zé)崴茏饔门c高溫膠結(jié)作用，防止高溫變形。冷卻后的長(zhǎng)石溶體以透明玻璃體狀態(tài)存在于瓷體中，構(gòu)成了瓷的玻璃態(tài)基質(zhì)，增加透明度，提高光澤與透光度，改善瓷的外觀質(zhì)量與使用效能。

(3) 陶瓷釉料：陶瓷釉料主要由長(zhǎng)石、石英和粘土原料配成，其中長(zhǎng)石含量可達(dá)15%～35%以上。

(4) 搪瓷原料：主要用長(zhǎng)石和其他礦物原料摻配成琺瑯，摻入量通常為20%～30%以上。

(5) 其他：鉀長(zhǎng)石還可作為生產(chǎn)化肥的優(yōu)質(zhì)原料。

1.2 長(zhǎng)石的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

長(zhǎng)石的主要質(zhì)量指標(biāo)為化學(xué)成分和粒度組成。對(duì)長(zhǎng)石產(chǎn)品的一般要求見(jiàn)表1、表2。

表1 玻璃工業(yè)對(duì)長(zhǎng)石的質(zhì)量要求

表2 陶瓷工業(yè)對(duì)長(zhǎng)石的質(zhì)量要求

用于玻璃工業(yè)的長(zhǎng)石對(duì)粒度的基本要求與石英砂類似，具體指標(biāo)為：+0.71mm為0，0.5～0.1mm為90%，-0.10mm含量小于5%。

而用于陶瓷行業(yè)的長(zhǎng)石，由于在陶瓷加工過(guò)程中還需要進(jìn)行原料的研磨，粒度要求相對(duì)寬松。

2 長(zhǎng)石礦床類型

長(zhǎng)石礦床按成因可分為兩大類。

(1) 偉晶巖型長(zhǎng)石礦：此類礦床主要賦存于偉晶巖區(qū)，其圍巖多為古老的沉積變質(zhì)的片麻巖或混合巖化片麻巖。也有一些礦脈產(chǎn)于花崗巖體或基性巖體中，或在其接觸帶上。礦石主要集中于偉晶巖的長(zhǎng)石塊體帶或分異單一的長(zhǎng)石偉晶巖中。 我國(guó)開(kāi)采的長(zhǎng)石礦床多為偉晶巖型礦床，如：湖南衡山、山東臨朐、河南盧氏等。

(2) 巖漿巖型長(zhǎng)石礦床：此類礦床產(chǎn)于酸性、中酸性及堿性巖漿巖中，其中以產(chǎn)于堿性巖中的最為重要，如霞石正長(zhǎng)巖、霞石正長(zhǎng)斑巖礦床，其次為花崗巖、白崗巖礦床以及正長(zhǎng)巖、石英正長(zhǎng)巖礦床等。如：云南個(gè)舊、安徽鳳陽(yáng)等。

一些典型礦區(qū)的長(zhǎng)石礦的化學(xué)成分見(jiàn)表3。

表3 典型礦區(qū)的長(zhǎng)石礦的化學(xué)成分(%)

3 長(zhǎng)石加工技術(shù)

3.1 選礦方法介紹

長(zhǎng)石中賦存的主要有害礦物主要是鐵礦物，其他雜質(zhì)礦物有粘土、云母、石榴子石、電氣石、綠泥石、石英等。

根據(jù)長(zhǎng)石礦床種類和性質(zhì)不同，采用選礦加工方法包括破碎、磨礦、磁選除鐵等。近年來(lái)，隨著長(zhǎng)石礦資源的減少、質(zhì)量下降，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求不斷提高，以及礦山綜合利用的發(fā)展，引進(jìn)了重選、浮選、高梯度磁選等較復(fù)雜的分選作業(yè)，從而達(dá)到除去石英、云母、含鐵鈦礦物的目的。

由于雜質(zhì)礦物特別是石英，在物性、化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造等方面與長(zhǎng)石相近，所以，長(zhǎng)石與石英等雜質(zhì)的浮選分離比較困難。

根據(jù)長(zhǎng)石礦的礦石性質(zhì)，一般采用的選礦原則工藝流程如下：

(1) 偉晶巖中產(chǎn)出的優(yōu)質(zhì)長(zhǎng)石：手選→破碎→磨礦(或水碾)→分級(jí)。

(2) 風(fēng)化花崗巖中的長(zhǎng)石：破碎→磨礦→分級(jí)→浮選(除鐵、云母)→浮選(石英、長(zhǎng)石分離)。

(3) 細(xì)晶巖中的長(zhǎng)石(一般含云母，有時(shí)含鐵)：破碎→磨礦→篩分→磁選。

(4) 長(zhǎng)石質(zhì)砂礦：水洗脫泥→篩分(或浮選分離石英等)。

常用的長(zhǎng)石選礦加工方法見(jiàn)表4。

長(zhǎng)石是陶瓷、玻璃等制造業(yè)的重要原料。隨著玻璃、陶瓷產(chǎn)品日益高檔化，對(duì)高純低鐵的長(zhǎng)石原料需求量不斷擴(kuò)大。雖然我國(guó)長(zhǎng)石資源豐富，但一般含鐵都較高，同時(shí)長(zhǎng)石礦中均含有一定量的石英，必須經(jīng)過(guò)除鐵提純才能應(yīng)用。目前，我國(guó)長(zhǎng)石加工存在磨礦效率低、選礦工藝技術(shù)落后、生產(chǎn)設(shè)備陳舊等問(wèn)題，沒(méi)有形成規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化。

表4 長(zhǎng)石選礦方法

3.2 長(zhǎng)石的典型加工工藝

筆者在為企業(yè)服務(wù)的過(guò)程中，接觸的長(zhǎng)石生產(chǎn)企業(yè)較多，現(xiàn)選擇兩個(gè)有代表性的長(zhǎng)石加工企業(yè)進(jìn)行介紹。

3.2.1 水洗—棒磨—重選—浮選流程

山東臨朐某鈉長(zhǎng)石礦，礦石主要礦物為鈉長(zhǎng)石，約占85%～90%，其次為石英，約占10%～15%，少量綠泥石，另含極少量的含鐵礦物和金紅石等雜質(zhì)礦物。

原礦及長(zhǎng)石精礦化學(xué)成分見(jiàn)表5。

表5 原礦及長(zhǎng)石精礦化學(xué)成分分析結(jié)果(%)

該礦原有的的加工工藝如下：原礦→一段破碎→石碾→分級(jí)(脫除細(xì)粒及綠泥石)→成品。

原有的加工工藝中只進(jìn)行簡(jiǎn)單的研磨加工，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量較差，燒成白度30左右，屬于低級(jí)品；同時(shí)在長(zhǎng)石加工的過(guò)程中，為了脫除綠泥石，采用水洗脫泥的方案，造成細(xì)顆粒資源的浪費(fèi)。

在對(duì)原礦進(jìn)行細(xì)致的研究后，筆者提供了新的加工工藝，即：原礦經(jīng)過(guò)兩段開(kāi)路破碎后，進(jìn)入棒磨機(jī)與篩子組成閉路系統(tǒng)磨礦，篩下產(chǎn)物先進(jìn)入螺旋溜槽、搖床除去金紅石等重礦物，再通過(guò)中場(chǎng)強(qiáng)磁選機(jī)進(jìn)一步除去機(jī)械鐵，產(chǎn)物脫除細(xì)泥后采用浮選進(jìn)一步除去綠泥石，產(chǎn)品脫水后入均化庫(kù)堆存。

通過(guò)改造，現(xiàn)該廠已形成年加工30萬(wàn)t的能力，通過(guò)加工處理，精礦的化學(xué)成分如表5，產(chǎn)品的燒成白度55～60。

在提高長(zhǎng)石質(zhì)量的同時(shí)，還同時(shí)回收綠泥石產(chǎn)品，綠泥石的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 綠泥石產(chǎn)品的測(cè)試結(jié)果

通過(guò)一年的生產(chǎn)實(shí)踐，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，產(chǎn)量達(dá)到了設(shè)計(jì)能力，現(xiàn)產(chǎn)品供應(yīng)山東淄博和河北的陶瓷企業(yè)，得到用戶的好評(píng)。

該廠的工藝改造中，根據(jù)原礦的性質(zhì)，確定的生產(chǎn)工藝有如下特點(diǎn)：

(1) 采用破碎—棒磨的手段，保證了入選原料的粒度組成符合要求，同時(shí)，采用棒磨—分級(jí)的閉路流程，克服了原石碾流程中產(chǎn)品粒度粗，不能形成閉路磨礦的缺點(diǎn)，做到了資源的合理利用。

(2) 根據(jù)原礦中含有金紅石等重礦物的特點(diǎn)，采用螺旋溜槽—搖床的重選工藝，可以除去金紅石等重礦物，保證產(chǎn)品的含鈦量得到降低。

(3) 針對(duì)原礦含有綠泥石的特點(diǎn)，采用浮選工藝，除去綠泥石可以作為一種產(chǎn)品回收利用。

3.2.2 棒磨—磁選—浮選工藝

河南盧氏某長(zhǎng)石礦為典型的偉晶巖，主要礦物為斜長(zhǎng)石，約占60%，其次為石英，約占30%、白云母8%，另含少量的金紅石、赤鐵礦、磁鐵礦等。

原礦化學(xué)成分及精礦化學(xué)成分見(jiàn)表7。

表7 原礦及產(chǎn)品精礦化學(xué)成分分析結(jié)果(%)

表7 原礦及產(chǎn)品精礦化學(xué)成分分析結(jié)果(%)

設(shè)計(jì)的生產(chǎn)工藝：原礦經(jīng)過(guò)兩段開(kāi)路破碎后，進(jìn)入棒磨機(jī)與篩子組成閉路系統(tǒng)磨礦，篩下產(chǎn)物通過(guò)中場(chǎng)強(qiáng)磁選機(jī)進(jìn)一步除去機(jī)械鐵，高梯度磁選機(jī)除去含鐵礦物，產(chǎn)物脫除細(xì)泥后先采用浮選回收云母，云母回收采用一粗二精的流程，獲得云母精礦；隨后進(jìn)行長(zhǎng)石與石英分離，采用無(wú)氟浮選方法，長(zhǎng)石經(jīng)一段精選后獲得長(zhǎng)石精礦，槽中產(chǎn)物經(jīng)掃選后獲得石英砂，產(chǎn)品脫水后入均化庫(kù)堆存。

現(xiàn)該廠已形成年加工原礦15萬(wàn)t的生產(chǎn)能力，每年生產(chǎn)可獲得7 500t云母精礦，8萬(wàn)t長(zhǎng)石產(chǎn)品及3萬(wàn)t石英砂，現(xiàn)產(chǎn)品供應(yīng)河南及陜西陶瓷企業(yè)，產(chǎn)品受到用戶的好評(píng)。

通過(guò)加工處理，精礦的化學(xué)成分如表7所示，長(zhǎng)石產(chǎn)品的燒成白度60～65。

該廠采用的選礦生產(chǎn)工藝，在長(zhǎng)石加工企業(yè)中，屬于比較復(fù)雜的，與其他企業(yè)相比，其特點(diǎn)如下：

(1) 由于原礦含有一定量的白云母，在選別過(guò)程中需通過(guò)浮選除去，而且白云母還可以作為一種產(chǎn)品回收。

(2) 原礦中，長(zhǎng)石含量低，必須通過(guò)浮選方法進(jìn)行富集，因此，需進(jìn)行長(zhǎng)石與石英的分離，該廠采用的分離方案為無(wú)氟浮選工藝，避免了氟離子的環(huán)境污染問(wèn)題，同時(shí)能夠保證分離效果，確保長(zhǎng)石與石英兩種產(chǎn)品的成分滿足客戶要求。

(3) 對(duì)于其他影響產(chǎn)品質(zhì)量的雜質(zhì)礦物，如含鐵礦物，需通過(guò)磁選方法分離。

3.3 長(zhǎng)石選礦加工的發(fā)展方向

由于國(guó)內(nèi)大型優(yōu)質(zhì)長(zhǎng)石礦床較少，優(yōu)質(zhì)的長(zhǎng)石資源短缺；同時(shí)隨著建筑業(yè)快速發(fā)展及人們生活水平的提高，對(duì)建筑材料的需求量尤其是對(duì)高檔陶瓷的需求量加大，導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)長(zhǎng)石的需求量增加，長(zhǎng)石的選礦加工勢(shì)在必行。

傳統(tǒng)的加工工藝已經(jīng)不能滿足市場(chǎng)的需求，隨著長(zhǎng)石選礦技術(shù)的進(jìn)步，未來(lái)長(zhǎng)石選礦的發(fā)展方向?qū)Ⅲw現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

(1) 采用多種選別作業(yè)，包括重選、磁選、浮選等選礦方法，由于礦石質(zhì)量的差異及對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高，未來(lái)的長(zhǎng)石加工企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身的礦石性質(zhì)，采用復(fù)合的選礦手段提升產(chǎn)品質(zhì)量。

(2) 長(zhǎng)石石英分離，隨著優(yōu)質(zhì)長(zhǎng)石的消耗，目前很難找到直接使用的長(zhǎng)石資源，而長(zhǎng)石的使用廠家對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求越來(lái)越高，這就需要推廣新的生產(chǎn)技術(shù)，其中長(zhǎng)石石英分離將是今后選礦發(fā)展方向，只有通過(guò)長(zhǎng)石石英分離，才能利用過(guò)去棄之不用的資源，滿足市場(chǎng)對(duì)優(yōu)質(zhì)長(zhǎng)石原料的需求。

(3) 在有資源和市場(chǎng)的地區(qū)建設(shè)大型選礦廠、實(shí)現(xiàn)規(guī)模效益。

(4) 根據(jù)現(xiàn)有資源的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)石產(chǎn)品系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，保證資源的有效利用，同時(shí)也能提供不同客戶的需求。

4 結(jié)語(yǔ)

(1) 由于國(guó)內(nèi)大型優(yōu)質(zhì)長(zhǎng)石礦床較少，優(yōu)質(zhì)的長(zhǎng)石資源短缺；同時(shí)隨著建筑業(yè)快速發(fā)展及人們生活水平的提高，對(duì)建筑材料的需求量尤其是對(duì)高檔陶瓷的需求量加大，導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)長(zhǎng)石的需求量增加，長(zhǎng)石的選礦加工勢(shì)在必行。

(2) 傳統(tǒng)的加工工藝已經(jīng)不能滿足市場(chǎng)的需求，隨著長(zhǎng)石選礦技術(shù)的進(jìn)步，采用多種選別作業(yè)，包括重選、磁選、浮選等選礦方法是長(zhǎng)石加工的發(fā)展方向。

(3) 根據(jù)當(dāng)?shù)刭Y源的特點(diǎn)，選擇合理的加工方法，提高資源利用效益是目前長(zhǎng)石加工企業(yè)的重要課題，也是廣大科技工作者需要解決的課題。

Study on Feldspar Mineral Processing

ZHANG Xiong-ming, ZHANG Ying-liang
(Sinoma Geological Engineering Exploration Academy, Beijing 100102, China)

TD973.5

A

1007-9386(2012)03-0032-04

2012-01-17