鐘森林，梁燾茂，陳 龍，張超達(dá)，王豐雨，蔡紹波

1.廣東省科學(xué)院資源綜合利用研究所，廣東省礦產(chǎn)資源綜合開(kāi)發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州510650；2.廣州粵有研礦物資源科技有限公司，廣東 廣州510650

高嶺土廣泛應(yīng)用于陶瓷工業(yè)、造紙涂料、橡膠、塑料、電纜、耐火材料和石化、醫(yī)藥、輕工，以及農(nóng)業(yè)等行業(yè)中[1]．隨著人們生活水平的提高，對(duì)日用陶瓷、建筑衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來(lái)越高，極大的刺激了對(duì)優(yōu)質(zhì)高嶺土陶瓷原料的需求．而天然高嶺土常含有鐵、鈦等致色元素，降低了其白度，限制了其應(yīng)用．為保證產(chǎn)品質(zhì)量，通常需要對(duì)高嶺土原料進(jìn)行選礦提純加工，除去鐵和鈦等致色元素以提高白度．高嶺土的選礦提純方法有重選法(除砂)、磁選法、浮選法、生物法和化學(xué)漂白法[2]，工業(yè)上一般采用強(qiáng)(高梯度)磁選和化學(xué)漂白方法除去鐵、鈦等染色元素．化學(xué)漂白工藝生產(chǎn)成本較高，操作復(fù)雜，而且殘留化學(xué)藥劑對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有較大的影響，同時(shí)需要對(duì)漂白后的洗滌廢水進(jìn)行處理，容易對(duì)環(huán)境造成一定的污染[3]．磁選方法具有自動(dòng)化程度高、無(wú)污染、勞動(dòng)強(qiáng)度低等優(yōu)點(diǎn)，但當(dāng)前磁選設(shè)備分選高嶺土?xí)r存在處理量小、介質(zhì)堵塞、除鐵效率低下等問(wèn)題，亟待改進(jìn)．

福建某地具有豐富的砂質(zhì)高嶺土資源，廣泛應(yīng)用于陶瓷制品．某高嶺土加工廠對(duì)原礦進(jìn)行破碎、搗漿、分級(jí)、除砂后，獲得-0.043 mm粒級(jí)含F(xiàn)e2O3為0.55%、燒成白度為75.2的高嶺土原料．為提高產(chǎn)品品質(zhì)，獲得更高經(jīng)濟(jì)效益，生產(chǎn)含F(xiàn)e2O3為0.3%以下的優(yōu)質(zhì)陶瓷原料，開(kāi)發(fā)了適用于高嶺土選別的ZQS-X型周期式磁選機(jī)．工業(yè)試驗(yàn)取得了良好的生產(chǎn)指標(biāo)，使用ZQS-X型周期式磁選機(jī)對(duì)該高嶺土礦磁選一次，獲得了含F(xiàn)e2O3為0.29%、燒成白度為88.7的優(yōu)質(zhì)陶瓷原料．

1 礦樣制備及性質(zhì)

高嶺土原料制備流程如圖1所示．首先原礦用高壓水槍破碎，再經(jīng)條篩隔去大塊的粗粒級(jí)礦石，然后進(jìn)入搗漿機(jī)制漿，依次經(jīng)過(guò)圓筒篩和螺旋分級(jí)機(jī)除去粗砂，分級(jí)機(jī)溢流經(jīng)旋流器和振動(dòng)篩除去細(xì)砂，篩下物即是高嶺土原料．

圖1 高嶺土原料制備流程圖Fig.1 Processing flow sheet of kaolin raw ore

高嶺土原料多元素分析結(jié)果列于表1．由表1可知，試樣含Al2O3為34.81%，燒白度為75.2，含致色元素Fe2O3及TiO2分別為0.55%和0.02%．

表1 試樣多元素分析結(jié)果Table 1 Analysis result of multi-element

圖2為原料X射線衍射圖譜．從圖2可見(jiàn)，試樣的主要礦物成分為石英、高嶺石及云母、伊利石和三水鋁石等．

圖2 高嶺土原料XRD圖譜Fig.2 XRD image of kaolin raw ore

2 ZQS-X磁選機(jī)和試驗(yàn)方案

2.1 ZQS-X磁選機(jī)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及工作原理

ZQS-X磁選機(jī)為新型周期式強(qiáng)磁選機(jī)，主要運(yùn)用于細(xì)粒及微細(xì)粒非金屬礦的除雜，由廣州粵有研礦物資源科技有限公司研制生產(chǎn)，是一種高效的磁選設(shè)備，目前已系列化生產(chǎn)應(yīng)用[4]．該設(shè)備激磁線圈采用紫銅繞制而成，鐵鎧磁系包裹線圈，合理的磁系設(shè)計(jì)極大的減少了漏磁，在上下磁系間形成場(chǎng)強(qiáng)高且分布均勻的選別腔,該機(jī)最大磁場(chǎng)強(qiáng)度可達(dá)1.5 T．

圖3為新型ZQS-X磁選機(jī)的示意圖，該設(shè)備主要由磁系、激磁線圈、磁介質(zhì)、電控柜及各管路組成．礦漿經(jīng)泵或高位礦箱給入磁選機(jī)進(jìn)漿管，再進(jìn)入磁選機(jī)選別腔，礦漿里的磁性礦物被磁選機(jī)分選腔里的磁介質(zhì)吸附，非磁性礦物隨礦漿從磁選機(jī)上部精礦管排至產(chǎn)品池．當(dāng)磁介質(zhì)吸附飽和時(shí)磁選機(jī)停止給礦，留在分選腔里的礦漿可通過(guò)回漿(洗礦)管進(jìn)行回漿或洗漿，采取回漿方式時(shí)礦漿則進(jìn)入給礦池，采用洗漿方式時(shí)礦漿則連接洗漿水排至產(chǎn)品池，同時(shí)入選礦漿從回流管回至給礦池．磁選機(jī)卸礦時(shí)，采用高壓水及高壓空氣對(duì)吸附在磁介質(zhì)上的磁性物進(jìn)行上、下沖洗，并經(jīng)上、下沖排鐵管排出磁選物，然后進(jìn)入下一個(gè)選別周期，整個(gè)過(guò)程由PLC自動(dòng)控制．

圖3 ZQS-X磁選機(jī)設(shè)備示意圖Fig.3 Diagram of ZQS-X magnetic separator

ZQS-X磁選機(jī)主要特點(diǎn)：磁系為多邊形，采用紫銅材質(zhì)的銅管作為激磁線圈，保證了分選區(qū)磁場(chǎng)強(qiáng)度高，分布均勻；電源控制柜高效、安全、可靠，保證了設(shè)備性能及運(yùn)作的穩(wěn)定，進(jìn)而確保指標(biāo)的長(zhǎng)期穩(wěn)定；采用鋼網(wǎng)和鋼毛相結(jié)合的組合磁介質(zhì)，既保證了對(duì)磁性物的吸附，同時(shí)又降低了高嶺土的夾帶損失量；卸礦時(shí)結(jié)合高壓水和高壓空氣，并采用上沖和下沖交替的合理沖洗工藝流程，達(dá)到了快速、高效的卸礦效果，保證了磁介質(zhì)不堵塞，提高了設(shè)備生產(chǎn)率和穩(wěn)定生產(chǎn)指標(biāo)，同時(shí)減少?zèng)_洗水用量進(jìn)而減輕后續(xù)磁性物脫水作業(yè)量．

2.2 試驗(yàn)方法

由于所制備的高嶺土原料漿的濃度較低，直接進(jìn)行磁選礦漿量大，會(huì)導(dǎo)致處理效率較低，需經(jīng)濃縮處理，但濃度過(guò)濃時(shí)高嶺土礦漿黏度增大，流動(dòng)性下降，高嶺土容易夾帶在磁介質(zhì)中，既易造成堵塞磁選機(jī)，又降低設(shè)備生產(chǎn)率及產(chǎn)品回收率．同時(shí)，高嶺土中礦物顆粒表面帶有不同電荷，容易相互吸引而絮凝，加入一定量的分散劑使礦物顆粒充分分散，從而降低黏度，有利于提高分選效果[5-6]．

首先將高嶺土原料漿泵送至緩存池濃縮，濃縮至一定濃度后抽至磁選機(jī)給礦池中，在添加適量的分散劑進(jìn)行攪拌，然后經(jīng)ZQS-X-1000磁選機(jī)磁選除鐵，磁選后的非磁性物經(jīng)濃縮、壓濾、造粒、烘干、打包后為高嶺土產(chǎn)品，磁選機(jī)的磁性物經(jīng)濃縮、壓濾后作為副產(chǎn)品．

3 結(jié)果與討論

為降低高嶺土的鐵含量及提高白度，確定ZQS-X-1000最佳生產(chǎn)條件．試驗(yàn)時(shí)磁選機(jī)磁場(chǎng)強(qiáng)度參數(shù)采用該機(jī)最大值進(jìn)行試驗(yàn)，即固定磁選機(jī)的磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.5 T．為確定合適給礦濃度，首先進(jìn)行給礦濃度條件試驗(yàn)，然后進(jìn)行分散劑六偏磷酸鈉添加量的條件試驗(yàn)研究，最后進(jìn)行礦漿處理量的試驗(yàn)．

3.1 給礦濃度條件試驗(yàn)

在入選礦漿量為25m3/h、六偏磷酸鈉的添加量為0.4%條件下，分別進(jìn)行了12.5%，15%，17.5%，20%和22.5%的給礦濃度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4．由圖4可見(jiàn)：隨著給礦濃度的增加，F(xiàn)e2O3品位提高而產(chǎn)率下降；當(dāng)給礦濃度大于17.5%時(shí)，產(chǎn)品Fe2O3品位增加，但產(chǎn)品產(chǎn)率降低明顯．這主要原因是高嶺土粒度較細(xì)，濃度較大時(shí)礦漿黏性也較大，不利于磁選，同時(shí)夾帶也較嚴(yán)重．

圖4 給礦濃度條件試驗(yàn)Fig.4 Test of influence of pulp density on the magnetic separation of kaolin

3.2 六偏磷酸鈉用量條件試驗(yàn)

在給礦濃度17.5%、入選礦漿量25 m3/h條件下，進(jìn)行了不同六偏磷酸鈉添加量的試驗(yàn)，添加量分別為0.1%，0.2%，0.3%，0.4%和0.5%，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5．從圖5可見(jiàn)，隨著給礦中六偏磷酸鈉含量的增加，產(chǎn)品中Fe2O3品位呈降低趨勢(shì)，當(dāng)六偏磷酸鈉添加量大于0.4%時(shí)，產(chǎn)品Fe2O3的品位降低不明顯，產(chǎn)品白度也提高不大．

圖5 六偏磷酸鈉用量條件試驗(yàn)Fig.5 Test of influence of sodium hexametaphosphate dosage on the magnetic separation of kaolin

3.3 入選礦漿量條件試驗(yàn)

確定給礦濃度17.5%、六偏磷酸鈉添加量0.4%，改變單位時(shí)間入選礦漿量，進(jìn)行了入選礦漿量的條件試驗(yàn)，其中入選礦漿量分別為10，15，20，25，30和35 m3/h，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖6．

圖6 入選礦漿量的條件試驗(yàn)Fig.6 Test of influence of pulp feed capacity on the on the magnetic separation of kaolin

從圖6可見(jiàn)，隨著入選礦漿量的增加，產(chǎn)品Fe2O3品位增加，白度下降，尤其當(dāng)入選礦漿量大于25m3/h時(shí)產(chǎn)品Fe2O3含量高于0.3%，但白度顯著降低．因此，要生產(chǎn)Fe2O3含量小于0.3%的高嶺土產(chǎn)品，入選礦漿量不應(yīng)超過(guò)25 m3/h．

3.4 穩(wěn)定試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)條件試驗(yàn)結(jié)果，選定ZQS-X-1000磁選機(jī)磁場(chǎng)強(qiáng)度1.5T、礦漿處理量為25m3/h、給礦濃度為17.5%及六偏磷酸鈉添加量為0.4%的條件下，磁選機(jī)給礦量為4.8t/h進(jìn)行穩(wěn)定生產(chǎn)，生產(chǎn)產(chǎn)品經(jīng)濃縮后壓濾成成品，穩(wěn)定生產(chǎn)7周，最終可獲得產(chǎn)率84.15%，F(xiàn)e2O3品位0.29%、燒成白度為88.7的高嶺土綜合產(chǎn)品．

4 結(jié) 語(yǔ)

福建某含F(xiàn)e2O3為0.55%和燒成白度75.2的砂質(zhì)高嶺土原料，在ZQS-X-1000磁選機(jī)磁場(chǎng)強(qiáng)度1.5 T，給礦量為4.8 t/h，給礦濃度為17.5%，給礦中六偏磷酸鈉含量為0.4%的條件下，高嶺土原料經(jīng)ZQS-X-1000磁選機(jī)一次選別后可取得磁選作業(yè)產(chǎn)率84.15%，含F(xiàn)e2O3品位0.29%，燒成白度為88.7的高嶺土成品．ZQS-X磁選機(jī)可有效降低高嶺土原料中的鐵品位，磁選除鐵率達(dá)55.63%．連續(xù)生產(chǎn)表明，ZQS-X磁選機(jī)性能、指標(biāo)穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)環(huán)保．