高嶺土選礦工藝
摘要： 本文對高嶺土選礦工藝的現(xiàn)狀及發(fā)展進行了全面評述，詳細地介紹了近些年高嶺土礦中出現(xiàn)的新工藝和新設備，總結(jié)了高嶺土選礦的工藝特點，為合理地開發(fā)高嶺土資源，提高高嶺土產(chǎn)品質(zhì)量提供了有益的參考。
關(guān)鍵詞：礦物加工；高嶺土；高梯度磁選；浮選；脫水
The current situation and development of kaolin
(Liaoning Technical University, Fuxin City, Liaoning Province, China 123000)
Abstract：The current situation and development of this text to kaolin's ore dressing craft have carried on the overall commentary, have introduced new craft and new equipment appearing in kaolin ore in recent years in detail , has summarized the craft characteristic of kaolin's ore dressing, in order to develop kaolin resources rationally, have improved the native produce quality of high mountain range and offered beneficial reference
Keywords: Minerals processing； Kaolin；High gradient magnetic separation；Flotation；Dehydration
1 前言
高嶺土是一族粘土礦物的總稱，其基本組成為高嶺石組和多水高嶺石組，主要由高嶺石、埃洛石組成，含量可達90%以上，其次還有水云母，?；煊悬S鐵礦、褐鐵礦、銳鈦礦、石英、玉髓、明礬等，有時還有少量的有機質(zhì)。高嶺土具有可塑性、粘結(jié)性、燒結(jié)性及耐火性等優(yōu)良的工藝特性，所以被廣泛應用于陶瓷、造紙、橡膠、塑料和耐火材料等工業(yè)。高嶺土礦床的成因類型主要有三類：風化型、沉積型和熱液蝕變型[1]。
高嶺土原礦的加工工藝取決于原礦的性質(zhì)及產(chǎn)品的最終用途。在工業(yè)生產(chǎn)中應用的工藝有兩種:干法工藝和濕法工藝，通常硬質(zhì)高嶺土采用干法生產(chǎn)，軟質(zhì)高嶺土采用濕法生產(chǎn)。
2 干法選礦工藝
干法工藝是一種簡單經(jīng)濟的加工工藝。采出的原礦經(jīng)過錘式破碎機碎至25.4mm后，給入籠式破碎機，使粒度減小到6.35mm，籠式破碎機內(nèi)的熱空氣將高嶺土的水分由采出的20%降至10%左右。碎后的礦石則經(jīng)配有離心分離機和旋風除塵器的吹氣式雷蒙磨進一步磨細[2]。該工藝可將大部分砂石除去，產(chǎn)品通常用于橡膠、塑料及造紙工業(yè)的低價填料。用于造紙工業(yè)時，該產(chǎn)品可作為填料層灰分含量小于10%或12%處的填料，此時產(chǎn)品的亮度要求不高。
當干法對產(chǎn)品的白度等要求較高時，必須對雷蒙磨產(chǎn)出的產(chǎn)品進行干式除鐵。干法工藝的優(yōu)點是可省掉產(chǎn)品脫水和干操過程，減少灰粉流失，工藝流程短，生產(chǎn)成本低，適宜于干旱和缺水地區(qū)。但要得到高純優(yōu)質(zhì)高嶺土還得靠濕法工藝。
3 濕法選礦工藝
濕法工藝包括礦石準備、選礦加工和產(chǎn)品處理三個階段。準備階段包括配料、破碎和搗漿等作業(yè)。搗漿是將高嶺土原礦與水、分散劑混合在搗漿機內(nèi)制漿，搗漿作業(yè)可使原礦分散，為選別作業(yè)制備適當細度的高嶺土礦漿，并同時去掉大粒的砂石。選礦階段可能包括水力分級、浮選、選擇性絮凝、磁選、化學處理(漂白)等作業(yè)，以除去不同的雜質(zhì)。準備好的礦漿先經(jīng)耙式洗箱、浮槽分級機或旋流器除砂，然后用連續(xù)式離心機、水力旋流器、水力分選器或振動細篩(325目)將其分為粗細兩個粒級。分級機的細粒級送入HGMS(高梯度磁選機)除去鐵鈦雜質(zhì)，產(chǎn)品經(jīng)攪拌擦洗剝離后進行氧化鐵浸出，對亮度已足夠高并具有良好涂層性能的粘土可不經(jīng)磁選和剝離而直接送至浸出作業(yè)。浸出后，在礦漿中添加明礬使粘土礦物凝聚而便于脫水。漂白的粘土用高速離心機，旋轉(zhuǎn)式真空過濾機或壓濾機脫水。過濾機或壓濾機脫水。濾餅經(jīng)再分散成55%～65%固體的礦漿，然后噴霧干燥制成松散的干品。部分干品被混入到分散的礦漿中制成70%固體，用船運至造紙廠。
不經(jīng)選別的最終產(chǎn)品亮度較低，只有在流程中配置磁選、泡沫浮選或選擇性絮凝作業(yè)才能獲得高亮度的粘土產(chǎn)品。但這些獨立的作業(yè)均具有各自的優(yōu)勢與缺陷，因而工業(yè)上通常采用兩至三種這些工藝的聯(lián)合流程以便粘土資源的綜合利用。
3.1 高梯度磁選
高嶺土中的染色雜質(zhì)(如赤鐵礦等)具有弱磁性，因而可以利用高梯度磁選機將其除去。美國利用PEM-84型濕式高梯度磁選機，可使高嶺土原礦中的Fe2O3由0.9%降至0.6%，Ti2O3由1.8%～2.0%降至0.8%。這種高梯度磁選機用不銹鋼毛作介質(zhì)，場強為1.5～2.0T時，需耗電270～500kw。我國對湖南酸陵、耒陽、泊羅、衡嶺土進行了濕法研究[3-6]，都取得了良好的試驗結(jié)果，特別是用振動高梯度磁選脫除高嶺土中的鐵鈦取得了非常好的試驗指標。對湖南耒陽高嶺土用我國CLY500型振動高梯度磁選機與美國PEM - 84的高梯度磁選機對比試驗結(jié)果看，從降鐵、鈦雜質(zhì)含量，提高白度來看，中國的高梯度磁選機性能優(yōu)于美國。
由于有些高嶺土礦中部分鐵雜質(zhì)以硅酸鹽形式存在，磁性非常弱，而鈦以金紅石的形式存在，則磁選方法很難奏效，因此流程中通常配以浮選，選擇性絮凝等其他作業(yè)，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量。近年來，超導磁選機已成功地應用于高嶺土分選，不僅能耗減少，而且場強可以大大提高，高嶺土精礦的質(zhì)量也更高。Eriez超導磁選機具有迅速升磁的特點，可在60s內(nèi)達到最高設計場強(5T)，而消磁時間短，這就大大縮短了負載循環(huán)期間從磁體中沖洗磁性雜質(zhì)所需的時間。其能耗低，比常規(guī)磁選機減少80%左右，處理量大，可達100t/h以上。英國試驗過一種往復螺旋管超導磁系，其設計類似于常規(guī)的罐形磁濾器，所不同的是它在工作循環(huán)期間仍將超導磁體保留在激磁狀態(tài)，而無須開關(guān)控制，并可連續(xù)作業(yè)。德國洪堡公司設計的3048mm、超導高梯度磁選機，結(jié)構(gòu)簡單，操作及維護費用低，同時具有較好的穩(wěn)定性。
3.2 泡沫浮選
浮選作業(yè)的目的是從高嶺土中浮選出鈦雜質(zhì)。由于雜質(zhì)顆粒極細，通常采用載體浮選工藝。載體礦物可以是方解石、硅砂(-325目)，載體礦物的用量一般為高嶺土重量的10%~20%，載體的一部分經(jīng)過回可再利用。浮選過程中所用的藥劑包括:分散劑硅酸鈉，pH調(diào)整劑氫氧化胺和苛性鈉捕收劑塔爾油、脂肪酸及石油磺酸鈣。但是浮選存在不少缺點，載體的疏水化需要大量的藥劑.浮選過程只能在礦漿濃度較低有效，從而增加脫水費用.所加載體必須從粘土產(chǎn)品中盡可能地清除.并從泡沫產(chǎn)品中回收以循環(huán)使用。殘留在粘土中的化學藥劑及載體礦物對最終產(chǎn)品有害。Cundy和Yong等人研究了一種不需載體的浮選工藝，直接從高嶺土中浮出銳鈦礦，其特點是在分散劑(如硅酸鈉)和pH調(diào)整劑(常用氫氧化胺)存在條件下進行高礦漿濃度(40%～60%固體)擦洗，清除表面污物，同時擦洗也使銳鈦礦和赤鐵礦從高嶺土礦物中解離出來，然后將少量的活化劑及脂肪酸類捕收劑一起加入礦漿，被捕收劑覆蓋的銳鈦礦在高剪切攪拌條件下形成選擇性團聚，從而使顆粒尺寸顯著增大，高剪切攪拌調(diào)漿后的礦漿稀釋至15%~20%固體進行浮選，高嶺土中的明礬石也可用浮選脫除。
3.3選擇性凝聚/絮凝
在pH8~11時，向高嶺土礦漿中加Ca2+、Mg2+等堿性土金屬離子可觀察到鐵鈦雜質(zhì)的選擇性凝聚，然后用弱陰離子聚合電解質(zhì)進行選擇性絮凝。該工藝要求礦漿濃度要低于20%，因此必定有大量的水分要在后續(xù)作業(yè)中脫去，同時殘留的絮凝劑對最終產(chǎn)品的質(zhì)量也有影響。
用高分子絮凝劑對高嶺土進行選擇性絮凝，高嶺土顆粒相互絮凝沉向底部，鐵鈦雜質(zhì)則因顆粒微細而存在于上部的懸浮液中呈紅褐色，將這上部的懸浮液脫去即可脫去大部分的鐵鈦雜質(zhì)，再用別的作業(yè)(如磁選)加以處理即得到高品質(zhì)的高嶺土。蘇州高嶺土公司采用選擇性絮凝新工藝取得了較好的指標。采用選擇性絮凝加高梯度磁選處理高嶺土也獲得了滿意的指標。
3.4浸出
浸出是在弱酸性溶液(pH3～4)有還原劑(NaS2O4)存在條件下進行的，可使溶解的鐵保持Fe2+狀態(tài)，避免生成Fe(OH)3，用水洗滌使之與高嶺土分離。為了除去深色的有機質(zhì)，可以用強氧化劑(過氧化氫、次氯酸鈉等)進行漂白，蘇州高嶺土公司選廠采用氧化漂白法取得了優(yōu)質(zhì)的高嶺土產(chǎn)品。據(jù)報道，用微生物處理高嶺土可以明顯地提高產(chǎn)品的質(zhì)量。
3.5脫水
選別后的粘土在貯漿桶內(nèi)貯存6～8h，pH調(diào)節(jié)到3～4，接近粘土的零電點，因而粘土顆粒容易團聚。在礦漿中添加明礬對粘土粒子的團聚有幫助，可促進脫水。圓筒過濾機為常用的脫水裝置，它可使礦漿濃度增至55%~60%。過濾作業(yè)的重要作用之一在于除去粘土中的化學藥劑。為強化此作業(yè)，常采用水噴霧。噴霧干燥已成為粘土工業(yè)中十分有效的一種工藝，但其成本昂貴。近年來，出現(xiàn)了一種利用電場中荷電顆粒電泳特性的新型過濾工藝。高嶺土粒子在pH>3時荷負電，其周圍由帶相反電荷的離子霧所包圍而形成雙電層。在電場中粘土粒子移向陽極，離子霧中配衡離子則移向陰極。當顆粒抵達陽極時，便用來保護電極的陽極薄膜上形成的濾餅.陽極濾餅采用電滲法進一步脫水，多余水分按電滲原理用泵通過荷負電的濾餅毛細管抽出。
采用脫水劑使高嶺土顆粒團聚成大顆粒，這樣既可以加速顆粒沉淀速度，有利于脫水，又可以減少微細粒的高嶺土損失，因此高嶺土新型高效脫水劑的開發(fā)也是其研究方向之一。
4高嶺土選礦技術(shù)的特點
綜合各國高嶺土選礦技術(shù)有以下特點：
①從礦山開采出的原礦就地進行粗選，將大量尾砂丟棄在礦山，這既解決了采空區(qū)填充，也減少了選礦廠原礦堆存和運輸，只設精選廠，集中精選各粗選廠的精礦；
②礦山與精選廠之間一般采用管道運輸，美國從1939年開始，高嶺土礦漿就采用管道運輸；
③高濃度制漿，分選過程礦漿中加分散劑，脫水過程中加絮凝劑，壓濾機或真空過濾機產(chǎn)品可不經(jīng)干燥即作為產(chǎn)品出售；
④選礦作業(yè)除采用水力旋流器分級外，也采用離心分級機、砂磨機、高梯度磁選機、浮選機，以提高產(chǎn)品細度和降低鐵、鈦、硫等雜質(zhì)；
⑤化學漂白工藝為美國、英國、前蘇聯(lián)等主要高嶺土生產(chǎn)國所普遍采用，以生產(chǎn)高白度的高嶺土產(chǎn)品，但其成本較高；
⑥高嶺上產(chǎn)品以塊狀、粗粉狀、細粉狀和漿狀形式出售。生產(chǎn)廠根據(jù)用戶的要求，供應不同的產(chǎn)品。產(chǎn)品的干燥設備品種多，但以噴霧干燥應用最多，因其成本相對較低;
⑦選礦廠不僅生產(chǎn)能力大，而且品種多，且都是標準化的產(chǎn)品。可滿足不同用戶的需要。中國高嶺土公司產(chǎn)品有四大類34個品種。這些產(chǎn)品廣泛用于紙張的填料和涂料，陶瓷工業(yè)的原料，橡膠和塑料的填充劑和增強劑，白水泥油毛氈、屋面涂料和防水劑的配料，玻璃纖維的配料，油墨顏料，化妝品和肥皂的填料，農(nóng)藥和化肥的載體，研磨材料的粘結(jié)劑，合成分子篩，石油催化劑，原子能反應堆等許多行業(yè)。
5結(jié)論
①載體浮選工藝使微細粒的高嶺土選別成為可能。其優(yōu)點是增加粒子動能，但其藥劑耗量高，且載體礦物的使用及加工成本進一步增高。
②不用載體而借助于多價陽離子的活化作用，亦可使銳鈦礦得以浮游，但脂肪酸配捕收劑耗量高于其他工業(yè)礦物的浮選，這可能是粒子的表面積大所致。
③高剪切攪拌在浮選中起著兩方面的作用，一是使銳鈦礦從高嶺石中解離出來，二是誘發(fā)捕收劑覆蓋的銳鈦礦顆粒之間的剪切絮凝。
④高梯度磁選技術(shù)大大改變了高嶺土工業(yè)的面貌，特別是振動高梯度磁選能有效地脫除高嶺土中的鐵鈦雜質(zhì)，而對產(chǎn)品的粒度組成、物理化學性質(zhì)等影響極小，可以生產(chǎn)出高品質(zhì)的高嶺土產(chǎn)品。干式高梯度磁選處理硬質(zhì)高嶺土就可省去產(chǎn)品脫水，減少產(chǎn)品流失，適宜于干旱少水地區(qū)。超導高梯度磁選機能耗少，處理量大.產(chǎn)品純度高，必將在高嶺土工業(yè)中得到廣泛應用。
⑤對高嶺土產(chǎn)品氧化漂白及微生物處理，可以大大提高產(chǎn)品質(zhì)量。
⑥電泳/電滲脫水工藝將礦漿濃度提高到70%左右，而生產(chǎn)費用大大低于噴霧干燥。
⑦多種作業(yè)聯(lián)合處理及最終產(chǎn)品多是高嶺土選礦工藝的主要特征。
參考文獻(Reference):
[1] 戴長祿等.高嶺土[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1983.
[2] P .H.Yoon，et al.，Advance in Mineral Processing，SME，1986：366～462.
[3] 彭世英等.陶瓷研究，1989(1).
[4] 彭世英等.非金屬礦，1989(4):16～18.
[5] 彭世英等.陶瓷，1987(1):13～22.
[6] 彭世英等.礦產(chǎn)綜合利用，1989(4):4～7.
