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长石的分选与除杂工艺研究

时间:2016-04-25 00:00:00   编辑:红星机器 返回列表

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长石作为搪瓷、陶瓷、玻璃工业以及磨粒磨具、肥料等工业的原料,其长石原矿中常伴有金属及非金属杂质,需经过除杂工艺处理后,才能更好的加以应用。

长石除杂质主要指铁、钛杂质的去除;而长石分选主要与云母类硅酸盐矿物及石英分离。由于长石与石英的性质相近,难于分选,目前主要有氢氟酸法、无氟有酸法和无氟无酸法,且不同程度地存在含氟与酸性废水的处理和利用问题。

长石

一、长石中铁、钛杂质的去除

长石矿中的铁、钛杂质主要以赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿、黑云母、金红石、榍石等形式存在,以及一些具有弱磁性的铁氧化物、白云母及石榴子石等针对此类杂质采取磁选机磁选分离的方法。根据矿石中含铁、钛矿物磁性强弱特点可以采用干式、湿式强磁选或是高梯度磁选的工艺方法去除。

磁选机

对粉碎解离过程中产生的粒度小于20μm的细小颗粒,常规方法分选效果不佳,将其丢弃会导致大量有用矿物成分流失。对此,国外用淀粉对矿浆中的含铁矿物进行选择性絮凝,淀粉对含铁矿物有较好的亲和力,而不会吸附于长石上,含铁矿物絮凝沉淀后再利用浮选等方法即可有效除去。

对长石中含有极细微嵌晶结构的杂质,专家研究表明:采用高浓度的硫酸、在较高的酸浸温度和较长的酸浸时间,除铁效果较好。影响钾长石酸浸除铁效果的主要原因是铁在原矿中的赋存状态,当铁主要以赤铁矿、磁铁矿、黄铁矿、铁绿泥石等矿相存在时,在硫酸酸浸过程中容易除去,但当以黑云母、钠铁闪石等矿相存在时则较为困难。铁可作为某些微生物的电子载体和能量源,与微生物作用时发生氧化、还原反应,变成可溶解的离子态,此过程产生的有机酸也会使杂质矿物溶解,再通过水洗即可将杂质矿物除去。对细小长石微粒中的含铁矿物,若传统方法很难去除,可考虑采用生物浸取的方法除含铁杂质。此外,对于一些难去除的铁杂质,不仅含铁较高而且其中部分铁杂质以铁染形式渗透于长石解理中,宜采用上述工艺的联合流程将铁杂质含量降低。

二、长石与云母类矿物的分离

长石中若伴生云母类的层状硅酸盐矿物,对长石精矿的白度和品质有较大的影响。云母类层状结构的硅酸盐矿物,其化学成分及晶体结构复杂,矿物解离后其表面性质差异很大。云母是两层硅氧四面体夹着一层铝氧八面体构成的复式硅氧层结构,结构中一些Al3+类质同象替换硅氧四面体中的Si4+,夹心面带一个受单位层间阳离子补偿的电荷,矿物解离后,在水溶液中表面形成带有不依赖于PH值变化的较高负电荷。利用云母族层状硅酸盐矿物的此性质,可在酸性介质中用胺类阳离子捕收剂浮选将其分离。胺类作为浮选药剂时不仅具有良好的捕收性和选择性,还具有较好的起泡性。

利用红星机器浮选机反浮选在长石中去除云母,采用胺类捕收剂(十二胺:十八胺=2:1)、添加浓度5%、药剂用量825g/t;控制矿浆PH值在2~3左右,矿浆浓度40%。可有效去除云母类杂质,使长石白度由7%提高到54%。长石与云母同属于硅酸盐类矿物,但其结构不同,对其分离相对较易。在长石矿中,石英常与长石共生且属于同一结构的硅酸盐矿物。浮选法是目前分离长石、石英常用且有效的方法。

浮选机

三、氢氟酸法分离长石与石英

氢氟酸法是在长石和石英的矿浆体系中,加入氢氟酸,在PH=2~3时用胺类阳离子捕收剂优先浮选长石。石英解离表面由Si-O断裂而成。当加入氢氟酸使矿浆PH值下降后,其体系中石英、长石表面的解离平衡被打破;H+浓度提高,使得解离平衡左移,石英、长石表面的负电性减小。当PH=2~3时,石英表面动电位接近零;由于氢氟酸对Si-O键的刻蚀,使长石表面Al3+突出而成为活性中心。此时,溶液中很快形成[SiF6]2-络离子,能与长石表面的Al3+、kA+、NA+形成稳定的络合物附着于长石表面,形成长石表面疏水而优先浮出。

通过擦洗处理后,氢氟酸法分离长石和石英。采用重选-浮选联合流程的条件为擦洗时间为10miN,擦洗介质为1.90kg/t原矿;HF1.43kg/t原矿,硫酸0.53kg/t原矿,捕收剂DY-012.00kg/t原矿,实验效果理想。石英精矿中SiO2从原来的93.91%提高到98.86%,而且长石产品中Al2O3含量较高,浮选的选择性好。因对含氟废水排放有严格的限制,实验后对矿浆进行降氟处理,用降氟处理药剂活性氧化铝对[SiF6]2-的络合物作用,经过处理后排放的浮选废水中氟离子含量1.96mg/l,浮选循环水中的氟离子量为0.21mg/l,低于国家10mg/l的标准。

四、无氟有酸法分离长石与石英

无氟有酸法是指在强酸(一般指H2SO4)性,即PH值为2~3的介质中,用阴阳离子混合捕收剂优先浮选长石。研究表明:PH值为2~3处于石英零电点附近,而比长石零电点(PH=1.5)高,在此PH值下,PH大于长石表面的零电点,长石表面带负电,石英表面不带电(因PH值处在石英的零电点附近)。胺类阳离子捕收剂率先吸附在长石的表面,阴离子捕收剂再与吸附的胺类阳离子捕收剂络合,共同吸附在长石表面上。当阴/阳离子混合物的摩尔比小于1时,捕收剂的两个极性基团都朝向矿物表面,而烃链趋向于朝向溶液,有利于矿物的疏水上浮;而当阴/阳离子摩尔比接近或大于1时,共吸附的阴离子捕收剂烃链借助于范德华力与先吸附的胺类阳离子捕收剂的疏水烃链缔合,使阴离子极性基朝向溶液,而阳离子非极性疏水基又被掩盖,所以矿物可浮性下降或消失需要特别指出的是实现浮选机浮选选择性的关键,在于矿浆溶液必须处于这样的PH值。

浮选机

浮选机

通过长石、石英无氟浮选分离工艺采用一段粗选一段扫选精矿混合再进行精选,使用单一胺类阳离子捕收剂进行浮选实验,长石中k2O含量由4.98%提升到5.29%,回收率为40.9%,富集效果不明显。当在阴阳离子混合捕收剂中,二者形成络合物,能产生多种吸附使浮选效果远高于单独使用铵类捕收剂,在十二胺:石油磺酸盐=1:6时实验效果较好产率达到48.13%,钾回收率达到82.15%,需要注意的是针对不同矿物其配比也有所不同。

五、无氟无酸法分离长石与石英

在中性自然介质中,用阴阳离子混合捕收剂,外加抑制剂分离石英与长石,这是分离长石、石英的理想方法。中性介质中,石英、长石均荷负电。但阴离子捕收剂(油酸根离子)在这两种矿物表面上均可发生吸附行为,但其吸附情况不同:石英表面尽管荷负电,但仍有局部正电区存在,借助静电力和氢键作用对油酸根离子有微量吸附;这一吸附极不稳定,加入抑制剂(如六偏磷酸钠)即可脱去表面吸附的捕收剂。而长石则不同,它与油酸根离子的吸附有3种形式:①静电吸附的油酸根;②以氢键或分子力吸附的油酸分子;③与Al3+反应而产生化学吸附的油酸铝。

第3种吸附作用相当牢固,用去离子水冲洗或加入其他阴离子均不能完全解吸长石表面上吸附的油酸,仍有很大一部分吸附在矿物表面。长石表面Al3+含量并不高,化学吸附上的油酸也不会太多,其疏水力极其有限,还不能导致大量长石上浮。但是表面所吸附的这些油酸根离子可作为阴离子活性质点再去吸附胺类阳离子捕收剂,其作用相当于氟化物与矿物表面作用所产生的氟化铝络合物阴离子区或氟硅酸铝阴离子区,使胺类阳离子捕收剂牢固地吸附在其表面,从而使长石可浮性大大优于石英,二者得以分离。其技术关键在于有合适的抑制剂可以解吸石英表面上吸附的油酸根离子,又能阻止胺离子捕收剂在石英表面上的吸附,且对长石的影响不大。黄雯研究表明,六偏磷酸钠即能很好地起到这一作用;阴阳离子的配比对分离效果有着很大影响:若阳离子过量则浮选选择性下降,两种矿物都上浮;若阴离子捕收剂过量,则分离效果较好;也有用EDtA改性剂分离长石和石英。

采用无氟无酸分离长石与石英的浮选方法,通过磨矿、磁选,捕收剂选择、配比、用量以及抑制剂用量等实验,确定了较好磨矿、脱泥及磁选条件,采用了胺类阳离子:脂肪酸盐阴离子捕收剂=1:7,混合用量为3840g/t,抑制剂六偏磷酸钠为720g/t,可获得k2O含量14.68%,Al2O3含量15.88%的优质长石精矿,在无氟无酸条件下实现了长石与石英分离。此方法在工业上尚未得到广泛应用,只是基于实验室的条件和基础上发展而来。

随着陶瓷、玻璃和化工等行业产品质量的不断提升,对长石原料的要求也日渐提高,对于长石的提纯除杂工艺而言,加强生物除杂技术的研究与应用是在必行。

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