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長石的分選與除雜工藝研究

發布時間:2016-04-25 作者:紅星機器

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長石作為搪瓷、陶瓷、玻璃工業以及磨粒磨具、肥料等工業的原料,其長石原礦中常伴有金屬及非金屬雜質,需經過除雜工藝處理后,才能更好的加以應用。

長石除雜質主要指鐵、鈦雜質的去除;而長石分選主要與云母類硅酸鹽礦物及石英分離。由于長石與石英的性質相近,難于分選,目前主要有氫氟酸法、無氟有酸法和無氟無酸法,且不同程度地存在含氟與酸性廢水的處理和利用問題。

長石

一、長石中鐵、鈦雜質的去除

長石礦中的鐵、鈦雜質主要以赤鐵礦、磁鐵礦、褐鐵礦、黑云母、金紅石、榍石等形式存在,以及一些具有弱磁性的鐵氧化物、白云母及石榴子石等針對此類雜質采取磁選機磁選分離的方法。根據礦石中含鐵、鈦礦物磁性強弱特點可以采用干式、濕式強磁選或是高梯度磁選的工藝方法去除。

磁選機

對粉碎解離過程中產生的粒度小于20μm的細小顆粒,常規方法分選效果不佳,將其丟棄會導致大量有用礦物成分流失。對此,國外用淀粉對礦漿中的含鐵礦物進行選擇性絮凝,淀粉對含鐵礦物有較好的親和力,而不會吸附于長石上,含鐵礦物絮凝沉淀后再利用浮選等方法即可有效除去。

對長石中含有極細微嵌晶結構的雜質,研究表明:采用高濃度的硫酸、在較高的酸浸溫度和較長的酸浸時間,除鐵效果較好。影響鉀長石酸浸除鐵效果的主要原因是鐵在原礦中的賦存狀態,當鐵主要以赤鐵礦、磁鐵礦、黃鐵礦、鐵綠泥石等礦相存在時,在硫酸酸浸過程中容易除去,但當以黑云母、鈉鐵閃石等礦相存在時則較為困難。鐵可作為某些微生物的電子載體和能量源,與微生物作用時發生氧化、還原反應,變成可溶解的離子態,此過程產生的有機酸也會使雜質礦物溶解,再通過水洗即可將雜質礦物除去。對細小長石微粒中的含鐵礦物,若傳統方法很難去除,可考慮采用生物浸取的方法除含鐵雜質。此外,對于一些難去除的鐵雜質,不僅含鐵較高而且其中部分鐵雜質以鐵染形式滲透于長石解理中,宜采用上述工藝的聯合流程將鐵雜質含量降低。

二、長石與云母類礦物的分離

長石中若伴生云母類的層狀硅酸鹽礦物,對長石精礦的白度和品質有較大的影響。云母類層狀結構的硅酸鹽礦物,其化學成分及晶體結構復雜,礦物解離后其表面性質差異很大。云母是兩層硅氧四面體夾著一層鋁氧八面體構成的復式硅氧層結構,結構中一些Al3+類質同象替換硅氧四面體中的Si4+,夾心面帶一個受單位層間陽離子補償的電荷,礦物解離后,在水溶液中表面形成帶有不依賴于PH值變化的較高負電荷。利用云母族層狀硅酸鹽礦物的此性質,可在酸性介質中用胺類陽離子捕收劑浮選將其分離。胺類作為浮選藥劑時不僅具有良好的捕收性和選擇性,還具有較好的起泡性。

利用紅星機器浮選機反浮選在長石中去除云母,采用胺類捕收劑(十二胺:十八胺=2:1)、添加濃度5%、藥劑用量825g/t;控制礦漿PH值在2~3左右,礦漿濃度40%。可有效去除云母類雜質,使長石白度由7%提高到54%。長石與云母同屬于硅酸鹽類礦物,但其結構不同,對其分離相對較易。在長石礦中,石英常與長石共生且屬于同一結構的硅酸鹽礦物。浮選法是目前分離長石、石英常用且有效的方法。

浮選機

三、氫氟酸法分離長石與石英

氫氟酸法是在長石和石英的礦漿體系中,加入氫氟酸,在PH=2~3時用胺類陽離子捕收劑優先浮選長石。石英解離表面由Si-O斷裂而成。當加入氫氟酸使礦漿PH值下降后,其體系中石英、長石表面的解離平衡被打破;H+濃度提高,使得解離平衡左移,石英、長石表面的負電性減小。當PH=2~3時,石英表面動電位接近零;由于氫氟酸對Si-O鍵的刻蝕,使長石表面Al3+突出而成為活性中心。此時,溶液中很快形成[SiF6]2-絡離子,能與長石表面的Al3+、kA+、NA+形成穩定的絡合物附著于長石表面,形成長石表面疏水而優先浮出。

通過擦洗處理后,氫氟酸法分離長石和石英。采用重選-浮選聯合流程的條件為擦洗時間為10miN,擦洗介質為1.90kg/t原礦;HF1.43kg/t原礦,硫酸0.53kg/t原礦,捕收劑DY-012.00kg/t原礦,實驗效果理想。石英精礦中SiO2從原來的93.91%提高到98.86%,而且長石產品中Al2O3含量較高,浮選的選擇性好。因對含氟廢水排放有嚴格的限制,實驗后對礦漿進行降氟處理,用降氟處理藥劑活性氧化鋁對[SiF6]2-的絡合物作用,經過處理后排放的浮選廢水中氟離子含量1.96mg/l,浮選循環水中的氟離子量為0.21mg/l,低于國家10mg/l的標準。

四、無氟有酸法分離長石與石英

無氟有酸法是指在強酸(一般指H2SO4)性,即PH值為2~3的介質中,用陰陽離子混合捕收劑優先浮選長石。研究表明:PH值為2~3處于石英零電點附近,而比長石零電點(PH=1.5)高,在此PH值下,PH大于長石表面的零電點,長石表面帶負電,石英表面不帶電(因PH值處在石英的零電點附近)。胺類陽離子捕收劑率先吸附在長石的表面,陰離子捕收劑再與吸附的胺類陽離子捕收劑絡合,共同吸附在長石表面上。當陰/陽離子混合物的摩爾比小于1時,捕收劑的兩個極性基團都朝向礦物表面,而烴鏈趨向于朝向溶液,有利于礦物的疏水上浮;而當陰/陽離子摩爾比接近或大于1時,共吸附的陰離子捕收劑烴鏈借助于范德華力與先吸附的胺類陽離子捕收劑的疏水烴鏈締合,使陰離子極性基朝向溶液,而陽離子非極性疏水基又被掩蓋,所以礦物可浮性下降或消失需要特別指出的是實現浮選機浮選選擇性的關鍵,在于礦漿溶液必須處于這樣的PH值。

浮選機

浮選機

通過長石、石英無氟浮選分離工藝采用一段粗選一段掃選精礦混合再進行精選,使用單一胺類陽離子捕收劑進行浮選實驗,長石中k2O含量由4.98%提升到5.29%,回收率為40.9%,富集效果不明顯。當在陰陽離子混合捕收劑中,二者形成絡合物,能產生多種吸附使浮選效果遠高于單獨使用銨類捕收劑,在十二胺:石油磺酸鹽=1:6時實驗效果較好產率達到48.13%,鉀回收率達到82.15%,需要注意的是針對不同礦物其配比也有所不同。

五、無氟無酸法分離長石與石英

在中性自然介質中,用陰陽離子混合捕收劑,外加抑制劑分離石英與長石,這是分離長石、石英的理想方法。中性介質中,石英、長石均荷負電。但陰離子捕收劑(油酸根離子)在這兩種礦物表面上均可發生吸附行為,但其吸附情況不同:石英表面盡管荷負電,但仍有局部正電區存在,借助靜電力和氫鍵作用對油酸根離子有微量吸附;這一吸附極不穩定,加入抑制劑(如六偏磷酸鈉)即可脫去表面吸附的捕收劑。而長石則不同,它與油酸根離子的吸附有3種形式:①靜電吸附的油酸根;②以氫鍵或分子力吸附的油酸分子;③與Al3+反應而產生化學吸附的油酸鋁。

第3種吸附作用相當牢固,用去離子水沖洗或加入其他陰離子均不能完全解吸長石表面上吸附的油酸,仍有很大一部分吸附在礦物表面。長石表面Al3+含量并不高,化學吸附上的油酸也不會太多,其疏水力極其有限,還不能導致大量長石上浮。但是表面所吸附的這些油酸根離子可作為陰離子活性質點再去吸附胺類陽離子捕收劑,其作用相當于氟化物與礦物表面作用所產生的氟化鋁絡合物陰離子區或氟硅酸鋁陰離子區,使胺類陽離子捕收劑牢固地吸附在其表面,從而使長石可浮性大大優于石英,二者得以分離。其技術關鍵在于有合適的抑制劑可以解吸石英表面上吸附的油酸根離子,又能阻止胺離子捕收劑在石英表面上的吸附,且對長石的影響不大。黃雯研究表明,六偏磷酸鈉即能很好地起到這一作用;陰陽離子的配比對分離效果有著很大影響:若陽離子過量則浮選選擇性下降,兩種礦物都上浮;若陰離子捕收劑過量,則分離效果較好;也有用EDtA改性劑分離長石和石英。

采用無氟無酸分離長石與石英的浮選方法,通過磨礦、磁選,捕收劑選擇、配比、用量以及抑制劑用量等實驗,確定了較好磨礦、脫泥及磁選條件,采用了胺類陽離子:脂肪酸鹽陰離子捕收劑=1:7,混合用量為3840g/t,抑制劑六偏磷酸鈉為720g/t,可獲得k2O含量14.68%,Al2O3含量15.88%的優質長石精礦,在無氟無酸條件下實現了長石與石英分離。此方法在工業上尚未得到廣泛應用,只是基于實驗室的條件和基礎上發展而來。

隨著陶瓷、玻璃和化工等行業產品質量的不斷提升,對長石原料的要求也日漸提高,對于長石的提純除雜工藝而言,加強生物除雜技術的研究與應用是在必行。

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