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高嶺土干、濕選礦工藝

    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,常混有黃鐵礦、褐鐵礦、銳鈦礦、石英、玉髓、明礬等,有時還有少量的有機質。高嶺土具有可塑性、粘結性、燒結性及耐火性等優良的工藝特性,所以被廣泛應用于陶瓷、造紙、橡膠、塑料和耐火材料等工業。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。
    高嶺土原礦的加工工藝取決于原礦的性質及產品的最終用途。在工業生產中應用的工藝有兩種:干法工藝和濕法工藝,通常硬質高嶺土采用干法生產,軟質高嶺土采用濕法生產。
    干法選礦工藝
    干法工藝是一種簡單經濟的加工工藝。采出的原礦經過錘式破碎機碎至25.4mm后,給入破碎機,使粒度減小到6.35mm,破碎機內的熱空氣將高嶺土的水分由采出的20%降至10%左右。碎后的礦石則經配有離心分離機和旋風除塵器的球磨機進一步磨細。該工藝可將大部分砂石除去,產品通常用于橡膠、塑料及造紙工業的低價填料。用于造紙工業時,該產品可作為填料層灰分含量小于10%或12%處的填料,此時產品的亮度要求不高。
    當干法對產品的白度等要求較高時,必須對球磨機產出的產品進行干式除鐵。干法工藝的優點是可省掉產品脫水和干操過程,減少灰粉流失,工藝流程短,生產成本低,適宜于干旱和缺水地區。但要得到高純優質高嶺土還得靠濕法工藝。
    濕法選礦工藝
    濕法工藝包括礦石準備、選礦加工和產品處理三個階段。準備階段包括配料、破碎和搗漿等作業。搗漿是將高嶺土原礦與水、分散劑混合在搗漿機內制漿,搗漿作業可使原礦分散,為選別作業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,以除去不同的雜質。準備好的礦漿先經耙式洗箱、浮槽分級機或旋流器除砂,然后用連續式離心機、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,產品經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磁選和剝離而直接送至浸出作業。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,旋轉式真空過濾機或壓濾機脫水。過濾機或壓濾機脫水。濾餅經再分散成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。
    不經選別的最終產品亮度較低,只有在流程中配置磁選、泡沫浮選或選擇性絮凝作業才能獲得高亮度的粘土產品。但這些獨立的作業均具有各自的優勢與缺陷,因而工業上通常采用兩至三種這些工藝的聯合流程以便粘土資源的綜合利用。
    高梯度磁選
    高嶺土中的染色雜質(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,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果看,從降鐵、鈦雜質含量,提高白度來看,中國的高梯度磁選機性能優于美國。
    由于有些高嶺土礦中部分鐵雜質以硅酸鹽形式存在,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,以提高產品的質量。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,高嶺土精礦的質量也更高。Eriez超導磁選機具有迅速升磁的特點,可在60s內達到最高設計場強(5T),而消磁時間短,這就大大縮短了負載循環期間從磁體中沖洗磁性雜質所需的時間。其能耗低,比常規磁選機減少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,其設計類似于常規的罐形磁濾器,所不同的是它在工作循環期間仍將超導磁體保留在激磁狀態,而無須開關控制,并可連續作業。德國洪堡公司設計的3048mm、超導高梯度磁選機,結構簡單,操作及維護費用低,同時具有較好的穩定性。
    泡沫浮選
    浮選作業的目的是從高嶺土中浮選出鈦雜質。由于雜質顆粒極細,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品中盡可能地清除。并從泡沫產品中回收以循環使用。殘留在粘土中的化學藥劑及載體礦物對最終產品有害。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。
    高嶺土選礦技術的特點
    綜合各國高嶺土選礦技術有以下特點:
    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品可不經干燥即作為產品出售;
    ④選礦作業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,以提高產品細度和降低鐵、鈦、硫等雜質;
    ⑤化學漂白工藝為美國、英國、前蘇聯等主要高嶺土生產國所普遍采用,以生產高白度的高嶺土產品,但其成本較高;
    ⑥高嶺上產品以塊狀、粗粉狀、細粉狀和漿狀形式出售。生產廠根據用戶的要求,供應不同的產品。產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選礦廠不僅生產能力大,而且品種多,且都是標準化的產品。可滿足不同用戶的需要。中國高嶺土公司產品有四大類34個品種。這些產品廣泛用于紙張的填料和涂料,陶瓷工業的原料,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,農藥和化肥的載體,研磨材料的粘結劑,合成分子篩,石油催化劑,原子能反應堆等許多行業。
    高嶺土的選礦方法依原礦中雜質的種類、賦存狀態、嵌布粒度及所要求的產品質量指標而定。對于原礦雜質含量較少、白度較高、含鐵雜質少、主要雜質為砂質(石英、長石等)的高嶺土,可采用簡單的粉碎后風選分級的方法除去(即干法選礦);對于雜質含呈較多、白度較低、砂質礦物及鐵質礦物含量較高的高嶺土,一般要綜合采用重選(除砂)、強磁選或高梯度磁選(除售鐵、鈦礦物)、化學漂白(除鐵質礦物并將三價鐵還原為二價鐵)、浮選(與含鋁礦物如明礬石分離或除去銳鈦礦)等方法;對于有機質含量較高的高嶺土,除了前述方法之外,還要采用打漿后篩分和煅燒等方法。