0 概述

霞石(Na₂O.k₂O.Al₂O₃.2SiO₂)是一种重要的工业矿物, 是最常见的似长石矿物, 霞石中钠、钾含量较高, 具有助熔性能强和增加玻璃熔体流动性的优点, 可部分代替玻璃配方中的纯碱, 霞石还具有与石英不共熔的特性, 在玻璃熔炉中与石英反应可降低炉料熔化温度。因此, 国外已将霞石广泛用于玻璃、陶瓷行业。另外霞石可作为炼铝及提取钾碱或钠碱的好原料。我国霞石的开发和应用研究起步较晚, 但已引起多方面的重视。

霞石常与暗色矿物辉石、黑云母、铁的氧化物共生, 这些伴生组分含量常达10 %以上, 因而将原矿直接用于炼铝不经济; 加之其原矿含铁量高, 也不能直接用于玻璃工业, 必须通过选矿除去原矿中暗色矿物, 才能提高霞石利用的经济效益和扩大其应用领域^[1]。

磷霞岩作为霞石正长岩中的一种重要类型, 以其霞石含量高(>80 %)为特征。该类型矿床分布在我国四川南江县坪河乡, 是本次工业试验对象^[2]。该霞石矿床赋存于元古代地层中, 基性—碱性杂岩体沿构造于坪河附近侵入, 碱性杂岩为霞石正长岩, 由霞辉岩、霓霞岩和磷霞岩相带的岩体组成。工业试验矿石采自磷霞岩相带, 该类岩石为碱岩杂岩结晶分异的末期产物, 岩体富含氧化钠、贫二氧化硅, 形成大量霞石。矿石呈白、浅灰色, 有黑色斑点, 颗粒粗大, 呈伟晶结构。

根据该霞石矿的矿物特征, 为获得高等级霞石精矿, 提高其经济效益, 决定采用SLon型立环脉动高梯度磁选机(以下简称SLon型磁选机)组成一粗一精流程对南江霞石矿进行选别试验研究。

1 原矿性质 1.1 矿石的化学组成和矿物组成

矿石的矿物组成为(%):霞石88.8, 钛普通辉石2.8, 黑云母2.2, 白云母0.7, 方解石1.9, 磷灰石0.4, 赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿、榍石、霓石、石榴子石, 锆石、硫化矿物共3.2。

霞石嵌布粒度一般为0.2 ~ 1.0mm, 含氧化铁0.09%, 矿物纯度不够, 尚含有微量连生体, 霞石矿中包裹有少量含铁矿物, 如黑(白)云母, 以及类质同象置换的铁等。化学组成见表 1所示。

1.2 矿物嵌布特征和工艺矿物学行为

霞石单体解离度测定查明, -0.25mm时为98.2%, -0.12mm时达99.8 %, 与之连生的矿物主要为含钛普通辉石和黑云母, 镜下检查钛普通辉石与霞石呈锯齿形嵌生。在破碎或磨矿过程中, 连生的辉石断裂时, 部分残留在霞石齿凹处, 只有颗粒达-0.076mm时, 这种现象才得以消除。镜下还观察到, 霞石的解理面上和节理缝中, 尚有黑云母、白云母的薄片附着, 这些附着物经擦洗后仍有部分残留, 此外, 还可见到霞石被暗色矿物浸染, 呈比较均一颗粒的现象。红外光谱测定显示, 有的霞石颗粒包裹有白云母或水化白云母。

矿物间的上述共生关系, 将影响霞石矿分选除铁的效果, 而玻璃用霞石颗粒大小一般要求为0.076 ~ 0.6mm, 因此必然有部分暗色的连生体存在, 使产品含铁量高于纯矿物。

1.3 霞石矿中铁的分布和除铁工艺选择

原矿含铁矿物物相分析见表 2, 铁在各矿物中的分布率见表 3。

除去铁矿物的工艺方法较多, 但磁选方法流程简单、成本低廉。为此, 对矿石中各矿物的磁性进行了比较, 以找出彼此分离的可能性。各矿物及其平均磁化率见表 4。

由表 4可知, 霞石、长石、白云母、方解石、锆石等为非磁性矿物, 其他均为弱磁性矿物, 通过强磁选, 霞石等可与各弱磁性暗色矿物分离, 惟分离难易程度各有不同。黑云母和铁的氧化物分离较易, 钛普通辉石分离较难。

2 选矿试验 2.1 小型试验

SLon型磁选机磁场强度高、磁场梯度大, 能有效地利用磁力、脉动流体力、重力等综合力场进行选矿, 具有分选过程中矿物松散性好的特点, 能够消除磁性与非磁性颗粒间相互机械夹杂, 可大幅度提高分选效果, 从而有效分离磁性和非磁性矿粒, 且非磁性产品产率高, 适合非金属矿除铁提纯。因此, 决定采用SLon型磁选机进行霞石矿选别试验。

2.1.1 粗选背景场强对选别指标的影响

试料经破碎磨至0.3~ 0mm粒度进行磁选, 背景场强试验的基本条件为:脉动机械冲程3mm、冲次150次/min、矿浆流速3cm/s、分选介质采用不锈钢粗网。不同背景场强对选别指标的影响见图 1。

由图 1可见, 随着场强的增加, 霞石精矿含铁量降低, 除铁率增大, 但精矿产率减少。在场强为1.0T条件下, 一次选别精矿Fe₂O₃含量可达到0.3%以下, 但未能达到 < 0.2 %。综合考虑精矿产率及品位, 选择背景场强为1.0T作为粗选场强。

2.1.2 精选背景场强变化对选别指标的影响

在试验基本条件与粗选相同时进行了不同场强的粗选精矿精选试验, 精选不同场强对选别指标的影响见图 2。

由图 2可见, 场强的增高, 精矿Fe₂O₃含量进一步降低, 当背景场强达1.0T后, 即使继续提高场强, 精矿品位及除铁效果变化并不明显, 这是由于入选霞石中仍有黑云母等含铁矿物的微细包裹体及含辉石的连生体存在, 加之少量铁与霞石发生类质同象置换, 单矿物含Fe₂O₃都达0.09 %左右, 因此难于将霞石精矿含Fe₂O₃降至0.1 %以下。由图 2可知, 通过SLon高梯度磁选一粗一精选别可获含Fe₂O₃ < 0.2 %的霞石精矿。因此选择1.0T分别为粗选和精选背景场强一粗一精全磁流程作为该霞石矿的除铁流程是合适的。

2.2 工业试验

在小型试验的基础上, 选择一粗一精流程在南江霞石矿选厂进行工业试验, 由于现场条件所限, 磨矿粒度只能达到0.4 ~ 0mm。考虑到工业生产中磨矿设备采用棒磨机, 机械铁较多, 因此流程中增加弱磁选, 以预先除去机械铁。强磁设备采用SLon -1000型磁选机, 工业试验原则流程见图 3。

2.2.1 脉动冲程大小对选别指标的影响

为考查脉动冲程对分选的影响, 固定其他条件为:冲次150次/min、背景场强1.0T、介质采用不锈钢粗网、矿浆流速4cm/s、转环转速3r/min进行了不同冲程的试验, 如图 4所示。

由图 4可见, 随着冲程增大, 精矿Fe₂O₃含量增加, 精矿产率提高。在冲程5mm时, 再增大冲程, 精矿Fe₂O₃含量增加较明显; 而减少冲程, 精矿Fe₂O₃含量下降变化不明显, 而精矿产率下降较显著, 这是由于较小冲程时部分霞石等非磁性颗粒在通过分选网介质过程中, 被机械夹杂排入尾矿所造成的。因此, 适宜的冲程, 有利于提高霞石精矿的选别指标。试验结果表明选择冲程5mm为宜。

2.2.2 连续稳定试验

在选择上述适宜的操作条件进行了72h连续稳定的试验, 试验结果见表 5。由表 5可见, SLon型磁选机选别该霞石矿效果理想, 可获含Fe₂O₃ < 0.2 %的出口类一级霞石精矿, 其精矿产率达76 %以上。

3 产品分析及经济效益 3.1 精矿产品多元素分析

精矿产品多元素分析见表 6。

由表 6可看出, 通过SLon高梯度磁选机全磁流程选别后, 含钛、钙、镁和铁的辉石矿物被除去, 不但铁、磷等有害杂质显著降低, 而且霞石产品中对玻陶业有益的k₂O、Na₂O、Al₂O₃等均有所提高。

3.2 精矿产品筛分结果

精矿产品筛分结果见表 7。

表 7筛分结果表明, 非磁性精矿中0.25 ~ 0.04mm的产品含铁量低, 而过粗、过细的产品含铁量高, 主要是因为过粗其连生体较多, 含铁矿物部分未单体解理, 而过细则含铁矿物泥化部分集中在该粒级中, 分选时被精矿夹杂或粘附在精矿颗粒上。以上结果说明, 0.25 ~ 0.04mm粒级范围霞石与含铁矿物分离较完全, 是磁选的最佳粒级范围。

3.3 经济效益估算

采用SLon型全磁流程工业试验指标与原生产流程指标对比见表 8。

由表 8可见, 采用SLon型脉动高梯度磁选工艺后, 可获含Fe₂O₃ < 0.2 %的出口类一级霞石精矿, 产率达76 %以上, 较原生产流程, 精矿产率提高10 %以上, 按目前年处理原矿1.5万t计, 全年可获霞石精矿1.1万t以上, 以出口价1 600元/t计, 可年增产值1 000万元以上。

4 结语

(1) 南江霞石矿采用全磁流程进行除铁提纯, 该工艺流程简单、技术指标先进, 可获得用于玻陶、炼铝、提取钾碱或钠碱工业的霞石精矿。

(2) SLon型磁选机适合于南江霞石矿的选别, 对原矿含Fe₂O₃1.611 %, 采用一粗一精选别流程, 可获霞石精矿含Fe₂O₃0.179 %, 达到出口类一级产品的要求。其精矿产率达76.36 %, 除铁率为91.52 %, 较其原生产流程, 精矿产率提高10 %以上, 由于精矿等级的提高, 经济效益可大幅度提高。