有色金属科学与工程  2017, Vol. 8 Issue (2): 79-82
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黄万抚, 洪波, 王兆连, 吴浩. 超导磁选技术提纯高岭土试验研究[J]. 有色金属科学与工程, 2017, 8(2): 79-82. DOI:10.13264/j.cnki.ysjskx.2017.02.013.
HUANG Wanfu, HONG Bo, WANG Zhaolian, WU Hao. Experimental study on purification of kaolin by superconducting magnetic separation technology[J]. Nonferrous Metals Science and Engineering, 2017, 8(2): 79-82.DOI: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2017.02.013.
超导磁选技术提纯高岭土试验研究[PDF全文]
黄万抚1 , 洪波1, 王兆连2, 吴浩1    
1. 江西理工大学资源与环境工程学院，江西 赣州 341000;
2. 山东华特磁电科技股份有限公司，山东 潍坊 261000
基金项目：国家十二五科技支撑计划课题（2012BAB10B03）
通信作者：黄万抚（1962-），男，教授，博导，主要从事膜分离、矿物加工和资源综合利用技术等方面的研究，E-mail: sim2008@sina.com
收稿日期：2016-11-09
摘要：高岭土中的铁杂质严重影响高岭土产品品质，杂质中铁一般以磁铁矿、赤铁矿等弱磁性矿石为主.常规磁选机产生的场强不足，很难将高岭土中的弱磁性铁杂质分离出来.当采用磁场强度非常高的超导磁选机，能很好去除矿石中的各种弱磁性铁杂质，进而提高高岭土产品品质，提高企业的技术经济效益.试验研究表明，超导磁选高岭土中铁含量从1.04 %降至0.53 %，煅烧白度提高到85.6，可达到搪瓷工业TT-0级标准.
关键词： 高岭土    超导磁选    磁场强度    除铁率    
Experimental study on purification of kaolin by superconducting magnetic separation technology
HUANG Wanfu1 , HONG Bo1, WANG Zhaolian2, WU Hao1    
1. School of Resources and Environmental Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000, China;
2. Shandong Huate Magnetic Technology Co. Ltd., Weifang 261000, China
Abstract: Iron impurities in kaolin seriously affect the quality of kaolin products, which are generally in form of weak magnetic ore, such as magnetite, hematite. The magnetic field intensity produced by conventional magnetic separators is insufficient, and it is difficult to separate the weak magnetic iron impurities from kaolin. When the magnetic intensity is very high, it can remove all kinds of weak magnetic iron impurities, and then improves the quality of kaolin products and the technical and economic benefits of enterprises. Experimental study shows that the iron content in the superconducting magnetic separation kaolin decreases from 1.04 % to 0.53 %, the calcination whiteness increases to 85.6, which meets the enamel industrial grade TT-0 standard.
Key words: kaolin    superconducting magnetic separator    magnetic field intensity    iron removal rate    

纯度高的高岭土为白色.当高岭土含有一定量的金属氧化物或有机质时就具有不同的颜色.如含Fe2+呈淡绿色，含Fe2O3时呈褐黄色，这些杂质的存在降低了高岭土的自然白度，同时还会影响其煅烧白度，使瓷器出现色斑和熔疤.高岭土白度是衡量高岭土工艺性能的主要参数之一，不仅决定了其价格，也决定了其应用范围，所以降低高岭土中铁杂质含量，增加白度，是提高高岭土产品质量的主要途径[1-3].

某高岭土资源，其特点是含铁量低，粒度细、白度高，为良好的陶瓷工业和造纸工业材料.但由于地质成因及其他因素的影响，大多数杂质铁以重矿物的形式存在，常规的选矿除杂方法很难去除，一般的强磁选方法也因磁选机的磁场强度不够高，难于将弱磁性铁杂质有效去除[4-5].若要除去这部分杂质，则必须要提高磁选机的磁场强度.经过探索和条件试验，在超导磁场的条件下，能很好地去除这部分铁杂质[6-7].

1 原矿性质 1.1 矿石的化学成分

原矿化学成分分析结果见表 1.

表1 矿石的化学成分分析/% Table 1 Chemical composition analysis of ore/%
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由表 1可知：矿样中SiO2含量很高，Fe2O3含量为0.863 %.要提高高岭土的档次，须进一步除铁，即降低Fe2O3含量.

1.2 矿物成分分析

根据工艺矿物学分析方法[8-11]，对矿物采用XRD物相分析、结晶度特征分析、红外光谱分析、铁的赋存-状态分析、热分析（TG-DSC）、扫描电镜（SEM）形貌分析等综合分析结果中，矿石中主要矿物组成为石英、云母类矿物和少量长石赤褐铁矿、钛铁矿、角闪石、磁铁矿.根据XRD、XRF综合分析得出：石英含量约占原矿的44 %，高岭石占35 %，云母14 %，钾长石6 %，其他成分约占1 %.原矿中的主要矿物含量及粒级分布见表 2.

表2 各粒级矿石的矿物组成和含量/% Table 2 Mineral composition and content of different size fraction ore/%
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2 超导磁选机特点及工作原理

由Nb-Ti超导材料制成的超导线圈，浸泡在装有液氦的全封闭磁筒内，封闭容器内温度能达到-270.15 ℃.在此温度下线圈处于超导状态，此时线圈的电阻基本为零.线圈通上电流能产生很高的场强，试验研究采用的超导磁选机其磁场强度能达到5.5 T，在这种高场强下，能有效地将弱磁性矿物与非磁性矿物分离出来.

图 1所示为超导磁选机的分选腔结构示意图，分选腔由2个有效分选区间和3个无效分选区间构成，整个分选腔处于磁平衡状态.分选腔在皮带上形成往复的周期运动，当一个分选腔进入磁场中时，分选腔内的钢毛受到磁场作用，产生磁性吸附矿石中弱磁性颗粒，非磁性矿物则随高压水从排矿口冲出，分选完毕时，分选腔移出磁场区，用高压水冲洗吸附在钢毛上的弱磁性矿物，实现了弱磁性矿物与非磁性矿物分离.此时，另一个分选腔刚好进入磁场区进行分选，如此交替循环，达到连续分选弱磁性矿物的目的.

图 1 分选腔结构示意 Fig. 1 Schematic diagram of sorting chamber structure

3 超导磁选除铁试验

根据原矿工艺矿物学研究结果表明，弱磁性铁杂质的存在方式有3种：第1种是以铁染形成的氧化铁淋漓渗透污染高岭石表面，形成铁氧化膜；第2种是存在于高岭石中的晶格铁；第3种是含氧化铁的独立矿物.

通过磁场强度试验来对比不同场强下的除铁效果.先将原矿通过平板磁选机进行预处理，平板精矿再进入超导磁选机进行超导磁选[12-15].试验结果见表 3.

表3 磁场场强试验结果 Table 3 Magnetic field strength test results
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试验结果表明，5.5T的超导磁选机对高岭土除铁效果很明显，经过一段平板一段超导磁选，原矿含铁量从1.04 %下降至0.65 %，除铁率可达37.5 %.煅烧白度也能达到79.3.与低磁场除铁的效果相比可得出，磁场强度越高，除铁效果越明显.

由于一次超导磁选之后铁含量为0.65 %，要使之达到搪瓷工业TT-0[16]级标准，还需要使铁含量降低至0.60 %以下.为此，再将流程优化使含铁量能达到标准.试验结果见表 4.

表4 选矿流程试验结果 Table 4 Mineral separation process test results
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试验结果表明采用二段超导磁选能更有效的降低矿石铁含量，并且较明显的把煅烧白度提高到85.6，达到搪瓷工业TT-0级标准.

在确保矿浆充分分散前提下，矿浆浓度越高越好，试验结果见表 5.

表5 矿浆浓度试验结果/% Table 5 Pulp concentration test results/%
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试验可看出随着矿浆浓度的增加，除铁的效果变化不大，可以使用较高的浓度.

矿浆流速也是影响除铁效果的一个因素，流速过快会使钢毛的吸附能力变得不均匀，不利于铁杂质的去除，而流速过慢则会影响到产率的变化.矿浆流速试验结果见表 6.

表6 矿浆流速试验结果/% Table 6 Pulp slurry velocity test results/%
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由表 6得出，矿浆流速会给除铁效果带来一定的影响，但影响并不大，当矿浆流速在1.0 cm/s时，铁的去除率最高.

4 结论

针对某高岭土矿的特性，经过工艺矿物学研究和条件对比试验可知，磁场强度的大小对除铁效果影响因素最大，矿浆浓度和流速对其除铁效果影响较小.利用超导磁选机去除高岭土中铁杂质的试验中，原矿中铁的含量从1.04 %降低至0.53 %，煅烧白度提高到85.6.达到搪瓷工业的TT-0级标准，大大地提高了高岭土的产品质量.试验证明了将超导磁选技术引入到高岭土除铁方法中，在技术上是十分可行的.

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