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高岭土选矿提纯技术详解

发布时间:2021-10-09 15:41 灏舒

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选矿提纯是高岭土深加工的重要内容之一,随着高质量资源的日渐减少和高科技应用领域对高岭土要求的提高,选矿提纯在高岭土的深加工中显得越来越重要。高岭土的选矿方法依原矿中拟除去的杂质的种类、赋存状态、嵌布粒度以及所要求的产品质量标准而定。一般来说,需考虑以下几方面:

高岭土

对于杂志含量较少、白度较高、含钛、铁杂质少、主要杂质为砂质(石英、长石等)的高岭土采用简单的粉碎后风选分级的方法除去(即干法选矿)。

对于杂志含量较多、白度较低、砂质矿物及铁质矿物含量较高的高岭土一般要综合采用重选(除砂)、强磁选或高梯度磁选(除铁、钛矿物)、化学漂白(除铁质矿物并将三价铁还原为二价铁)、浮选(与含铝矿物如明矾石分离或除去锐钛矿)等方法。

对于有机质含量较高的高岭土,除了前述方法外,还要采用打浆后筛分(除去植物纤维)和煅烧(除去有机泥炭及煤)等方法。

软质高岭土和砂质高岭土一般采用湿法选矿工艺。其原则工艺流程如下

原矿→ 堆存或混匀→ 制浆→ 除植物纤维 → 分级除砂 → 磁选→ 漂白 → 压滤脱水→ 干燥

软质高岭土和砂质高岭土的选矿过程较为简单。将堆存混匀后的矿矿按设定好的浓度要求加入水和分散剂在搅拌机或捣浆机中制浆,制浆的目的是使高岭土分散并与砂质矿物、植物纤维分离以便为下工序除杂和除砂作业准备合适浓度的浆料。制备好的矿浆用振动筛去除植物纤维及粗颗粒砂,再采用水力旋流器组、卧式螺旋卸料觉降式离心分级机去除细砂。如果除砂后的产品能满足某一领域的应用要注,可以加入絮凝剂(如明矾)使其凝取后进行压滤镜干燥。如果需要得到高质量或高品位的高岭土,还需要采用强磁选或高梯度磁选和化学漂白来得到。甚至于浮选和选择性絮凝等。

高岭土选矿现场

对于纯度较高、白度较好的硬质高岭土或高岭岩,一般可直接将原矿破碎后,根据应用领域对产品细度的要求进行磨矿和分级;对含有少量砂质的矿石可在粉碎至适当细度后进行干法和湿法分级;对于铁杂质含量较高的矿石可进行磁选。如果含铁矿物嵌布粒度较粗,可在粗粉碎(小于74μm)后进行干式强磁选;但如果铁的嵌而粒度较细,则要在细磨后进行湿式强磁选或高梯度磁选。如果磁选后仍不能满足高质量高岭土产品的要求,还可再采用细粒浮选和选择性絮凝以及化学漂白。

目前硬质高岭土或高岭岩常用的破碎筛分设备是鄂式破碎机、对辊破碎机、振动筛等,磨粉设备主要是悬辊磨(雷蒙磨)、压辊磨、机械冲击磨、球磨机等;干法分有除砂设备主要是空气离心式分级(选)机,湿法分级设备主要是旋流器组和卧式螺旋卸料沉降式离心机。

A、浮选工艺

目前高岭土浮选工艺主要有以下几种:

①选择性絮凝:选择性絮凝是利用不同矿物组分表面物理化学性质的差异,通过一种有机高分子选择性絮凝剂添加后对某个组分表面的优先吸附,然后通过长线状高分子絮凝剂的“桥连”作用,将该组分的颗粒絮凝成团,而其他组分的颗粒仍能悬浮、分散在矿浆中,从而可以直接或间接将絮团和悬浮颗粒方便有效的分离。

选择性絮凝的工艺过程比较简单,首先使悬浮液中固体颗粒充分分散,然后加入絮凝剂使其对目标矿物(矿物颗粒或脉石细泥)进行选择性吸附。目标矿物絮凝完毕后,利用浮选的方法使絮凝体与分散相分离。

②载体浮选:载体浮选是利用一般浮选粒子的矿粒做载体,使目的矿物细粒罩盖在载体上浮选。载体浮选应用与1961年Englehard公司从高岭土中除去锐钛矿,可使TiO2含量降低到0.8%以下。载体可用同类矿物作载体,也可用异类矿物作载体。

③双液层浮选:双液层浮选的原理是利用固(矿粒)-液(水)-油三相界面张力的差异,不同矿粒在三相界张力的差异,不同矿粒在三相界面之间疏水程度不同,它们将进入不同的界面或相,从而达到分离的目的。

矿粒在油-水界面的选择性富集,是双液浮选的理论基础。通过添加一定的捕收剂,可以调节矿物表面润湿性及三相界面张力,可使微细矿物富集在油-水界面,或将矿粒提取到有机相中。

B、磁选

高岭土中的染色矿物杂质如菱铁矿、黄铁矿、褐铁矿、赤铁矿、锐钛矿、金红石等均具弱磁性,因此,除砂后的高岭土一般要进行磁选。由于高岭土中的铁、钛矿物大多嵌布粒度较细,一般强磁选往往脱除率不高,因此目前工业上大多采用高梯度磁选机进行高岭土的磁选。高梯度磁选是指在较高的背景磁场下选用细小的磁介质使其表面产生很高的磁场梯度(即很高的磁力),从而达到一般磁选无法达到的磁分离目的。这种方法有两个特点,一是具有能产生高强度磁场的聚磁介质(一般为钢毛);二是有先进的螺丝管磁体结构。高梯度磁分离技术对于脱除有用矿物中弱磁性微细颗粒甚至胶体颗十分有效。高梯度强磁场磁选机选矿中,有害杂质钛比铁易于除去。此外,性能更好的超导磁选机也已用于高岭土的磁选除铁,这种磁选机不仅磁场强度进一步提高,可得到质量更高的高岭土,而且耗能减少,占地面积小。

江苏某公司研制的低温超导磁分离设备主要用于资源领域矿物提纯除杂、磁性矿物富集和尾矿处理等,通过工业试验,该设备在高岭土的除铁分选试验中取得了良好的效果,原矿Fe2O3含量1.4-4%,通过一次磁选精矿Fe2O3含量可降低到0.9%以下。与传统磁选设备相比,该公司自主研发的低温超导磁分离技术具有如下特点:

能耗低,节能降耗效益极其显著,与同规格的磁分离相比,节电效益高达90%;

处理量大,分选范围广,集约化程度高,如腹腔直径为1000mm的低温超导磁分离装置,其处理量高达万吨/天,磁化分离过程只需要3-5分钟。

ƒ弱磁性颗粒捕集能力强,可磁化分离微细颗粒和弱磁颗粒,由于超导磁体能够提供远高于传统磁体的磁场强度,超导磁分离设备对弱磁性物质具有更高的捕集能力,进而可提高矿物利用率或降低弱磁性物逃逸率;

节省磁选(絮凝、分散)剂,极大的节约运行z处理成本;

占地面积小、操作简单易行。

C、化学提纯及漂白工艺

化学提纯及漂白的具体方法很多,例如用盐酸或硫酸进行浸出的酸处理法,用氯气使Fe2O3也变成FeCl3的氯化法,用NaOH或Na2CO3浸出的碱处理法,此外还有氧化法、还原法、氧化-还原联合漂白法等。

高岭土的化学处理往往与高岭土的使用性能和所含的杂质有关。影响高岭土及煤系高岭岩使用性能的主要杂质是铁的矿物、钛的矿物和有机质,碱处理法往往不起太大作用,除杂提纯常用的化学处理方法主要是酸化处理法和化学漂白法。酸处理法和化学漂白法也可看作是一种方法的两个方面或一个完整工艺过程的两个阶段,二者有密切的联系,其区别在于酸处理法是以除去杂质为主要目的,而漂白是以改变致色元素(主要指铁)的价态,使其呈色性减弱为主要目的。实际上酸浸过程往往同时加入氧化剂或还原剂达到上述目的。

高岭土选矿现场

高岭土的酸浸法中常使用到硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸、草酸、磷酸等,它们都可与高岭岩(土)中的赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿反应,生成可溶性盐。生成可溶性盐后经洗涤和固液分离就可以将含铁的溶液和较纯净的高岭岩分开,从而达到提纯的目的。酸浸工艺的主要工艺参数是酸的浓度,很大程度上影响到除杂的最终效果。

①氧化法

化学提纯和化学漂白工艺在实际中是结合在一起的。在酸浸时加入氧化剂可使高岭土中的有机质和黄铁矿被氧化。氧化法也叫过氧漂白,是把高岭土(岩)中不溶于酸的铁矿物(如FeS2)氧化成可溶性的铁盐、亚铁盐而除去,同时氧化有机质,使其变成易被洗去的无色氧化物,常用的氧化剂为过氧化氢(双氧水)、过氧化钠和次氯酸钠等。过氧化氢的活性组分是H2O2,离解后产生HO2-,过氧化钠遇水先生成过氧化氢,再离解成HO2-和H+。

②还原法

高岭土的还原漂白工艺是使高岭土(岩)中的Fe3+还原成Fe2+,消弱铁的呈色能力。流程是先在搅拌槽中用硫酸调整pH值至4~4.5,然后给入漂白反应罐内,加入还原连二亚硫酸钠、硫代硫酸钠或亚硫酸锌(Na2S2O4或ZnS2O4),使高岭土中的三价铁还原为二价并溶于矿浆内,然后用清水洗涤使之与高岭土分离。

影响还原反应的工艺条件主要有矿浆浓度、分散剂用量、保险粉的用量、pH值、反应时间和反应温度。

和氧化反应一样,还原反应也需要使用添加剂来调节反应需要的较佳条件,主要有分散剂、缓冲剂、鳌合剂等。

来源:中国非金属矿信息平台

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