某含炭难选红柱石矿选矿试验研究

第 1 期 矿产保护与利用 №．1 2013 年 2 月 CONSEＲVATION AND UTILIZATION OF MINEＲAL ＲESOUＲCES Feb．2013 选 冶 工 艺 * 某含炭难选红柱石矿选矿试验研究 张成强 1， 2 ， 李洪潮 1， 2 ， 张红新 1， 2 ， 吕振福 1， 2 ， 朱惠娟 1， 2 ( 1． 中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所 ， 郑州 ， 450006; 2． 国家非金属矿产资源综合利用工程技术研 究中心 ， 郑州 ， 450006) 摘 要 : 主要介绍了某含炭难选红柱石矿的工艺矿物学及浮选工艺研究 。结果表明 ， 采用浮选脱炭 —脱泥 — 酸性浮选 —强磁选常规选别艺流程 ， 在磨矿细度 70% －0．074 mm 条件下 ， 最终获得红柱石精矿产率 7．07%、 红柱石矿物含量为 91．07 %、Al 2 O 3 含量为 55．72%、Fe 2 O 3 含量 1．50%的选别技术指标 ， 为该矿的开发利用 提供了可行性技术方案 。 关 键 词 : 红柱石矿 ; 有机炭 ; 选矿工艺 ; 耐火材料 中图分类号 : TD973 + ．9 文献标识码 : B 文章编号 : 1001 －0076( 2013) 01 －0014 －05 Beneficiation Study of a Ｒefractory Andalusite Ore containing carbon ZHANG Cheng － qiang 1， 2 ， LI Hong － chao 1， 2 ， ZHANG Hong － xin 1， 2 ， LV Zhen － fu 1， 2 ， ZHU Hui － juan 1， 2 ( 1． Zhengzhou Institute of Multipurpose Utilization of Mineral Ｒesources， CAGS， Zhengzhou 450006， China; 2． National Engineering Ｒesearch Center for Multipurpose Utilization of Nonmetallic Mineral Ｒe- sources， Zhengzhou， 450006， China) Abstract: Study on the mineralogy and the flotation of a refractory andalusite ore containing carbon is described in the paper． An andalusite concentrate with a yield of 7． 07%， containing 91． 07% andalusite， 55．72% Al 2 O 3 and 1．50 % Fe 2 O 3 ， can be obtained by the application of the common flowsheet of carbon flotation － desliming － flotation in acid medium － high intensity magnetic sepa- ration at a grinding fineness of 70% －0．074 mm， providing a feasible technical scheme for the de- velopment and exploitation of this andalusite ore． Key words: fine andalusite ore; organic carbon; concentration technology; refractory material 红柱石属典型的硅酸铝类矿物 ， 是蓝晶石族矿 我国红柱石矿资源较为丰富 ， 目前已在河南 、陕 物之一 ， 化学分子式为 Al 2 O 3 ·SiO 2 或 Al 2 OSiO 5 ， 理 西 、吉林 、新疆 、辽宁 、四川 、甘肃 、青海等十余个省区 论成分 : Al 2 O 3 62． 90%、SiO 2 37． 1% ［ 1］ 。红柱石在 发现红柱石矿区 50 多处 ， 潜在资源可观 ［ 3］ 。关于红 高温下能转变成莫来石形成独特的莫来石显微结 柱石矿选别技术研究情况 ， 对于嵌布粒度较粗的红 构 ， 使红柱石产品具有体积稳定 、荷重状态下的低蠕 柱石矿通常采用跳汰或重介质粗选得到粗精矿 ， 抛 变性和良好的耐火度 、抗热冲击能力强等特点 ， 而广 除大部分尾矿 ， 粗精矿破碎 、分级后再采用干式强磁 泛应用于耐火材料领域 ， 生产优质耐火材料 、陶瓷耐 选精选 ［ 4 ～5］ ; 对于嵌布粒度较细的红柱石矿 ， 一般采 火材料和生产特殊的绝缘体 ， 制造铸钢和铸铁坩埚 ， 用浮选方法富集 ， 最终浮选精矿再采用湿式强磁选 以及生产铝合金 ［ 2］ 。 除掉部分弱磁性矿物如黑云母 ［ 6］ 。总体来说 ， 我国 * 收稿日期 : 2013 －01 －12 作者简介 : 张成强 ( 1974 － ) ， 男 ， 河南周口人 ， 副研究员 ， 在读博士研究生 ， 主要从事选矿技术研究工作 。 第 1 期 张成强 ， 等 : 某含炭难选红柱石矿选矿试验研究 ·15· 红柱石矿选矿技术已取得较大进展 ， 处理粗粒嵌布 1．2 矿石结构构造特征 红柱石矿技术已成功应用于生产实践 ， 如中国地质 矿石的构造主要为板状构造和片状构造 。斑晶 科学院郑州矿产综合利用研究所研发的 “集合体 ” 结构 : 粒度稍粗的红柱石晶体分布在基质矿物中 ; 交 抛尾新技术已成功应用于新疆红柱石矿 ［ 7］ 。但对 代残余结构 : 红柱石被炭质 、黑云母 、石英充填交代 ， 细粒红柱石矿分离技术的工业化应用却一直未有较 仅留红柱石的残体 ; 镶边状结构 : 红柱石晶体被炭 大突破 ， 因此 ， 重视细粒红柱石分离技术研究具有十 质 、黑云母 、石英紧裹 ， 形成黑色镶边 ， 破碎后形成蛋 分重要的意义 。 壳状包在红柱石外围 ; 包含结构 : 粒度稍粗的红柱石 某含炭红柱石矿位于我国东北部 ， 该矿区共有 中常有石英 、炭质 、黑云母 、石榴子石 、钛铁矿 、黄铁 15 个矿体 ， 仅 1 号矿体 C + D 级储量就达 5 192 万 矿 、磁铁矿的包体 ; 交代蚀侵结构 : 红柱石四周被炭 吨 ， 开采条件相对较好 ， 但该矿石红柱石矿物含量 质 、黑云母 、石英细粒侵蚀交代 ， 仍保留红柱石晶体 ; 低 ， 嵌布粒度细 ， 且炭质含量较高 ， 国内一些科研单 “回 ”字形结构 : 炭质呈双层分布在红柱石中 ， 呈 位曾进行了一些工艺矿物学及选矿试验研究 ， 但试 “回 ”字形 ; 雨丝状结构 : 硅化交代红柱石晶体 、石英 验结果不太理想 ， 成为了 “呆滞矿 ”。因此 ， 在以往 细粒呈雨丝状覆盖在红柱石表面 。 研究的基础上 ， 确定合理的选别工艺流程 、研究最佳 分选条件及药剂制度对该矿进行再评价是相当必要 1．3 红柱石的矿物特性与嵌布关系 的 。 该红柱石矿在受变质作用过程中 ， 大部分红柱 本研究根据该矿石的工艺特性及以往红柱石选 石的边缘被基质矿物侵占或包围 ， 同时也受晚期硅 矿研究经验 ， 进行了多种选矿工艺流程探索试验 ， 最 化交代 ， 细粒石英沿红柱石裂理充填 ， 形成雨丝状 、 终确定采用原矿 —破碎 —磨矿 —脱炭 —脱泥 —浮 梳状结构 ， 使红柱石中 SiO 2 含量增多 。另外 ， 受交 选 —强磁选工艺流程 ， 研究了浮选药剂制度 ， 为该红 代的红柱石被石英 、炭质 、黑云母 、钛铁矿等广泛充 柱石矿石的可选性提供评价依据 。 填切割 ， 呈现了支离破碎的残留体 ， 只保留了红柱石 的晶体外形 ， 矿物组成反客为主 ， 也可以说是红柱石 1 矿石性质 的假象 ， 使红柱石颜色改变成灰白色 、灰黑色 、黑色 等 。其实红柱石成了含多种矿物的集合体 ， 在不同 1．1 矿石的矿物组成与化学成分 的粒度范围内红柱石总是呈集合体存在 ， 仅仅是集 该红柱石矿的矿物成分基本为红柱石斑晶和基 合体中杂质含量的多寡而已 。 质 。基质由炭质 、石英 、黑云母矿物相间排列 ， 受变 同时 ， 红柱石被基质矿物包围 ， 形成了蛋壳状结 质作用 ， 形成变晶结构 ， 堆积比较紧密 ， 呈片状分布 ， 构 ， 分别为石英外壳 、炭质外壳 、黑云母外壳或三种 另外还含有少量的石榴子石 ， 矿石的矿物组成较简 混合型外壳 ， 特别显著的是浓密的炭质条带 ， 呈黑色 单 。原矿样品化学多项分析结果见表 1， 矿石中主 镶边包裹红柱石 ， 紧密的外壳总是裹着红柱石 ， 很难 要矿物组成相对含量见表 2。 因破碎而脱落 ， 只有加强磨矿才能剥离 。 表 1 原矿化学多项分析结果 /% 研究发现 ， 在矿石粒度碎至 0． 3 ～ 0． 5 mm 时 ， 成分 Al 2 O 3 SiO 2 MgO Na 2 O K 2 O 红柱石才部分呈单体 ， 这时镜下检查发现已没有外 含量 20．40 55．97 1．49 0．79 3．34 部连生体 ， 但红柱石颗粒内的包裹体是依然存在的 ， 成分 CaO Fe 2 O 3 TiO 2 Fe 2 O 3 C 为提高品位仍需细磨 。 含量 0．77 8．49 0．77 8．49 4．43 1．4 主要脉石矿物的嵌布特征 矿石的脉石矿物由炭质 ( 微晶石墨 ) 、黑云母 、 表 2 矿石中主要矿物组成相对含量 /% 石英组成的集合体 ， 脉石矿物粒度都比较细小 ， 特别 矿物 红柱石 黑云母 绢云母 石英 绿帘石 石榴子石 是炭质仅为几微米至十几微米 ， 浓密聚集时会局部 含量 10．87 32．53 ＜0．5 39．52 ＜0．5 5．6 矿物 钛铁矿 炭质 绿泥石 辉石 磁铁矿 褐铁矿 变质成微晶石墨 。炭质与石英 、黑云母形成连生体 ， 含量 1．04 4．5 ＜0．5 少量 少量 少量 另外 ， 石英粒度细小 ， 几乎每颗石英中都有几微米的 炭质包裹体 ， 这在很大程度上提升了石英的可浮性 。 ·16· 矿产保护与利用 2013 年 这种脉石矿物与炭质物嵌布密切的特点使在浮选脱 炭时可脱除大量的石英 、黑云母等脉石矿物 。 2 选矿试验研究 2．1 分选方案的选择与确定 根据该矿石性质研究结果 ， 结合以往红柱石矿 选矿经验 ， 进行了多种选矿工艺流程探索试验 。磨 矿细度为 －0．074 mm 占 60% 的条件下进行了四种 不同工艺流程探索试验 : A: 原矿 —磨矿 —摇床 —湿 式强磁选 ; B: 原矿 —磨矿 —螺旋溜槽 —摇床 —湿式 强磁选 ; C: 原矿 —干式强磁选抛尾 —螺旋溜槽 —摇 床 —湿式强磁选 ; D: 原矿 —磨矿 —脱炭 —倾析脱 泥 —浮选 ( 酸性条件 ) —湿式强磁选 。探索试验结 果见表 3。 图 1 粗选浮选条件试验工艺流程 表 3 不同工艺流程探索试验结果 /% 不同磨矿细度 、矿浆 pH( 硫酸用量 ) 、混合捕收 流程探 精矿 精矿品位 精矿 Al 2 O 3 剂用量 、抑制剂用量与红柱石精矿品位和回收率的 索方案 产率 Al 2 O 3 回收率 关系分别见图 2 ～5。 A 6．11 47．94 13．75 B 2．11 52．11 5．16 C 0．42 54．86 1．08 D 3．87 57．21 10．78 注 : 试验中红柱石精矿质量以 Al 2 O 3 含量作为考核依据 ， 以下试验同此 。 从以上 4 种不同选矿工艺流程探索试验结果对 比可以看出 ， 采用酸性条件下原矿 —磨矿 —脱炭 — 脱泥 —浮选 —湿式强磁选工艺流程却能得到相对较 高精矿品位和回收率的选别技术指标 ， 最终确定采 用该选矿工艺流程进行试验 。研究发现 ， 浮选前用 图 2 磨矿细度试验结果 煤油和 2 号油脱炭和脱泥是十分必要的 ， 在改善精 从图 2 结果可以看出 ， 随着磨矿细度的增加 ， 精 矿品位和回收率的同时 ， 可减少下一步分选药剂的 矿品位和回收率先逐渐提高 ， 当细度为 － 200 目 用量 。 70%左右时 ， 精矿品位和回收率呈下降趋势 。研究 2．2 浮选流程及试验条件的确定 表明磨矿粒度较粗时 ， 目的矿物未充分解离 ， 难以分 验试过通 ， 最终确定了粗选原则工艺流程 ， 图见 1。 离而无法得到高质量精矿 ; 磨矿粒度过细时 ， 由于云 原矿经磨矿后 ， 首先添加煤油和 2 号油脱除炭 母等易碎矿物的严重泥化 ， 影响浮选的正常进行 。 质物 ， 由于炭质物与石英 、云母等嵌布关系密切 ， 因 因此 ， 该试验磨矿细度以 －200 目含量为 70%为佳 。 此在脱炭的同时也脱除了大部分石英 、云母等脉石 大量的试验研究表明 ， 在红柱石浮选工艺中 ， 矿 矿物 。另外脱炭的同时也可除去大部分矿泥 。在实 浆 pH 值在 3 ～ 4 时分离效果最佳 。图 3 试验结果 验室中脱炭后的矿浆采用倾析法可再次脱除部分矿 再次验证了该结论的正确性 。随着矿浆 pH 值的升 浆中微细粒矿泥 ， 这部分矿泥由于量少且粒度极细 高 ， 精矿回收率逐渐提高 ， 但精矿品位却逐渐降低 ， 实验室试验可忽略不计 。通过脱炭 、脱泥为浮选红 说明在较高 pH 值环境下 ， 红柱石和脉石矿物的浮 柱石创造了良好的条件 。 选性能差别较小 。因此确定适宜的浮选 pH 值为 3