高岭土选矿废水循环使用对产品质量的影响研究

2023年第3期 中国非金属矿工业导刊 总第159期
【试验研究】
高岭土选矿废水循环使用对产品质量的影响研究
张　飞，石晓岚，王彬翔，于　雷，李运宇，邹　李
(中国高岭土有限公司，江苏 苏州　215151)
【摘　要】本文研究了高岭土选矿废水循环使用对产品质量的影响，研究表明：高岭土选矿废水经过5次循环使用后，高岭土产品中的Na 2O 含量由0.04%上升到0.11%，SO 3含量由0.50%上升到0.87%，-2μm 含量由89.36%下降到80.10%，选矿废水的循环使用对高岭土产品质量有显著影响，对高岭土产品在石油催化剂、蜂窝陶瓷、电陶瓷等高端行业使用有较大限制。

【关键词】高岭土；选矿废水；分散剂；水处理；石油催化剂
【中图分类号】TD926.5；TD973.2 【文献标识码】A 【文章编号】1007-9386(2023)03-0058-03
Experiment on the Effect of Kaolin Beneficiation Wastewater Recycling on
Product Quality
ZHANG Fei, SHI Xiao-lan, WANG Bin-xiang, YU Lei, LI Yun-yu, ZOU Li
(China Kaolin Co., Ltd., Suzhou 215151,China)
Abstract: In this paper, the effects of recycling kaolin mineral processing wastewater on product quality were studied. The results showed that: After five cycles of kaolin mineral processing wastewater, Na 2O content in kaolin products increased from 0.04% to 0.11%, SO 3 content increased from 0.50% to 0.87%, and -2μm content decreased from 89.36% to 80.10%. The recycling of mineral processing wastewater has a significant impact on the quality of kaolin products. It restricts the use of kaolin products in high-end industries such as petroleum catalyst, honeycomb ceramics and electric ceramics.
Key words: kaolin; beneficiation wastewater; dispersants; water treatment; petroleum catalyst
高岭土选矿废水经过处理后作为高岭土原矿化浆原水循环使用，可以节约用水成本，减少选矿废水外排[1-2]。

由于高岭土是一种弱酸性矿物，高岭土制浆选矿过程需要加入分散剂[3]、絮凝剂等药剂，高岭土产品经过选矿、压滤脱水后，选矿废水需要经过调节pH 值、沉降等方式处理，处理后水体中残留少量的杂质离子，由于高岭土产品中残留干矿量30%～35%选矿废水，长时间的选矿废水循环使用将对高岭土选矿产品质量产生影响。

在实验室模拟高岭土深加工[4]过程及选矿废水处理循环使用过程，探究高岭土选矿废水的循环使用对于高岭土产品质量的影响。

1　试验过程1.1试验药剂及设备
试验药剂：苏州高岭土原矿[5]、六偏磷酸钠、硫酸、氢氧化钠、氧化钙等。

试验设备：高速捣浆机、真空抽滤机、烘箱等。

1.2 原矿处理与成分分析
试验采用苏州高岭土原矿，首先对于原矿进行
【作者简介】张飞(1989-)，男，工程师，研究领域：高岭土选矿深加工技术、高岭土产品的研发与应用等，E-mail ：****************。

【引文格式】张飞,石晓岚,王彬翔,等.高岭土选矿废水循环使用对产品质量的影响研究[J].中国非金属矿工业导刊,2023(3):58-60.
破碎、缩分处理，处理步骤见图1，将处理的原矿进行送样检测，相关的检测数据见表1。

苏州高岭土原矿品质优秀，铝含量高，钾、钠、钙杂质含量低，但由于苏州高岭土矿脉为热液蚀变
图1　实验室试验缩分流程
表1　高岭土原矿化学元素分析结果 (单位：%)
元素SiO 2Fe 2O 3Al 2O 3SO 3
含量46.270.8736.133.12
元素K 2O Na 2O CaO I L
含量0.410.030.0415.33
型[6]，造成原矿含硫量较高，而原矿具有较高分选性[7]，通过选矿深加工可以去除大部分杂质矿物。

1.3 选矿试验与选矿废水回用流程
将苏州高岭土原矿与适量水置于烧杯中，矿浆浓度在20%左右，通过高速搅拌机持续搅拌35分钟。

将经过高速搅拌的矿浆过400目筛网，去除上层杂质，取经过400目筛网的矿浆，加入2%的氢氧化钠溶液，调节pH值至7.0左右，再加入10%的六偏磷酸钠溶液，快速搅拌均匀，搅拌结束后对矿浆进行自然沉降[8]，根据斯托克斯公式计算沉降时间。

沉降时间结束后，将上层矿浆倒出，并加入稀硫酸，调节pH值至5.0左右，对矿浆进行真空抽滤脱水，将抽滤出的选矿废水回收处理以备循环使用，抽滤、脱水后的泥饼则进入烘干、检测过程。

将回收后的选矿废水加入氢氧化钙快速搅拌，调整pH值到7～8，搅拌结束加入聚丙烯酰胺进行絮凝，将絮凝后选矿废水过滤、收集，去除沉淀物收集过滤清水。

将经过处理的选矿废水循环使用在上一步选矿试验中。

选矿废水处理步骤见图2。

连续5次进行选矿废水循环使用试验，检测高岭土产品的SiO2、Fe2O3、Al2O3含量，结果见表3。

图2　选矿废水处理流程
2　试验结果与讨论
2.1 选矿废水循环使用废水中离子变化
研究中，将选矿废水经过连续5次选矿试验循环使用，再经过处理以后，测定每次废水中离子的含量，相关数据见表2。

表2　5次循环后水中各离子浓度 (单位：10-6)离子原水循环-1 循环-2 循环-3 循环-4 循环-5 Na+124.6 378.4 549.0 697.4 1009.0 1276.6 SO42-15.2 80.9 170.8 260.9 350.8 476.8 Ca2+24.3 200.8 386.5 601.3 789.5 1002.6 PO43-36.0 111.6 195.3 287.5 397.5 423.6选矿废水经过5次循环试验，由于选矿及水处理过程中六偏磷酸钠、氢氧化钠、硫酸、氢氧化钙等药剂使用，造成处理水中离子含量持续上升，其中Na+含量由原水中的124.6×10-6上升到1276.6×10-6，SO42-含量由原水中的15.2×10-6上升到476.8×10-6，Ca2+含量由原水中的24.3×10-6上升到1002.6×10-6，PO43-含量由原水中的36.0×10-6上升到423.6×10-6。

2.2 矿废水循环使用对产品质量影响
2.2.1 对产品SiO2、Fe2O3、Al2O3的影响
将苏州高岭土原矿进行化浆筛析、沉降试验，表3　5次循环后产品SiO2、Fe2O3、Al2O3含量(单位：%)元素循环-1 循环-2 循环-3 循环-4 循环-5 SiO245.91 45.74 46.09 45.96 45.83
Fe2O3 0.23 0.25 0.28 0.30 0.26
Al2O3 37.65 37.90 37.29 37.27 37.44
选矿废水经历5次循环使用，高岭土产品中SiO2含量分别为：45.91%、45.74%、46.09%、45.96%、45.83%，Fe2O3含量分别为：0.23%、0.25%、0.28%、030%、0.26%，Al2O3含量分别为：37.65%、37.90%、37.29%、37.27%、37.44%。

SiO2、Fe2O3、Al2O3含量基本保持稳定，波动范围较小。

说明选矿废水的循环使用对高岭土产品的SiO2、Fe2O3、Al2O3含量影响较小[9]。

2.2.2 对产品K2O、Na2O的影响
连续5次进行选矿废水循环使用试验，检测高岭土产品的K2O、Na2O含量，结果见表4。

表4　5次循环后产品K2O、Na2O含量 (单位：%)元素循环-1 循环-2 循环-3 循环-4 循环-5 K2O 0.31 0.30 0.32 0.32 0.34
Na2O 0.04 0.04 0.06 0.08 0.11
选矿废水经历5次循环使用，高岭土产品中K2O含量分别为：0.31%、0.30%、0.32%、0.32%、0.34%，K2O含量基本保持不变，说明选矿废水的循环使用对高岭土产品K2O含量影响较小。

Na2O含量由0.04%上升到0.11%，当选矿废水循环使用4次时，Na2O含量已经上升到0.08%，达到石油催化剂行业对高岭土产品Na2O含量要求指标上限[10]，继续循环使用选矿废水将极大影响产品质量。

2.2.3 对产品SO3、CaO的影响
连续5次进行选矿废水循环使用试验，检测高岭土产品的SO3、CaO含量，结果见表5。

表5　5次循环后产品SO3、CaO含量 (单位：%)元素循环-1 循环-2 循环-3 循环-4 循环-5
SO30.50 0.68 0.71 0.79 0.87 CaO 0.16 0.18 0.22 0.26 0.32选矿废水经历5次循环使用，高岭土产品中SO3含量由0.50%上升到0.87%，苏州高岭土因地质成因导致含硫量较高，通过选矿加工可大幅度降低产品中硫含量，但随着选矿加工中少量硫酸的加入，选矿废水循环使用后使硫酸根离子残留在高岭土产品中，最终造成高岭土产品中硫含量上升。

硫含量较高的高岭土产品经过高温煅烧含硫物质会挥发，从而导致终端产品存在少量气泡，并造成大气污染，
张飞等：高岭土选矿废水循环使用对产品质量的影响研究
将大大限制高岭土在陶瓷、耐火等行业中的使用[11]。

高岭土产品中CaO含量由0.16%上升到0.32%，由于选矿废水在处理过程中需要加入氢氧化钙调节pH 值，造成选矿废水中的钙离子持续上升，选矿废水循环使用时会将钙离子间接带入高岭土产品中。

由于钙离子具有一定的絮凝效果，钙离子浓度的增加将直接影响矿浆流动性，造成高岭土分散不均，影响其在塑料填料等行业的应用[12-13]。

2.2.4 对产品粒度的影响
连续进行5次选矿废水循环使用试验，检测高岭土产品的2μm含量，结果见表6。

含量为1002.6×10-6，PO43-含量为423.6×10-6。

(2)经过2～3次选矿废水的循环使用，对高岭土产品中Na2O、CaO、SO3、-2μm含量等指标产生较大影响，造成高岭土产品质量大幅度下降，对高
岭土产品在石油催化剂、蜂窝陶瓷[15]、电陶瓷等高端行业使用有较大限制。

(3)选矿废水循环使用可以节约成本，减少环境污染，但对高岭土产品质量有一定影响，可以通过减少药剂使用量、产品差异化销售、补充清水等方式降低选矿废水循环使用对高岭土产品质量的影响。

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【收稿日期】2023-03-18
表6　5次循环后产品-2μm含量 (单位：%)产品循环-1 循环-2 循环-3 循环-4 循环-5
-2μm含量 89.36 88.23 85.15 81.76 80.10
选矿废水经历5次循环使用，高岭土产品-2μm 含量由89.36%下降到80.10%，选矿废水进行水处理后，选矿废水中含有较多的钙离子[14]，钙离子具有絮凝效果，造成高岭土矿浆流动性下降和分散效果不佳，使得沉降试验无法顺利进行，导致高岭土产品粒度下降。

高岭土产品对粒度有较高要求，其中石油催化剂用高岭土要求-2μm含量大于88%，选矿废水循环使用到第三次高岭土产品-2μm含量只有85.15%，已经不符合石油催化剂用高岭土产品的指标。

选矿废水循环使用对高岭土产品粒度产生较大影响。

3　结论
(1)高岭土选矿废水循环使用后，废水中杂质离子浓度不断上升，经过5次循环使用后，选矿废水中Na+含量为1276.6×10-6，SO42-含量为476.8×10-6，Ca2+
(上接第57页)
3　结论
就吸湿率这一指标而言，钙基膨润土优于钠基膨润土。

对膨润土进行酸化改性可明显提高膨润土在中高湿度下的吸湿率，当酸浓度为15%时，吸湿率增幅为20%。

因此，要提高膨润土在高湿度下的吸湿率，可通过酸化改性增大层状结构的孔隙实现。

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【收稿日期】2023-02-28
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