钾钠长石矿的除铁技术研发

钾钠长石矿的除铁技术研发河北理工大学化学工程学院夏青一．钾钠长石的应用、性质及国内外的研发现状1. 钾钠长石的应用及要求制造玻璃是长石的主要用途之一，美国约60%的长石用于玻璃制造业，在欧洲和亚洲约有20%～40%。

长石中的Al2O3在玻璃中起防止析晶，提高玻璃机械强度和抗化学腐蚀能力的作用，是普通玻璃不可缺少的化学组分[1]；长石中的钾、钠可以部分代替其他昂贵的碳酸钾和纯碱的用量，从而带来整个配合料成本的下降。

在陶瓷工业中的用量占30%，主要用在陶瓷坯体配料、陶瓷釉料及搪瓷中，其次用于化工、磨料磨具、玻璃纤维、电焊条等其他行业[2]。

我国长石矿产品目前还没有制定统一的产品质量标准，但对长石含铁量等杂质的要求越来越高，玻璃工业及陶瓷工业对钾长石的一般工业要求如表1和表2，还有一些应用领域对长石原料的烧成白度也有一定的要求。

故脱除其中的铁、钛、云母等深色矿物就十分必要，例如某些日用陶瓷中作配料和釉料的长石填料的Fe2O3+TiO2要小于1%[3]。

表1 玻璃工业对长石的要求(%)成分SiO2Al2O3Fe2O3Na2O K2O 钾长石≤70≥18≤0.2钠长石63～70 16～20 <0.3 ≥8≤1表2 陶瓷工业对钾长石的要求(%)成分K2O+Na2O Na2O Fe2O3Al2O3MgO+CaO 特级品≥12<4 <0.15 ≥17<2 Ⅰ极品≥11<4 ≤0.2≥17<2 Ⅱ极品≥11≤0.5≥17<22. 钾钠长石的性质长石是钾、钠、钙、钡等碱金属或碱土金属的铝硅酸盐矿物，晶体结构属架状结构。

其主要化学成分为SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、CaO等[4]。

长石族矿物是地壳中分布最广的矿物，约占地壳总重量的50%，是一种普遍存在的造岩矿物。

60%的长石赋存在岩浆岩中，30%分布在变质岩中，10%存在于沉积岩碎屑岩中，但只有在相当富集时长石才能成为工业矿物。

长石矿物富含钾、钠等碱金属，熔融温度较低(1100～1200℃)，熔融间隔较长，具有较强的助熔性和较高的化学稳定性[5]。

我国长石资源很丰富，以钾长石为主，但是能够满足工业要求的优质长石矿较少，绝大部分都含有石英、白云母、黑云母、金红石、磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿，有些长石原矿中还含有磷灰石、黄铁矿、榍石、角闪石、电气石等，含铁量比较高，长石白度或烧成白度达不到要求。

为了提高长石的工业价值，满足工业对优质长石矿的需求，必须从劣质长石矿中去除杂质矿物，尤其是对铁、钛氧化物的去除[3]。

钾钠长石中铁的存在形式比较复杂，主要有以下三种情况：其一，以赤铁矿、褐铁矿为主，呈微细粒星点状零星分布在脉石中或云母矿物中，粒度一般较粗，这种集合体易于选别；其二，以铁染形成的氧化铁淋漓渗透污染钾长石的表面，或沿着裂隙、矿物间及钾长石的解理缝贯入分布，这种铁染形成的氧化铁大大地增加了除铁的难度；含铁的脉石矿物，例如铁钛矿、黑云母、电气石、角闪石、绿帘石、褐帘石、黄铁矿等，虽然这类矿物一般含量较低，但对长石精矿的质量影响较大，而且这类矿物采用传统的单一加工方法很难去除，这就会增加了除铁工艺流程，增加选矿的成本[5]。

3. 钾钠长石矿除铁技术研发现状近年来，国内外对钾钠长石的选矿提纯方面做了大量研究，主要包括以下几个方面：（1）矿石的粉碎长石矿的粉碎工艺包括破碎与磨矿。

长石的粉碎一方面是为了满足最终产品的粒度要求，另一方面也是除杂工艺的需要。

目前，长石磨矿主要分为干法和湿法两种方式，湿法磨矿效率比干法高，且不易出现“过磨”现象。

玻璃行业长石加工大多选用钢棒介质磨矿，磨矿效率高，且粒度均匀，但有铁质污染，导致长石质量不高；陶瓷行业采用石质轮碾或瓷球磨矿，磨矿效率低，能耗高。

在保证长石产品高质量的基础上，实现高效率磨矿和连续化生产是长石加工提纯研究的一项重要课题。

陈国安采用“锤式破碎→摆式磨粉→磁选”的工艺流程，获得了含Fe2O30.05%的优质长石精矿。

高惠民等采用“湿式棒磨与螺旋分级闭路—弱磁选与强磁选”工艺流程，使Fe2O3含量0.17%的长石矿经一次选别后，获含Fe2O30.09%的长石精矿，产率达92.2%[5]。

（2）洗矿与脱泥洗矿适用于产自风化花岗岩或长石质砂矿的长石，主要是去除粘土、细泥和云母等杂质，即可降低长石矿中Fe2O3含量，又可提高长石矿中钾、钠含量。

洗矿工艺常采用振动筛或洗矿槽，它是利用粘土、细泥、云母粒度细小或沉降速度小(比重轻)，在水流作用下易与粗粒长石分开。

脱泥主要是为了除去矿石中的原生矿泥及因磨矿等产生的次生矿泥，防止大量细泥影响后续作业(如浮选、磁选等)的选别效果。

通常在单一或复合力场中脱泥，常用设备有脱泥斗、离心机、水力旋流器等。

另外，由于胺类捕收剂对矿泥很敏感。

RNH3+易吸附在荷负电的矿泥颗粒表面，这样不仅要消耗大量的捕收剂，而且常会造成大量黏性泡沫，使过程失去选择性，降低浮选效果。

所以使用胺类捕收剂时浮选矿浆需进行预先脱泥[6]。

（3）磁选由于长石中的铁矿物、黑云母、角闪石和电气石等都具有一定的磁性，因此在外加磁场的作用下可与长石分离。

一般地，长石中这类矿物磁性较弱，只有采用强磁选设备才能获得较好的分选效果[5]。

目前，国内用于长石除铁的磁选设备主要有：永磁辊式强磁选机、永磁筒式中强磁场磁选机、电磁平环强磁选机、电磁感应辊式强磁选机、高梯度强磁选机及超导强磁选机等[7]。

其中，高梯度磁选机是目前从微细粒矿物中去除铁矿物、云母最有效的磁选设备，其背景磁感应强度可达到2.0T（国外可达5.0T），可对-0.074mm的长石矿进行提纯。

长沙矿治院采用CRIMM型高梯度磁选机对湖南平江长石矿进行选矿提纯，原矿经一次磁选，可使Fe2O3含量由0.2%降至0.05%。

安徽明光长石矿采用赣州有色金属研究所研制的Slon立环脉动高梯度磁选机进行选矿提纯，原矿经一次磁选，可使Fe2O3含量由0.6%降至0.3%以下。

采用高梯度磁选机除铁是生产高品级长石产品的有效途径，缺点是设备及运行成本较高[8]。

王会云等[5]利用国内常用的稀土永磁辊式强磁选机、电磁除铁器、SHP湿式强磁选机和湿式筒式强磁选机，进行了探索性磁选试验，结果表明，由于-44μm 钾长石粉粒度偏细，采用一般的磁选机很难获得Fe2O3含量0.1%以下甚至更低的超纯钾长石精矿。

而采用其研制的新型高效长石除铁强磁选机对平江-44μm长石粉进行磁选，可将原矿Fe2O3的含量由0.17%降低到0.03%，达到了国际领先水平。

高惠民等[5]利用高梯度磁选机进行了除铁试验研究，采用干磨和湿磨两种方式，结果表明，在这两种方式中，磁选除铁效果都很好，经过高梯度磁选除铁后的长石粉作釉料时，烧成的陶瓷釉面没有黑色铁斑点，提高了瓷器的等级。

而未经磁选的长石粉作釉料时，即使其铁含量很低，有时也会在瓷器表面形成黑色斑点。

周奇珍[9]采用新型DLSD-15超精细高梯度湿式磁选机除铁，除铁率最差达81.51%，且精矿中铁的含量较低，为0.05%，达到很好的除铁效果。

当煅烧温度都为1200℃时，没经过除铁前，产品煅烧后的白度为23.4，通过新型DLSD系列超精细高梯度湿式磁选机除铁后，其白度最低可达73.8，平均可达74.1，因此，除铁后产品的白度明显增，为用户带来更可观的经济效益。

（4）浮选对长石浮选国内外已进行了大量的试验研究，主要致力于对阴离子捕收剂、阳离子捕收剂和活性剂进行长石分离和回收的作用机理的研究。

浮选是长石选矿提纯的有效途径，一方面浮选可以去除矿石中的铁、钛矿物，一般均采用反浮选去除铁、钛矿物；另一方面浮选可以实现长石与石英的分离，使长石矿物得到进一步的提纯[8]。

长石与云母的分离[5]：云母易在粗磨的条件下进行浮选，通常使用反浮选的方法除去云母。

一方面是为了减少长石在云母浮选中的损失；另一方面，云母磨矿过细会消耗大量价格昂贵的药剂。

云母既可以在酸性回路中也可以在碱性回路中浮选，大多数采用酸性浮选法。

云母天然可浮性使得它很容易用胺类阳离子捕收剂浮选回收。

浮选矿浆用硫酸调到pH值≈3，浮选云母的捕收剂为十二胺。

长石与石英分离[5]：目前，石英—长石分离技术大致有三种：酸性浮长石法、中性浮长石法及碱性浮石英法。

其中，最成熟、应用最广泛的是酸性浮长石法，但这一工艺需要强酸性的介质条件，造成设备腐蚀严重。

因此，中性浮长石法和其它几种工艺方法有着良好的应用前景，代表着石英—长石浮选分离工艺的发展方向，尽管目前这些方法还不够成熟，大部分仅限于实验室研究，在工业生产中应用的较少，但是这些工艺方法值得进一步探讨和改进，以便早日实现工业应用。

长石与含铁矿物的分离：一般情况下，长石矿物中的铁主要赋存于云母、黄铁矿、少量赤褐铁矿和含铁的碱金属硅酸盐(例如石榴子石、电气石和角闪石)。

通常，在pH值2.5～3.5的酸性条件下，采用胺类阳离子捕收剂可浮出云母；在pH 值5～6的酸性条件下，采用黄药类捕收剂可浮选出黄铁矿等硫化矿物；在pH值3～4的酸性条件下用磺酸盐类捕收剂可浮选出含铁硅酸盐。

Gulsoy等[10]利用两段浮选进行了从实验室浮选测试到工业应用的试验研究，并得到很好的效果。

首先，采用牛脂胺醋酸盐作为捕收剂，用50%的MIBC和50%的松油作为起泡剂，在pH 值为2.5～3的条件下去除云母。

然后，使用油酸钠，pH值为5.5～6.5，在磨矿粒度-300μm的条件下除去钛、铁氧化物。

其最终得到TiO2+Fe2O3<0.12%的高品质精矿，此法得以在工业中应用。

范海宝等在pH值为5的弱酸条件下，用油酸钠进行单一浮选除铁，得到Fe2O3<0.2%的长石精矿，达到工业要求。

长石与含钛矿物的分离：目前，国内外关于长石中钛杂质的研究很少，只指出长石中钛主要赋存在金红石(或锐钛矿)、钛铁矿和少量榍石中[5]。

本课题主要在于说明钾钠长石矿的除铁技术发展，故含钛杂质的去除这里不予介绍。

（5）磁—浮等联合流程某些高铁极难选长石矿，不仅含铁很高，而且其中部分铁矿物是以铁染形式渗透于长石解理间，对于这些矿物，如果采用单一选别工艺都不能满足精矿要求时，可以采用联合流程。

徐龙华等对四川某低品位长石采用“磁选—浮选”联合工艺，获得合格的钾钠长石精矿，且可综合回收石英。

庞玉荣等采用“反浮选—强磁选”联合工艺流程，获得K2O+Na2O含量为13.92%、Fe2O3含量为0.2%的钾长石精矿。

李晓燕等采用“磁选—脱泥—浮选”联合工艺流程将长石中的铁降低到0.051%，二氧化钛降低到0.018%，氧化钙降低到0.05%，氧化钾达到13.39%，长石产率达到87%[5]。

（6）其他选矿工艺酸浸[3]：酸浸是去除长石杂质的有效方法，它往往是处理长石中含有极细微嵌晶结构的杂质。