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<2

2. 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