超導(dǎo)磁選機(jī)用于廣西高嶺土除鐵增白的試驗(yàn)研究*

張鵬翔 宋 健 張義廷 王兆連，2 苗文波 賈利林 宋志明

(1濰坊新力超導(dǎo)磁電科技有限公司 山東 濰坊 261205)

(2山東華特磁電科技股份有限公司 山東 濰坊 262600)

前言

高嶺土是一種重要的粘土礦物和工業(yè)礦物，主要成分為高嶺石，高嶺石是一種含水鋁硅酸鹽，化學(xué)組成為Al2O3·2Si O2·2 H2O[1]。高嶺土具有良好的理化性能和優(yōu)異的工藝特性，在陶瓷、涂料、石油化工、涂布、造紙、耐水材料、功能材料等方面有著非常廣泛的應(yīng)用[2]。隨著現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步，高嶺土應(yīng)用范圍也在不斷地拓寬，開始向高端領(lǐng)域滲透。但由于高嶺土中含有鐵、鈦等染色雜質(zhì)，影響其煅燒白度，降低了工藝性能，限制了高嶺土的應(yīng)用。因此，對(duì)高嶺土除雜技術(shù)的研究顯得尤為重要。

目前國(guó)內(nèi)高嶺土除鐵方法主要是化學(xué)漂白和磁選除鐵，生物除鐵技術(shù)還處于研究試驗(yàn)階段[3～4]。其中，化學(xué)漂白除鐵在高嶺土工業(yè)中應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟，但是污染環(huán)境，容易腐蝕設(shè)備[5]。隨著企業(yè)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，該工藝的采用會(huì)越來(lái)越少[6]。傳統(tǒng)的磁選除鐵方法也因磁選機(jī)的磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)不夠高，難以將弱磁性的鐵雜質(zhì)有效去除，達(dá)不到高檔高嶺土產(chǎn)品的品質(zhì)要求。超導(dǎo)磁選工藝具有以下優(yōu)勢(shì):極高的背景場(chǎng)強(qiáng)，除鐵率高，對(duì)弱磁性微細(xì)顆粒也有較好的捕收能力；綠色環(huán)保；能耗低；分選范圍廣；自動(dòng)化程度高[7]。超導(dǎo)磁選工藝對(duì)高嶺土除鐵、提高白度及附加值具有重要的意義[8]。

廣西某高嶺土礦含鐵、鈦等有害雜質(zhì)較高，不能直接利用，為獲取更高品質(zhì)的高嶺土產(chǎn)品，筆者采用超導(dǎo)磁選工藝對(duì)該礦進(jìn)行除鐵增白試驗(yàn)研究，并確定了合理的工藝參數(shù)及工藝流程。

1 礦樣性質(zhì)

試驗(yàn)礦樣取自廣西某高嶺土礦，高嶺土粒徑≤45 μm，主要含石英、高嶺土、云母、長(zhǎng)石和少量鐵礦物等。對(duì)來(lái)樣進(jìn)行化學(xué)多元素分析，其分析結(jié)果如表1所示。

由表1分析結(jié)果可知，原礦的主要化學(xué)成分為:Al2O332.13%，Si O253.92%，有害成分Fe2O3含量為1.31%，其余Ti O2、Ca O、K2O、Mg O等含量較低。原礦鐵含量較高，相應(yīng)白度較低，需進(jìn)一步除鐵增白，提高高嶺土的品質(zhì)及性能等。

表1 原礦多元素化學(xué)分析結(jié)果Tab.1 The multiele ment analysis results of raw ore

影響該高嶺土白度的磁性礦物為鐵、鈦礦物及云母，鑒于磁性礦物的嵌布粒度較細(xì)、磁性較弱，采用一般強(qiáng)磁選機(jī)往往脫除率不高，因此本試驗(yàn)以超導(dǎo)磁選機(jī)為主要磁選設(shè)備進(jìn)行除鐵增白。

2 超導(dǎo)磁選機(jī)

本實(shí)驗(yàn)采用某公司生產(chǎn)制造的往復(fù)式低溫超導(dǎo)磁選機(jī)，最高背景場(chǎng)強(qiáng)可以達(dá)到5.5 T，在工業(yè)生產(chǎn)和高校科研上有很好的應(yīng)用勢(shì)頭，現(xiàn)有8臺(tái)超導(dǎo)磁選機(jī)已經(jīng)在廣東、江西、云南、福建、內(nèi)蒙等地投入了生產(chǎn)使用。

2.1 超導(dǎo)磁選機(jī)工作原理

往復(fù)式低溫超導(dǎo)磁選機(jī)的核心部件是超導(dǎo)磁體。該磁體主要由超導(dǎo)線圈、液氦部分、磁低溫箱、屏蔽罩冷卻器及鐵軛等部分構(gòu)成。其關(guān)鍵技術(shù)在于通過低溫技術(shù)來(lái)處理線圈，使線圈達(dá)到超導(dǎo)狀態(tài)，此時(shí)線圈的電阻基本為零，線圈通上電流能產(chǎn)生很高的磁場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)最高可達(dá)到5.5 T。

分選過程:使礦漿通過處于強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)填充有鋼毛的分選腔，當(dāng)?shù)V漿經(jīng)過鋼毛介質(zhì)時(shí)，礦漿內(nèi)鐵磁性礦物會(huì)受到場(chǎng)強(qiáng)和梯度的作用而向鋼毛介質(zhì)聚集，非磁性或逆磁性礦物則隨流體運(yùn)動(dòng)而被排出分選腔進(jìn)入精礦池，從而達(dá)到分選的目的[9]。

往復(fù)式超導(dǎo)磁選機(jī)分選腔組由夾在3個(gè)無(wú)效分選腔內(nèi)的2個(gè)有效分選腔組成，保持分選腔組的磁平衡。當(dāng)一個(gè)有效分選腔處于磁場(chǎng)內(nèi)部時(shí)，礦物進(jìn)行分選，磁性顆粒吸附于分選腔內(nèi)的鋼毛介質(zhì)上，非磁性礦物從排礦口排到精礦池中，此時(shí)另一個(gè)分選腔處于磁場(chǎng)外部，用高壓水沖洗吸附在鋼毛上的弱磁性礦物，由管道排放到尾礦池中，由此實(shí)現(xiàn)弱磁性礦物與非磁性礦物的分離。分選腔組在電機(jī)和皮帶系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下以預(yù)定時(shí)間間隔水平在磁場(chǎng)內(nèi)做往復(fù)移動(dòng)。磁體內(nèi)分選腔進(jìn)行分選，磁體外分選腔進(jìn)行沖洗，進(jìn)行交替往復(fù)運(yùn)行，極大地提高了選礦效率。分選腔結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 分選腔結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagra m of sorting cha mber str ucture

2.2 超導(dǎo)磁選機(jī)的性能優(yōu)勢(shì)

力。

1)超導(dǎo)磁選機(jī)極高的背景場(chǎng)強(qiáng)可獲得更高的磁

2)超導(dǎo)磁選機(jī)能耗低，節(jié)能降耗效益顯著。低溫超導(dǎo)磁選機(jī)額定功率在10 k W左右，與電磁設(shè)備相比，能耗大大降低，可為礦山企業(yè)節(jié)約大量的選礦電能成本。

3)超導(dǎo)磁選機(jī)分選范圍廣。濰坊新力超導(dǎo)磁電科技有限公司研制的低溫超導(dǎo)磁選機(jī)對(duì)于磁化率在10-8～10-10m3/kg范圍內(nèi)的磁性礦物都能夠有效地去除，且分選粒度下限可低至微米級(jí)，大大拓寬了現(xiàn)有磁選機(jī)可處理的非金屬礦的范圍。

4)超導(dǎo)磁選機(jī)處理量大。

5)超導(dǎo)磁選機(jī)自動(dòng)化程度高。超導(dǎo)磁選機(jī)的作業(yè)過程可實(shí)現(xiàn)一鍵操作，一鍵勵(lì)磁、一鍵退磁、一鍵自動(dòng)運(yùn)行，對(duì)生產(chǎn)管理和產(chǎn)品質(zhì)量的控制提供極大的便利。

3 超導(dǎo)磁選試驗(yàn)研究

來(lái)樣高嶺土的Fe2O3含量較高達(dá)1.31%，自然白度只有60.3，嚴(yán)重影響其品質(zhì)，為得到高品質(zhì)的高嶺土產(chǎn)品，需進(jìn)行除鐵增白試驗(yàn)。目前，國(guó)內(nèi)高嶺土行業(yè)的除鐵方法主要有磁選除鐵和化學(xué)漂白。化學(xué)漂白不僅成本較高而且污染環(huán)境，因此本試驗(yàn)采用磁選除鐵的選礦工藝。由于原礦中磁性礦物的嵌布粒度較細(xì)、磁性較弱，采用傳統(tǒng)磁選方法難以去除，利用超導(dǎo)才能有效除去礦物中的鐵。

本試驗(yàn)分別從磁場(chǎng)強(qiáng)度、礦漿流速、礦漿濃度、磁選預(yù)處理4個(gè)方面進(jìn)行了試驗(yàn)研究，最終確定了該高嶺土的最佳磁選工藝。

3.1 磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)

表2 磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Magnetic field strength test results

影響高嶺土除鐵效果的主要因素是磁場(chǎng)強(qiáng)度，通過對(duì)比不同場(chǎng)強(qiáng)下的除鐵效果，來(lái)確定試驗(yàn)的最佳磁場(chǎng)強(qiáng)度。試驗(yàn)采用CGC-300低溫超導(dǎo)磁選機(jī)，固定磁選條件:礦漿濃度為15%，礦漿流速為1.0 c m/s，分散劑用量為0.2%，磁介質(zhì)為3#鋼毛，采用一次磁選流程。分別在磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.5 T、2.5 T、3.5 T、4.5 T和5.5 T的條件下，進(jìn)行超導(dǎo)磁選除鐵試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

由表2可知，磁場(chǎng)強(qiáng)度由1.5 T升高到5.5 T后，高嶺土鐵含量由1.31%下降到0.55%，呈逐步降低的趨勢(shì)，白度由60.3升高至89.8。精礦產(chǎn)出率逐漸降低，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度由3.5 T升至5.5 T時(shí)，產(chǎn)出率輕微波動(dòng)，保持在80%左右。試驗(yàn)說明磁場(chǎng)越高，除鐵效果越明顯，綜合考慮，最佳磁場(chǎng)強(qiáng)度為5.5 T。

3.2 礦漿流速試驗(yàn)

礦漿流速也是影響除鐵效果的因素之一。流速過慢影響產(chǎn)量，流速過快不利于除鐵。分別在礦漿流速為0.7 c m/s、1.0 c m/s、1.3 c m/s的條件下，進(jìn)行超導(dǎo)磁選試驗(yàn)。固定磁選條件:磁場(chǎng)強(qiáng)度為5.5 T，礦漿濃度為15%，分散劑用量為0.2%，磁介質(zhì)為3#鋼毛，一次磁選流程。試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 礦漿流速試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Pulp slurry velocity test results

由表3可知，隨著礦漿流速的增大，精礦鐵含量逐步增加，產(chǎn)出率逐漸增大，綜合考慮除鐵效果和產(chǎn)出率，最終確定最佳礦漿流速為1.0 c m/s。

3.3 礦漿濃度試驗(yàn)

在保證礦漿充分分散的前提下，礦漿濃度越高產(chǎn)量越大。分別在礦漿濃度為12%、15%、18%的條件下，進(jìn)行超導(dǎo)磁選除鐵試驗(yàn)。固定磁選條件:磁場(chǎng)強(qiáng)度為5.5 T，礦漿流速為1.0 c m/s，分散劑用量為0.2%，磁介質(zhì)為3#鋼毛，一次磁選流程。試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 礦漿濃度試驗(yàn)結(jié)果Tab.4 Pulp concentration test results

由表4可知，隨著礦漿濃度的增大，除鐵效果變化不大，可以使用較高的濃度，最終選擇礦漿濃度為18%。

3.4 磁選預(yù)處理試驗(yàn)

為了進(jìn)一步提高高嶺土白度，降低鐵雜質(zhì)，先將原礦通過電磁漿料機(jī)(1.3 T)進(jìn)行預(yù)處理，再將電磁精礦投入超導(dǎo)磁選機(jī)進(jìn)行二次磁選。超導(dǎo)磁選條件:磁場(chǎng)強(qiáng)度為5.5 T，礦漿流速為1.0 c m/s，礦漿濃度為18%，分散劑用量為0.2%，磁介質(zhì)為3#鋼毛。所得精礦與一次超導(dǎo)磁選精礦對(duì)比如表5所示。

表5 磁選預(yù)處理試驗(yàn)結(jié)果Tab.5 Magnetic separation pretreat ment test results

由表5試驗(yàn)結(jié)果可知，與一次超導(dǎo)磁選結(jié)果對(duì)比，采用一次電磁+一次超導(dǎo)磁選工藝能更有效的降低含鐵量、提高高嶺土白度，精礦含鐵量由1.31%降至0.50%、白度由89.1提升至92.6，除鐵增白效果明顯。

4 結(jié)語(yǔ)

1)原礦為廣西某高嶺土礦的高嶺土，主要礦物組成為石英、高嶺土、長(zhǎng)石。原礦中的Fe2O3含量為1.31%，主要磁性礦物為鐵、鈦礦物及云母，鑒于磁性礦物的嵌布粒度較細(xì)、磁性較弱，采用一般強(qiáng)磁選機(jī)往往脫除率不高，因此采用超導(dǎo)磁選機(jī)對(duì)該高嶺土進(jìn)行除鐵增白。

2)經(jīng)過磁場(chǎng)強(qiáng)度、礦漿流速、礦漿濃度、流程優(yōu)化4個(gè)方面的對(duì)比試驗(yàn)可知:磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小是影響除鐵效果的關(guān)鍵因素，礦漿流速、礦漿濃度、磁選流程也會(huì)不同程度的影響磁選效果。

3)原礦經(jīng)1.3 T電磁預(yù)處理，電磁精礦在礦漿流速為1.0 c m/s、礦漿濃度為18%，分散劑用量為0.2%，3#鋼毛為磁介質(zhì)的條件下再經(jīng)5.5 T超導(dǎo)磁選，所得高嶺土精礦產(chǎn)出率為77.36%，F(xiàn)e2O3含量由1.31%降至0.50%，白度由60.3提升至92.6，取得了理想的除鐵效果，可以滿足高檔陶瓷、涂料等領(lǐng)域的應(yīng)用要求。試驗(yàn)證明超導(dǎo)磁選可有效降低高嶺土中的鐵含量，提升白度，提高高嶺土的產(chǎn)品質(zhì)量。