花崗巖型鋸泥尾料綜合利用選礦試驗(yàn)研究*

王建磊 彭少偉 王 前 竇海濤 魏守江 盧 昊 高 亮 李保全 龍立富 申 宇 劉海洲 付文強(qiáng)

(1 山東華特磁電科技股份有限公司 山東 濰坊 262600) (2 山東省磁力應(yīng)用技術(shù)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 山東 濰坊 262600)

花崗巖是一種以長(zhǎng)石、石英、云母為主要成分的深成酸性火成巖，所含的鉀、鈉、硅、鋁等元素的比例與鉀鈉長(zhǎng)石礦相近。鋸泥是花崗巖在切割、打磨加工板材過(guò)程中產(chǎn)生的石粒、石粉與水的混合物。目前國(guó)內(nèi)具有規(guī)?；幕◢弾r加工板材產(chǎn)業(yè)基地二十余處，其中山東、福建、廣東、四川等地的石材加工集群規(guī)模較大，這些石材加工企業(yè)每年產(chǎn)生幾千萬(wàn)噸的鋸泥廢料，其堆放占用了大量寶貴的土地資源。鋸泥石粉粒度較細(xì)、質(zhì)地緊密、吸水性較差，干燥后遇風(fēng)易滿天飛揚(yáng)，雨天時(shí)則四處漫流，造成空氣和水系統(tǒng)的嚴(yán)重污染，對(duì)周邊植物的生長(zhǎng)影響較大；同時(shí)還浪費(fèi)了固廢尾料中的有價(jià)的礦物資源，對(duì)生態(tài)環(huán)境及板材產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展產(chǎn)生制約作用[1～2]

。目前大多數(shù)板材生產(chǎn)企業(yè)對(duì)鋸泥的處理方式主要有：①是深度填埋；②是加工制做加氣磚等建材；③是通過(guò)篩分和磁選方式選出部分陶瓷級(jí)長(zhǎng)石精礦。這些處理方式均存在著二次資源綜合利用程度和利用價(jià)值較低的問(wèn)題[3]。

山東某花崗巖型石板材鋸泥尾料一般粒徑在0.01～2 mm，有少量的為3 mm以上的粗顆粒和-10 μm的微細(xì)泥，粒度分布極為不均勻。主要礦物有長(zhǎng)石、石英等，次要礦物有角閃石、輝石、白云石、黑云母、磁鐵礦、鈦鐵礦、榍石、褐鐵礦和切削加工磨損的機(jī)械鐵、金屬合金粉末等，其中有價(jià)礦物為長(zhǎng)石、石英、磁鐵礦、機(jī)械鐵等。通過(guò)多次研究試驗(yàn)，進(jìn)行篩分、磨礦、弱磁選、強(qiáng)磁選、分級(jí)強(qiáng)磁選等聯(lián)合選礦工藝流程[4]，利用振動(dòng)篩、球磨機(jī)、永磁筒式磁選機(jī)、板式磁選機(jī)、立環(huán)高梯度磁選機(jī)、旋流器、電磁漿料磁選機(jī)等設(shè)備組合，選出合格的鐵精礦、中粒陶瓷級(jí)長(zhǎng)石精礦、細(xì)粒陶瓷級(jí)長(zhǎng)石精礦、建材原料等4種工業(yè)產(chǎn)品，使鋸泥尾料二次資源得到充分地綜合利用，實(shí)現(xiàn)尾料、尾水的“雙零”排放，并可創(chuàng)造出較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)價(jià)值[5]。

1 原礦性質(zhì)

試驗(yàn)所用鋸泥樣品取自山東某花崗巖型石板材加工企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，原礦多元素分析結(jié)果見(jiàn)表1，礦物組成分析見(jiàn)表2。

表1 原礦多元素分析結(jié)果(%)

表2 礦物組成及相對(duì)含量分析結(jié)果(%)

由表1分析結(jié)果可知，該鋸泥中的主要成分與原生鉀鈉長(zhǎng)石礦相近，主要有害元素為鐵、鈦、鈣、鎂等。從表2可以看出，該鋸泥中屬于中低品位鉀鈉長(zhǎng)石礦類型，主要有價(jià)礦物為長(zhǎng)石、石英、磁鐵礦、機(jī)械鐵等，主要雜質(zhì)有白云石、角閃石、黑云母、輝石、褐鐵礦、鈦鐵礦、榍石等礦物。

2 選礦試驗(yàn)

2.1 原礦粒度組成分析

對(duì)鋸泥試樣采用+1 mm、(-1+0.54) mm、(-0.54+0.074) mm、(-0.074+0.043) mm、(-0.043+0.010) mm、-0.010 mm等6個(gè)粒級(jí)進(jìn)行粒度篩分，考察各粒級(jí)的分布率和硅、鋁、鉀、鈉、鐵、鈦等主元素的含量。其分析結(jié)果見(jiàn)表3。

原礦粒度分析結(jié)果顯示，+0.54 mm粗粒級(jí)產(chǎn)率為17.61%，硅含量略高，鉀、鈉、鋁、鐵、鈦等含量略低；-0.54+0.043 mm中粒級(jí)產(chǎn)率為56.41%，各元素含量與原礦相近；-0.043 mm細(xì)粒級(jí)產(chǎn)率為25.98%，鋁含量較高，其他元素含量略低于原礦。

根據(jù)粒度分析結(jié)果確定，+0.54 mm粗粒級(jí)和-0.043 mm細(xì)粒級(jí)占原礦的43.59%，兩種粒級(jí)產(chǎn)品主元素硅、鋁、鉀、鈉的含量與原礦相近，應(yīng)將兩種粒級(jí)產(chǎn)品并入除雜選別系統(tǒng)，以增加產(chǎn)品的附加值。

表3 鋸泥原礦粒度分析結(jié)果

2.2 篩分+磨礦試驗(yàn)

鋸泥中+0.54 mm(+30目)粗砂占比為17.61%，而原生長(zhǎng)石礦常規(guī)磨礦細(xì)度為-0.54 mm(-30目)以下，粒度篩分時(shí)發(fā)現(xiàn)+30目產(chǎn)品的品質(zhì)較優(yōu)，應(yīng)將這部分粗砂磨礦后并入磁選系統(tǒng)，以提高長(zhǎng)石精礦的產(chǎn)率。試驗(yàn)流程見(jiàn)圖1。

2.3 弱磁選試驗(yàn)

鋸泥中的強(qiáng)磁性鐵主要為磁鐵礦和切割打磨過(guò)程中產(chǎn)生的機(jī)械鐵等，可用弱磁選方式進(jìn)行回收。取篩分磨礦至-30目的試樣，配成35%濃度的礦漿，經(jīng)CTB筒式磁選機(jī)磁選，分別考察不同場(chǎng)強(qiáng)、粗選、精選等條件對(duì)比。其試驗(yàn)流程見(jiàn)圖2，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

圖1 鋸泥原礦篩分+磨礦試驗(yàn)流程

-30目鋸泥原礦分別經(jīng)CTB-3000GS和2000GS粗選，粗精礦產(chǎn)率分別為0.75%和0.52%，全鐵TFe品位分別為42.67%和50.01%，與合格鐵精礦標(biāo)準(zhǔn)相差較大；將兩種條件選出的粗精礦分別經(jīng)CTB-1800GS和1600GS精選，鐵精礦產(chǎn)率分別為0.28%和0.24%，全鐵TFe品位分別為62.16%和63.08%，達(dá)到三級(jí)以上鐵精礦標(biāo)準(zhǔn)。磁選鐵指標(biāo)難以提高的主要原因與中粒級(jí)磁鐵礦連生體有關(guān)。

圖2 弱磁選鐵條件對(duì)比試驗(yàn)流程

綜合選鐵和除鐵的指標(biāo)要求，以CTB-3000GS+1800GS一粗一精選的磁選流程比較適宜。

2.4 中磁選鐵試驗(yàn)

鋸泥中賦存的鐵除了強(qiáng)磁性的磁鐵礦、機(jī)械鐵外，常伴生中等磁性的褐鐵礦、鈦鐵礦、電氣石等礦物[6]。

取3000GS弱磁選鐵的尾礦試樣配成30%濃度的礦漿，分別經(jīng)CTB-6000GS筒式磁選機(jī)、SGB—8500GS和SGB—11000GS板式磁選機(jī)3種不同的設(shè)備進(jìn)行磁選對(duì)比試驗(yàn)，同時(shí)考察除鐵指標(biāo)。試驗(yàn)流程見(jiàn)圖3，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4、表5。

圖3 中磁選鐵試驗(yàn)流程

表4 弱磁選鐵條件對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

表5 中磁選鐵試驗(yàn)結(jié)果

CTB-3000GS磁選鐵尾礦分別經(jīng)CTB-6000GS、SGB-8500GS、SGB-11000GS這3種條件磁選對(duì)比發(fā)現(xiàn)，中等磁性礦物的種類較多，氧化鐵含量最高選到33.51%，未選出合格的氧化鐵精礦產(chǎn)品，而含鈦礦物因比磁化率低，故鈦的去除率較低。

3種條件對(duì)比，以SGB-11000GS的除鐵指標(biāo)較優(yōu)，F(xiàn)e2O3含量由0.98%降低至0.64%，中等磁性的氧化鐵礦物的提前去除，減輕了后續(xù)高場(chǎng)強(qiáng)磁選作業(yè)的負(fù)荷。

2.5 強(qiáng)磁除雜試驗(yàn)

花崗巖型鋸泥中弱磁性礦物主要有氧化鐵、鈦鐵礦、黑云母、角閃石、輝石等有含氧化鐵、鈦及硅酸鐵礦物，以及切削加工產(chǎn)生的金屬合金粉末是影響長(zhǎng)石精礦白度提高的主要因素。這些礦物的比磁化率較低，常規(guī)的永磁類磁選機(jī)難以去除，應(yīng)采用場(chǎng)強(qiáng)更高的電磁類強(qiáng)磁選機(jī)進(jìn)行選別[7～8]。

取SGB-11000GS板式磁選機(jī)產(chǎn)出的長(zhǎng)石粗精礦試樣，配成25%濃度的礦漿，分別經(jīng)LHGC—1.4T立環(huán)高梯度磁選機(jī)一粗一精兩次磁選流程和LHGC—1.4T立環(huán)高梯度磁選機(jī)+HTDZ—1.6T電磁漿料磁選機(jī)組合磁選流程作除雜對(duì)比試驗(yàn)，立環(huán)高梯度磁選機(jī)環(huán)介質(zhì)為Φ2 mm的高導(dǎo)磁不銹鋼棒，電磁漿料磁選機(jī)介質(zhì)為高導(dǎo)磁不銹鋼板網(wǎng)，分析各產(chǎn)品中硅、鋁、鉀、鈉、鐵、鈦等主元素的含量。試驗(yàn)流程見(jiàn)圖4，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

立環(huán)高梯度磁選機(jī)和電磁漿料磁選機(jī)除雜過(guò)程中，弱磁性的氧化鐵、鈦鐵礦、硅酸鐵、金屬合金粉末等礦物易被高導(dǎo)磁介質(zhì)磁吸出，少量呈包裹體賦存狀態(tài)的鐵、鈦礦物難以去除。

圖4 強(qiáng)磁除雜對(duì)比試驗(yàn)流程

表6 強(qiáng)磁除雜對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

SGB長(zhǎng)石粗精礦經(jīng)立環(huán)高梯度磁選機(jī)1.4 T場(chǎng)強(qiáng)一次除雜流程，F(xiàn)e2O3含量由0.64%降至0.28%，立環(huán)高梯度磁選機(jī)二次精礦Fe2O3含量降至0.23%，降低幅度較??；立環(huán)高梯度磁選機(jī)一精礦經(jīng)電磁漿料再次除雜，精礦Fe2O3含量降至0.13%，降低幅度相對(duì)較大，但精礦損失較多。強(qiáng)磁除雜對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，粒級(jí)分布較寬的物料采用混合選別的工藝流程難以取得較好的選礦指標(biāo)。

2.6 分級(jí)強(qiáng)磁選試驗(yàn)

原礦粒度篩分分析顯示，鋸泥中-0.043 mm(-325目)細(xì)粉占比為25.98%，這部分細(xì)粉是加工打磨板材時(shí)的產(chǎn)品，具有懸浮性好、粒度微細(xì)、鋁含量高、吸水性差等特點(diǎn)；細(xì)粉的物理性質(zhì)與軟質(zhì)高嶺土相近，采用脫泥工藝則造成鋁含量損失，而氧化礦物雜質(zhì)在此微細(xì)粒度條件下易產(chǎn)生泥化現(xiàn)象，采用常規(guī)的磁選方式難以去除。[9]

強(qiáng)磁除雜對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，電磁漿料磁選機(jī)除雜效果優(yōu)于立環(huán)高梯度磁選機(jī)，但精礦產(chǎn)率降低幅度較大，主要原因是電磁漿料磁選機(jī)的磁系介質(zhì)細(xì)密、腔體深長(zhǎng)，尤其適用于細(xì)粒和微細(xì)粒物料的分選。而適用于細(xì)粒物料分選的介質(zhì)對(duì)中粒度產(chǎn)品易產(chǎn)生夾帶現(xiàn)象，適用于中粒物料分選的介質(zhì)對(duì)細(xì)粒物料的磁作用力較低。依據(jù)鋸泥產(chǎn)品的特性，應(yīng)該選擇中粒與細(xì)粒產(chǎn)品分級(jí)選別的工藝為宜。

2.6.1 立環(huán)高梯度磁選機(jī)粗精分級(jí)試驗(yàn)

將1.4T立環(huán)高梯度磁選機(jī)選出的長(zhǎng)石粗精礦經(jīng)水力旋流器+高頻振動(dòng)篩篩分為+325目和-325目?jī)煞N粒級(jí)產(chǎn)品，分析各主元素含量，1 200 ℃電爐測(cè)白度。分級(jí)試驗(yàn)流程見(jiàn)圖5，分級(jí)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

圖5 立環(huán)粗精礦分級(jí)試驗(yàn)流程

立環(huán)高梯度磁選機(jī)選出的長(zhǎng)石粗精礦經(jīng)水力旋流器+高頻振動(dòng)篩分級(jí)，其中+325目粗粒級(jí)產(chǎn)率為73.09%，F(xiàn)e2O3含量由0.27%降至0.19%，白度由52.84%升至58.66%，與粗粒產(chǎn)品中石英含量增加有關(guān)。

-325目細(xì)粒級(jí)產(chǎn)率為26.91%，F(xiàn)e2O3含量由0.27%升至0.47%，白度由52.84%降至36.23%，是由于細(xì)粒產(chǎn)品中含有較多產(chǎn)生泥化現(xiàn)象的氧化鐵、鈦礦物的原因。2.6.2 粗精分級(jí)強(qiáng)磁選除雜試驗(yàn)

立環(huán)高梯度磁選機(jī)粗精分級(jí)為+325目和-325目?jī)煞N粒度產(chǎn)品，其中+325目試樣配制成25%濃度的礦漿，經(jīng)1.4T立環(huán)高梯度磁選機(jī)強(qiáng)磁除雜流程，磁選介質(zhì)為高導(dǎo)磁不銹鋼棒。

-325目試樣配制成20%濃度的礦漿，經(jīng)1.6T電磁漿料磁選機(jī)一次強(qiáng)磁除雜流程，磁選介質(zhì)為高導(dǎo)磁不銹鋼板網(wǎng)和高導(dǎo)磁不銹鋼毛按4∶1配制，考察兩種

表7 立環(huán)粗精礦分級(jí)試驗(yàn)結(jié)果

強(qiáng)磁選設(shè)備分別對(duì)中粒和細(xì)粒長(zhǎng)石的除雜效果，分析各主元素含量，1 200 ℃電爐測(cè)白度。試驗(yàn)流程見(jiàn)圖6，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

圖6 粗精分級(jí)強(qiáng)磁選除雜試驗(yàn)流程

表8 粗精分級(jí)強(qiáng)磁選除雜試驗(yàn)結(jié)果

表9 鋸泥綜合利用全流程試驗(yàn)結(jié)果

立環(huán)高梯度磁選機(jī)長(zhǎng)石粗精礦分級(jí)磁選指標(biāo)顯示，+325目粗粒產(chǎn)品經(jīng)立環(huán)精選所得長(zhǎng)石精礦的Fe2O3含量由0.19%降至0.09%，白度由58.66%升至65.24%，達(dá)到陶瓷級(jí)二級(jí)品長(zhǎng)石精礦的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；-325目細(xì)粒經(jīng)電磁漿料精選所得長(zhǎng)石精粉的Fe2O3含量由0.47%降至0.26%，白度由36.23%升至49.65%，達(dá)到陶瓷級(jí)四級(jí)品長(zhǎng)石精礦的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

圖7 鋸泥綜合利用全流程試驗(yàn)工藝流程

立環(huán)高梯度磁選機(jī)粗精礦分級(jí)強(qiáng)磁除雜試驗(yàn)指標(biāo)說(shuō)明，對(duì)于粒級(jí)分布不均勻的礦物選擇合適的粒度采用分級(jí)選別的工藝流程，能取得較好的選礦指標(biāo)，此選礦工藝在工業(yè)中能實(shí)現(xiàn)量化生產(chǎn)[9～10]。

2.7 全流程試驗(yàn)

對(duì)鋸泥物料進(jìn)行了多元素分析、礦物組成和粒度篩分等分析后，確定了篩分粗粒磨礦、弱磁選鐵、中磁除雜、強(qiáng)磁除雜、粗細(xì)粒再分級(jí)強(qiáng)磁選等各試驗(yàn)最佳條件后，進(jìn)行最終的全流程選礦試驗(yàn)。

鋸泥原礦以30目篩分出粗砂，經(jīng)陶瓷球磨機(jī)磨礦至-30目，采用CTB-3000GS+1800GS一粗一精選流程選出磁鐵礦精礦；尾礦經(jīng)SGB—1.1T板式磁選機(jī)+LHGC—1.4T立環(huán)高梯度磁選機(jī)一次除雜流程，所得的長(zhǎng)石精礦經(jīng)水力旋流器+高頻振動(dòng)篩分級(jí)，+325目產(chǎn)品經(jīng)立環(huán)高梯度磁選機(jī)再次精選得到中粒長(zhǎng)石精礦；-325目細(xì)粉經(jīng)HTDZ—1.6T電磁漿料磁選機(jī)深度提純，選出的細(xì)粒長(zhǎng)石精礦粉，分析各主元素含量，1 200 ℃電爐測(cè)白度。全流程試驗(yàn)工藝流程見(jiàn)圖7，全流程試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9。

鋸泥中+30目粗粒經(jīng)篩分磨礦，可提高長(zhǎng)石精礦產(chǎn)率及附加值，通過(guò)弱磁選可得全鐵TFe品位為62.35%的鐵精礦；經(jīng)分級(jí)強(qiáng)磁選除雜工藝，可分別得白度為65.49%的中粒長(zhǎng)石精礦和白度為49.16%的細(xì)粒長(zhǎng)石精礦兩種產(chǎn)品。各段磁選的尾礦產(chǎn)品合并為總磁尾礦。

各產(chǎn)品白度如下圖所示：

原礦白度15.12%

立環(huán)粗精礦52.84%

粗粒長(zhǎng)石精礦65.49%

細(xì)粒長(zhǎng)石精礦49.16%

3 總結(jié)

(1)花崗巖型石板材鋸泥的主要特點(diǎn)是粗、中、細(xì)粒度均勻分布，主要有價(jià)礦物為長(zhǎng)石、石英、磁性鐵、機(jī)械鐵等；主要雜質(zhì)為硅酸鐵、氧化鐵、氧化鈦等含鐵鈦礦物、金屬合金粉末。其硅、鋁、鉀、鈉等含量與原生長(zhǎng)石相近，綜合利用價(jià)值較高。

(2)采用粗粒篩分磨礦+弱磁選鐵+強(qiáng)磁除雜+分級(jí)強(qiáng)磁分選等聯(lián)合選礦工藝，弱磁選出產(chǎn)率為0.29%、TFe品位為62.35%的鐵精礦產(chǎn)品；分級(jí)強(qiáng)磁分選出產(chǎn)率為61.96%、Fe2O3含量為0.19%、白度為65.49%的中粒陶瓷用長(zhǎng)石精礦產(chǎn)品和產(chǎn)率為20.42%、Fe2O3含量為0.26%、白度為49.16%的細(xì)粒陶瓷用長(zhǎng)石精礦產(chǎn)品。各磁選作業(yè)產(chǎn)生的磁選尾礦合并為產(chǎn)率17.33%的總磁尾礦。各產(chǎn)品濃縮壓濾后產(chǎn)生的尾水經(jīng)沉淀澄清后可返回各作業(yè)段重復(fù)使用，沉淀物并入總磁尾礦中。磁性尾礦粒度相對(duì)均勻，硬度適中，可作為水泥、建材砂或加氣磚的原材料。

(3)依據(jù)花崗巖型石板材鋸泥的特性而制定的聯(lián)合選礦工藝流程，可有效分選出磁鐵精礦、中粒長(zhǎng)石精礦、細(xì)粒長(zhǎng)石精粉和建材原料等四種工業(yè)產(chǎn)品。該工藝流程實(shí)現(xiàn)了尾礦、尾水雙零排放和二次資源綜合利用的目標(biāo)，已在山東省魯西南和膠東、福建等地區(qū)多家花崗巖型石板材加工企業(yè)得到實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，產(chǎn)生了較高的經(jīng)濟(jì)效益和重要的社會(huì)環(huán)保意義，對(duì)板材產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展起到積極地推動(dòng)作用。