采用超导磁选回收白云鄂博矿钾板岩中钾长石试验研究.pdf

2024年第3期doi:10.3969/j.issn.1671-9492.2024.03.006采用超导磁选回收白云鄂博矿钾板岩中钾长石试验研究有色金属（选矿部分）55成昌华1，赵增武1，王茂松，贾（1.内蒙古科技大学矿业与煤炭学院，内蒙古包头0 140 10；2.潍坊新力超导磁电科技有限公司，山东潍坊2 6 10 0 0)艳1，贺宇龙1，王翔1摘要：我国长石资源丰富，但富矿资源少，可被直接开采利用的优质钾长石资源并不多，绝大部分需通过富集才能达到工业应用的标准。内蒙古白云鄂博矿床是世界闻名的Fe-Nb-REO超大型矿床，钾板岩属于白云鄂博矿体上部围岩。在包头钢铁（集团）公司对该铁矿40 余年的开采中，已剥离的富钾板岩作为废石在矿区大量堆存，总量超过3亿t，每年新增剥离富钾板岩达2 0 0 万t，白云鄂博矿区钾板岩资源丰富，为提高白云鄂博矿物的综合利用，实现钾长石资源的可持续发展，提出从白云鄂博矿钾板岩中回收钾长石。长石矿物常与其他杂质矿物共生，特别是其中的铁等少量杂质元素，影响钾长石精矿的品质和应用，因此，有效去除高铁钾板岩中铁矿物和云母等硅酸盐类含铁杂质是提高钾长石品位的关键。对白云鄂博高铁富钾板岩进行工艺矿物学分析，确定了“破碎一磨矿一永磁磁选一超导磁选”工艺流程，针对K20品位12.6 6%、Na2O品位为0.6%、T Fe 品位5.55%的钾板岩原矿，在磨矿细度为一0.0 7 4mm占9 2%的条件下，经永磁磁选和超导磁选，最终获得K20品位为15.53%、回收率为54.2 1%、TFe品位为0.55%的钾长石精矿。结果表明，利用永磁十超导磁选工艺可以实现从钾板岩中高效回收钾长石，为综合回收利用白云鄂博矿钾板岩中的钾长石提供了新的途径。关键词：钾板岩；钾长石；超导磁选；降铁中图分类号：TD955；T D 9 2 4文献标志码：A文章编号：16 7 1-9 49 2(2 0 2 4)0 3-0 0 55-0 6Experimental Study on Recovery of Potassium Feldspar from Potassium Slate ofBayan Obo Mine by Superconducting Magnetic SeparationCHENG Changhua,ZHAO Zengwu,WANG Maosong,JIA Yan,HE Yulong,WANG Xiang(1.School of Mining and Coal,Inner Mongolia University of Science and Technology,Baotou 014010,Inner Mongolia,China;2.Weifang Xinli Superconducting Magnetoelectric Technology Co.,Ltd.,Weifang 261000,Shandong,China)Abstract:China is rich in feldspar resources,but there are few rich mineral resources.There are notmany high-quality potassium feldspar resources that can be directly mined and utilized,and most of themneed to be enriched to meet the standards for industrial application.The Bayan Obo deposit in InnerMongolia is a world-famous Fe-Nb-REO superlarge deposit,and the potassium slate belongs to the upperwall rock of the Bayan Obo ore body.During over 40 years of mining of the iron ore by Baotou Iron and Steel(Group)Co.,Ltd.,the stripped potassium rich slate has been stockpiled in large quantities in the miningarea as waste rock,with a total amount of over 300 million tons.Each year,the newly stripped potassiumrich slate reaches 2 million tons.The Bayan Obo mining area is rich in potassium slate resources.In order toimprove the comprehensive utilization of Bayan Obo minerals and achieve the sustainable development ofpotassium feldspar resources,it is proposed to recover potassium feldspar from the potassium slate of BayanObo mining area.Feldspar minerals often coexist with other impurity minerals,especially small amounts ofimpurity elements such as iron,which affect the quality and application of potassium feldsparconcentrates.The main purpose of the test is to determine the process flow for effectively removing ironminerals,mica,and other silicates containing iron impurities from high iron potassium slate in Bayan Obo收稿日期：2 0 2 3-0 3-0 7基金项目：国家重点研发专项项目（40 5/0 9 0 10 52 10 2）作者简介：成昌华（19 9 8 一），男，山东日照人，硕士研究生，主要从事矿物加工研究。通信作者：赵增武（19 7 2 一），男，山东东营人，博士，教授，博士生导师，主要从事矿物加工方向研究。56Mine,Inner Mongolia.Based on the process mineralogy analysis of the Bayan Obo high iron and potassiumrich slate,an experimental process flow of“crushing,grinding,permanent magnetic separation,andsuperconducting magnetic separation was determined.The potassium slate with a K,O grade of 12.66%,Na2 O grade of 0.6%,and TFe grade of 5.55%was used as the raw ore.Under the condition of 92%grinding fineness of 0.074 mm,through permanent magnetic separation and superconducting magneticseparation tests,a potassium feldspar concentrate with K,0 grade of 15.53%,recovery of 54.21%,andTFe grade of 0.55%was finally obtained.The results show that the process of permanent magneticseparation followed by superconducting magnetic separation can realize the efficient recovery of potassiumfeldspar from potassium slate,which provides a new way for the comprehensive recovery and utilization ofpotassium feldspar from potassium slate in Bayan Obo Mine.Key words:potassium slate;potassium feldspar;superconducting magnetic separation;iron reduction钾盐矿主要用于生产钾肥和钾化合物，世界上9 5%的钾盐产品用作肥料，5%用于化学工业，钾是肥料三大要素之一。中国是水溶性钾资源十分短缺的国家，水溶性钾盐储量约2.1亿t，占世界的2.2%，6 0%的钾肥需要进口。中国非水溶性钾岩矿基础储量大于2 0 0 亿tL1-2。内蒙古白云鄂博矿床是世界闻名的Fe-Nb-REO超大型矿床，富钾板岩属于白云鄂博矿体上部围岩。在包头钢铁（集团)公司对该铁矿40 余年的开采中，已剥离的富钾板岩作为废石在矿区大量堆存，总量超过3 亿t，每年新增剥离富钾板岩达2 0 0 万 3-4。据测算，白云鄂博矿区仅主、东矿开采区内的富钾板岩矿石储量就达2.8 亿t，全矿区富钾板岩的远景储量达16.74亿t5-61。由于白云鄂博矿“多、贫、细、杂”的特征，给选矿、冶炼带来了极大的困难，钾长石在选矿提纯的环节中选别难度大。磁选设备被广泛用于分离具有磁性差异的物质，是磁选工艺实现的基础。磁选是根据矿物磁性的差异，采用磁选设备在不均匀磁场中在磁力和其他力作用下实现矿物分选的过程9-10。强磁场磁Table 1Results of main chemical component analysis of the ore sample组分TFe含量5.55组分MgO含量1.38矿物名称铁矿物含量7.2有色金属（选矿部分）选机主要采用闭合磁系和一定形状的感应磁极或磁介质，并在分选区产生较强的磁场力，从而能够有效地分选弱磁性矿物11。当长石中含有较多磁铁矿时，应考虑首先进行弱磁选或中磁选将原矿中的强磁性矿物去除，对于含铁硅酸盐矿物如云母、霓辉石等弱磁性矿物可考虑进行超导磁选，这样不仅可以避免强磁选机的堵塞，还能减少强磁性矿物的夹杂造成钾长石的损失12-13 1，达到降低钾长石中含铁量的目的。本文旨在采用永磁磁选十超导磁选的方法从白云鄂博矿钾板岩中回收钾长石，为综合回收利用白云鄂博矿钾板岩中的钾长石探索新途径。1矿样性质矿样采自包头白云鄂博矿区，对矿样进行了主要化学成分、矿物组成分析，分析结果见表1、2。由表1可知，矿样中的主要化学成分为SiO2、A l2 O 3、K,O、T Fe,其中K,O含量为12.6 6%,TFe含量为5.55%,是一种高钾高铁的钾板岩矿石,K,O与Naz0总量达13.2 6%，TFe含量为5.55%，TFe作为杂质含量较高，因此需要对钾板岩进行提纯除杂。表1矿样主要化学成分分析结果mFeSiO21.2063.90Al2O3Mno18.130.098表2 矿样矿物组成分析结果Table 2Results of mineral composition analysis of the ore sample白云石1.12024年第3 期/%K20P12.660.023TiO2Bao0.160.2霓辉石钠闪石0.80.4S1.772Nb2O50.036磷灰石1.0F0.45ThO20.003云母10.2Na200.60Sc2Osppm0.010长石77.5Cao0.80REO0.01./%其他1.82024年第3 期由表2 可知，矿样中的主要矿物为碱性长石、云母和铁矿物，主要含钾矿物钾长石与铁矿物共生关系密切，含铁量很高。通过显微镜下观察，可以看出大部分长石都含有几微米、甚至更细的铁矿物包裹体（图1左上角的颗粒为富含铁矿物包裹体的长石），少部分长石含铁较少，可见双晶（图2 中间颗Table 3Results of iron chemical phase analysis of the ore sample铁相别全铁含量5.32占有率50.0050 m图1主要矿物赋存状态Fig.1Occurrence state of main minerals50m成昌华等：采用超导磁选回收白云鄂博矿钾板岩中钾长石试验研究表3 矿样中铁的化学物相分析结果磁铁矿赤/褐铁矿1.001.909.4017.8657粒）。钾长石往往发生蚀变，析出1m左右的铁矿物微粒，这部分微粒铁难以和长石解离去除，钾长石与铁矿物分离难度极大。针对杂质铁含量较高，对钾板岩矿样中的铁进行了物相分析，结果见表3。由表3 可以看出，矿样中铁主要以赤褐铁矿、磁铁矿、菱铁矿、含铁硅酸盐矿物的形式存在。/%硅酸铁黄铁矿0.121.421.1313.3410-6cm/g，属于强磁性矿物；菱铁矿的比磁化系数也比较低，为15X10-cm/g，属于弱磁性矿物。因此，对矿样进行破碎、磨矿后，首先通过永磁磁选去除磁铁矿，然后采用超导磁选的高场强作用去除弱磁性矿物赤褐铁矿、菱铁矿以及云母等含铁硅酸盐矿物。试验流程如图3 所示。原矿PE-150mm250mm颚式破碎机xPC100mm150mm颚式破碎机对辗破碎机菱铁矿0.888.27合计10.64100.0永磁磁选0.8T超导磁选3.55.0T筛分-3 mm+3mm图2 钾长石卡式双晶Fig.2Potassium feldspar card type twins钾长石精矿2选矿试验及结果讨论2.1试验设备设备：PE-150mmX250mm颚式破碎机、XPC100mmX150mm颚式破碎机、对辊破碎机、BX600mm型永磁筒式磁选机、CGC-100超导磁选机、球磨机、真空过滤机、电热板、标准套筛。2.2试验流程制定矿样中主要有赤褐铁矿、磁铁矿、菱铁矿等铁矿物及云母等含铁硅酸盐矿物。赤褐铁矿的比磁化系数较低，为8 0 10-6 2 3 0 X10-cm/g，属于弱磁性矿物；磁铁矿的比磁化系数就比较高，为8 0 0 0 0 X尾矿分析样品备样试验样品图3 破碎一磨矿一永磁磁选一超导磁选试验流程Fig.3Flowsheet of crushing,grinding,permanentmagnetic separation and superconducting2.3选矿试验2.3.1弱磁磁选试验对破碎后3 mm的试验样品采用球磨机进行磨矿处理，在固定磁场强度条件下，利用磁选管进行弱磁选，考察不同磨矿细度对磁选指标的影响，试验结果如图4所示。由图4可知，随着磨矿细度的增加，精矿铁品位与回收率先增加后降低。当磨magnetic separation:58:64一铁品位一铁回收率60F56%/率外回524844F4045505560657075808590 95100磨矿细度(-0.0 7 4mm)/%图4弱磁磁选试验结果Fig.4 Results of low intensity magnetic separation tests矿细度为一0.0 7 4mm占9 2%时，铁的选别指标最佳，此时铁的品位为6 0.8 7%，铁回收率为12.0 3%，能达到最好的除铁效果。因此，确定最佳磨矿细度产品名称永磁精矿永磁尾矿原矿铁相别永磁精矿永磁尾矿2.3.3超导磁选试验为进一步去除钾板岩中的弱磁性杂质，将经过永磁磁选抛出了强磁性矿物的永磁尾矿作为原料，通过调整不同介质条件、浓度条件、磁场强度，确定最佳条件，进而实现钾长石与弱磁性矿物的有效分离。2.3.3.1超导介质试验固定矿浆浓度为5%、场强为5.0 T，分别采用不同直径的A2号（直径为0.0 7 mm）、A 4号（直径为0.0 9 mm）、A 6 号（直径为0.12 mm)钢毛介质和3mmX6mm的钢网介质进行试验，试验结果如图5所示。通过图5可以看出，当介质为A2号钢毛时，由于钢毛之间间隙较小，很多钾长石被夹杂进人有磁性部分，钾长石与磁性杂质分离效果较差，随着从A2号钢毛到A6号钢毛介质直径的增加，分选效果越来越好，在A6号钢毛介质作用下钾长石精矿的品位以及回收率最高，选别效果远远好于其他介质，因此，后续试验采用A6号钢毛作为介质。有色金属（选矿部分）为一0.0 7 4mm占92%。2.3.2永磁磁选试验12.5将磨矿矿样给人搅拌槽充分搅拌，矿样细度为12.0一0.0 7 4mm占9 2%，将搅拌均匀的矿浆缓慢倒人%/智活进料口，在永磁磁场的作用下，磁性矿粒被磁滚筒吸11.5附到精矿出料口，经清水冲洗，铁精矿被收集到精矿11.0箱内，尾矿收集到尾矿桶内。将精、尾矿晾干并进行化验，化验结果见表4，精、尾矿铁的化学物相分析结-10.5果见表5。10.0由表4可知，矿样经过永磁筒式磁选机一次弱磁磁选试验后，精矿中的铁品位由原矿的5.55%提高到了19.2 0%，铁回收率为18.0 2%；尾矿中的铁品位由原矿的5.55%降至4.8 0%。通过表5铁物相分析结果说明，永磁磁选对原矿中的磁铁矿等强磁性铁矿物进行了有效分离，K,0品位由12.6 6%提高至12.90%，钾长石得到了初步富集。表4永磁磁选试验结果Table 4Result of permanent magnetic separation tests品位产率Fe5.2119.2094.794.80100.05.55表5铁的化学物相分析结果Table 5Results of iron chemical phase analysis磁铁矿赤/褐铁矿20.015.54.830.42024年第3 期/%回收率K20Fe8.3818.0212.9081.9812.66100.0硅酸铁黄铁矿0.60.142.70.081615F%/智1413F12Fig.5Results of superconducting magneticseparation medium tests2.3.3.2超导磁场强度试验固定矿浆浓度为5%、介质为A6号钢毛，进行超导磁场强度试验，试验结果如图6 所示。通过图6结果可以看出，在低磁场强度环境下不足以使弱磁K203.4696.54100.0菱铁矿磁铁矿2.960.801.170.9070铁品位+铁回收率60%/率外回满504030A2A4介质种类图5超导磁选介质试验结果/%A6钢网2024年第3 期性矿物从钾长石中分离出来。随着磁场强度的增加,K,O品位逐渐提高，当磁场强度为5T时K2O品位最高，因此，确定磁场强度最佳条件为5T。一铁品位6015.6F一铁回收率5615.3F%/智满15.014.73.0图6 超导磁选磁场强度试验结果Fig.6Results of superconducting magneticseparation field strength tests2.3.3.3走超导磁选浓度试验固定场强为5.0 T、介质为A6号钢毛，进行不同浓度条件试验，试验结果如图7 所示。从图7 可以看出，在相同的给矿条件下，随着浓度升高，K,O的品位先增加后降低。当浓度为7%时，超导磁选机的选择性相对较好，钾长石品位及回收率相对较高，因此，选择了合适的矿浆浓度为7%进行后续试验。16.015.5F15.0F14.5F14.0F13.5F13.04Fig.7 Results of superconducting magneticseparation concentration tests2.4永磁十超导磁选工艺流程试验通过以上粗选试验确定了超导磁选试验条件为介质为A6号钢毛、场强为5.0 T、矿浆浓度为7%，在此条件下进行了永磁十超导磁选工艺流程试验，数质量流程如图8 所示。由图8 可以看出，通过永磁磁选和超导磁选，最终获得K，0 品位为15.53%、回收率成昌华等：采用超导磁选回收白云鄂博矿钾板岩中钾长石试验研究原矿e(TFe)e(k,0)永磁磁选4.8212.9294.7982.0496.57超导磁选5.0T%/率外回满0.515.5344.26524.0154.21钾长石精矿图8 永磁十超导磁选数质量流程48Fig.8Mass-balance process of permanent andsuperconducting magnetic separation303.54.0磁场强度/T工68磁选浓度/%图7 超导磁选浓度试验结果59a(TFe)a(K,0)5.5712.68100.0100.0100.00.8T9.5910.4255.7495.9945.79尾矿4.55.0一铁品位+铁回收率5654%/X回%52504810125.55814为54.2 1%、TFe品位为0.55%的钾长石精矿。3结论1)通过试验确定了永磁十超导的工艺流程，在超导磁场强度为5.0 T、超导介质为A6号钢毛、浓度为7%的条件下，可以从K20品位为12.6 6%、TFe品位为5.55%的白云鄂博钾板岩矿石中回收得到Kz0品位为15.53%、K,O回收率为54.2 1%、TFe品位为0.55%的钾长石精矿，达到了从白云鄂博矿钾板岩中回收钾长石的目的。2)永磁十超导磁选工艺流程回收钾长石工艺流程简单，选别指标较好，没有污染，为白云鄂博矿钾板岩的利用开辟了一个新的技术途径。参考文献1马鸿文，苏双青，刘浩，等.中国钾资源与钾盐工业可持续发展J.地学前缘，2 0 10，17（1）：2 94-3 10.MA Hongwen,SU Shuangqing,LIU Hao,et al.Potassium resource and sustainable development ofpotash salt industry in China J.Earth ScienceFrontiers,2010,17(1):294-310.2李春龙，李小钢，徐广尧.白云鄂博矿钾资源综合利用的研究.稀有金属，2 0 15，3 9（5）：450-456.LI Chunlong,LI Xiaogang,XU Guangyao.Study on thecomprehensive utilization of potassium resources inBayan Obo MineJJ.Chinese Journal of Rare Earths,2015,39(5):450-456.3秦鹏渊,刘敬国.对白云鄂博富钾板岩资源开发利用的几点建议J.包钢科技，2 0 0 7，3 3（4）：2 0-2 1，57.QIN Pengyuan,LIU Jingguo.Some suggestions on thedevelopment and utilization of potassium-rich slateresources in 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