1、202311基础研究30Modern Chemical Research当代化工研究黑龙江某硅藻土尾矿分步富集硅、铝、铁试验研究高志刚1 冯友德1 单世君1 张博文1 程亮2*马志军2（1.黑龙江龙兴国际资源开发集团有限公司 黑龙江 1500002.辽宁工程技术大学矿业学院 辽宁 123000）摘要：以黑龙江某硅藻土尾矿为原矿，在矿石性质研究的基础上，探究了擦洗磁选沉降分级浮选联合工艺分步富集硅、铝、铁的可行性。结果表明：闭路流程可获得产率为18.01%、Fe2O3含量为19.86%的菱铁矿；产率为39.79%、SiO2含量为62.54%的泥质；产率为8.21%、Al2O3含量为16.41%的
2、硅铝矿；产率为33.99%、SiO2含量为67.10%的富硅矿。关键词：硅藻土尾矿；分步富集；磨矿时间；浮选中图分类号：TD985 文献标识码：ADOI：10.20087/ki.1672-8114.2023.11.009Experimental Study on Step Enrichment of Si,Al and Fe from A Diatomite Tailings in Heilongjiang ProvinceGao Zhigang1,Feng Youde1,Shan Shijun1,Zhang Bowen1,Cheng Liang2*,Ma Zhijun2(1.Heilongj
3、iang Longxing International Resources Development Group Co.,Ltd.,Heilongjiang,1500002.College of Mining,Liaoning Technical University,Liaoning,123000)Abstract：Based on property analyses of diatomite tailings from Heilongjiang,the feasibility of the combined process of scrubbing-magnetic separation-s
4、edimentation classification-flotation to enrich Si,Al and Fe in steps was explored.The results showed that a siderite with yield of 18.01%and Fe2O3 content of 19.86%,a shale with yield of 39.79%and SiO2 content of 62.54%,a aluminosilicate with yield of 8.21%and Al2O3 content of 16.41%,a silica-rich
5、ore with yield of 33.99%and SiO2 content of 67.10%was obtained after a closed-circuit process.Key words：diatomite tailings；stepwise enrichment；grinding time；flotation硅藻土是古单细胞藻类、海绵等死亡后，遗骸经 1万2万年左右的堆积期形成的一种化石性质的非金属 矿1。硅藻土的化学成分以SiO2为主，还有Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等杂质成分和碱金属等2；矿物成分主要有蛋白石、石英、长石、高龄石、云母、蒙脱石及有机质等3。由
6、于硅藻土具有比表面积大、孔隙率高、化学性质稳定等性质，广泛应用于过滤材料4、催化剂载体5、保温材料6、功能填料7等领域。中国总保有储量从2020年的15114.00万吨提高到2021年的17062.22万吨，探明资源量和控制资源量中可经采出部分的总量持续增长8-9。采用擦洗-磁选-酸浸-焙烧联合工艺对黑龙江某低品位硅藻土提纯后，有产率31.32%的尾矿产生，造成硅藻土资源的浪费和环境的破坏。针对这一现状，基于前期探索试验和文献报道10，采用磨矿磁选沉降分级浮选联合工艺对硅藻土尾矿进行分步富集硅、铝、铁试验研究。本文在黑龙江某硅藻土尾矿工艺矿物学研究的基础上，对其进行了磨矿试验、开路试验及闭路试
7、验，以期达到硅藻土资源的综合开发应用，提高选矿厂的社会和经济效益。1.试验部分(1)试验原料试验所用样品取自黑龙江某硅藻土擦洗-沉降分级后的尾矿，将试验所用原料脱水处理后，经混匀、缩分得到试验样品、分析样品。硅藻土尾矿的化学组成和矿物组成分别见表1和图1。表1 化学多元素分析元素SiO2Al2O3Fe2O3TiO2K2ONa2OCaOMgOP2O5烧失量含量/%60.85 16.57 6.08 0.71 1.29 0.67 0.73 0.19 0.10 12.41图1 硅藻土尾矿XRD图谱202311基础研究31Modern Chemical Research当代化工研究由表1可知，该硅藻土尾
8、矿的化学成分主要有SiO2、Al2O3和Fe2O3，其中SiO2含量为60.85%，Al2O3含量为16.57%，Fe2O3含量为6.08%，可用于分步富集硅、铝、铁。由图1可知，该硅藻土尾矿的伴生矿物种类复杂，主要有石英、长石等碎屑矿物，云母、高岭石、蒙脱石等黏土矿物，磁铁矿、菱铁矿等金属矿物以及蛋白石等非晶矿物。(2)试验药剂及仪器设备试验所用药剂：碳酸钠、水玻璃、油酸钠、十二胺、异丁基黄药，其中异丁基黄药为实验室自制，碳酸钠、水玻璃、油酸钠、十二胺为分析纯。主要仪器设备：XPML-1004行星四桶研磨机、XJT-擦洗机、HSXCSQ-5070湿式强磁选机、XFD-0.5L单槽浮选机、ZL
9、-260/200盘式真空过滤机、DHG-9140A电热恒温鼓风干燥箱，JA21002电子天平、GB/T 6003-1997型标准筛，S8-TIGER X射线衍射仪、BT-2003激光粒度分析仪。(3)试验方法磨矿试验在XPML-1004行星四桶研磨机内进行，磨矿转速为200rmin-1，磨矿浓度为33.33%；磁选是在HSXCSQ-5070湿式强磁选机中进行，磁选强度为1.91T；擦洗-沉降分级是在XJT-擦洗机中进行，擦洗转速为1300r/min，沉降时间为1.5min，虹吸深度为6.5cm；浮选是在XFD-0.5L单槽浮选机内进行，粗选碳酸钠用量为600g/t、水玻璃用量为800g/t、油
10、酸钠用量为5000g/t、十二胺盐酸盐为600g/t、异丁基黄原酸钠用量为800g/t。称取100g硅藻土尾矿并加入一定量的水，采用研磨机磨至一定时间后进行磁选富铁，再经擦洗机沉降分级，上层矿浆为泥质，下层矿浆于浮选机中依次加入调整剂碳酸钠、抑制剂水玻璃、捕收剂油酸钠、十二胺盐酸盐、异丁基黄药，调浆时间为2min，浮选时间为4min，最后将泡沫产品（硅铝矿）与槽内产品（富硅矿）分别烘干、称重，计算产率。产品制样后化验其品位，计算回收率。2.结果与讨论(1)磨矿试验磨矿试验（开路流程）结果见图2。随着磨矿时间的增加，矿浆中的物料粒度逐渐变小，对磁选、沉降分级和浮选过程皆有一定程度的影响，铁质Fe
11、2O3的含量为16.43%20.53%，回收率为49.72%58.01%；泥质SiO2的含量为60.09%64.09%，回收率为31.41%50.65%；硅铝矿Al2O3的含量为14.72%16.27%，回收率为3.24%7.61%；富硅矿SiO2的含量为68.76%71.85%，回收率为27.17%39.32%。这是因为矿浆的物料粒度逐渐变细，使得磁选、沉降分级过程中易发生团聚夹杂现象。此外，硅铝酸盐复杂的成分组成使得SiO2和Al2O3不易分离，分步富集硅、铝、铁的效果不好。综合考虑不同磨矿时间下的开路试验结果和能耗问题，在磨矿时间为2min时，磁选、沉降、浮选等作业可得到指标相对较好的铁
12、质、泥质、硅铝矿和富硅矿。铁质泥质硅铝矿中矿富硅矿1012141618202224 1 min含量 2 min含量 3 min含量 4 min含量 5 min含量开路流程各阶段产品Al2O3含量/%1 min回收率 2 min回收率 3 min回收率 4 min回收率 5 min回收率020406080100Al2O3回收率/%铁质泥质硅铝矿中矿富硅矿30405060708090100 1 min含量 2 min含量 3 min含量 4 min含量 5 min含量开路流程各阶段产品SiO2含量/%1 min回收率 2 min回收率 3 min回收率 4 min回收率 5 min回收率02040
13、6080100SiO2回收率/%ab铁质泥质硅铝矿中矿富硅矿051015202530 1 min含量 2 min含量 3 min含量 4 min含量 5 min含量开路流程各阶段产品Fe2O3含量/%1 min回收率 2 min回收率 3 min回收率 4 min回收率 5 min回收率020406080100Fe2O3回收率/%c图2 开路试验结果在磨矿时间为2min时，磨矿矿浆和浮选矿浆的粒度分析结果见表2。分析表明，磨矿矿浆的D50为13.78m，D97为80.97m；经磁选-沉降分级后，浮选矿浆的D50为32.85m，D97为146.90m。其中，浮选矿浆的D50和D97均大于磨矿矿浆
14、的粒度特征值，说明磁选和脱泥流程实现了磨矿矿浆中部分细粒级铁质和泥质的分离。表2 磨矿矿浆和浮选矿浆粒度分布结果粒度特征值D10/m中值径D50/mD90/mD97/m磨矿矿浆2.27313.7848.6680.97浮选矿浆4.85332.8592.70146.90(2)闭路试验硅藻土尾矿磨矿时间 2 min磁 选1.91 T水玻璃 800 g/t异丁基黄药 800 g/t富硅矿碳酸钠 600 g/t油酸钠 5000 g/t十二胺盐酸盐 600 g/t异丁基黄药 400 g/t油酸钠 2500 g/t十二胺盐酸盐 300 g/t硅铝矿粗 选扫 选脱 泥泥质水玻璃 800 g/t4 min4 m
15、in1.5 min铁质图3 硅藻土尾矿分步富集硅、铝、铁闭路流程202311基础研究32Modern Chemical Research当代化工研究根据前期探索试验结果，采用磨矿磁选沉降分级浮选工艺，在一粗一扫浮选开路试验基础上进行闭路试验，中矿逐级返回至粗选，试验流程及结果分别见图3和表3。表3 闭路流程试验结果产品产率/%SiO2Al2O3Fe2O3含量/%回收率/%含量/%回收率/%含量/%回收率/%铁质18.01 43.53 12.99 15.07 17.69 19.86 49.20 泥质39.79 62.54 41.23 16.66 43.21 4.82 26.38 硅铝矿8.21
16、58.82 8.00 16.41 8.78 4.96 5.60 富硅矿33.99 67.10 37.79 13.72 30.40 4.03 18.84 由图3和表3可知，采用磨矿磁选沉降分级浮选工艺和一粗一扫浮选流程对该硅藻土尾矿分步富集硅、铝、铁有价元素，闭路流程可获得产率为18.01%、Fe2O3含量为19.86%的铁质；产率为39.79%、SiO2含量为62.54%的泥质；产率为8.21%、Al2O3含量为16.41%的硅铝矿；产率为33.99%、SiO2含量为67.10%的富硅矿。(3)产品表征铁质、泥质、硅铝矿和富硅矿的矿物组成见图4。1020304050607080强度/a.u.2Theta/S:菱铁矿Q:石英K:高岭石QKSQSSS SSSSSS1020304050607080强度/a.u.2Theta/Q:石英O:钾长石A:钠长石M:白云母K:高岭石N:蒙脱石D:蛋白石DMMNQOQAMMQMKQQQQQQQ1020304050607080强度/a.u.2Theta/Q:石英O:钾长石A:钠长石M:白云母K:高岭石MKMQAOOQOAMMQQQQQQQQ10203040
