1 前言
高嶺土是一族粘土礦物的總稱(chēng)，其基本組成為高嶺石組和多水高嶺石組，主要由高嶺石、埃洛石組成，含量可達(dá)90%以上，其次還有水云母，常混有黃鐵礦、褐鐵礦、銳鈦礦、石英、玉髓、明礬等，有時(shí)還有少量的有機(jī)質(zhì)。高嶺土具有可塑性、粘結(jié)性、燒結(jié)性及耐火性等優(yōu)良的工藝特性，所以被廣泛應(yīng)用于陶瓷、造紙、橡膠、塑料和耐火材料等工業(yè)。高嶺土礦床的成因類(lèi)型主要有三類(lèi)：風(fēng)化型、沉積型和熱液蝕變型。
高嶺土原礦的加工工藝取決于原礦的性質(zhì)及產(chǎn)品的最終用途。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的工藝有兩種:干法工藝和濕法工藝，通常硬質(zhì)高嶺土采用干法生產(chǎn)，軟質(zhì)高嶺土采用濕法生產(chǎn)。
2 干法選礦工藝
干法工藝是一種簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的加工工藝。采出的原礦經(jīng)過(guò)錘式破碎機(jī)碎至25.4mm后，給入籠式破碎機(jī)，使粒度減小到6.35mm，籠式破碎機(jī)內(nèi)的熱空氣將高嶺土的水分由采出的20%降至10%左右。碎后的礦石則經(jīng)配有離心分離機(jī)和旋風(fēng)除塵器的吹氣式雷蒙磨進(jìn)一步磨細(xì)[2]。該工藝可將大部分砂石除去，產(chǎn)品通常用于橡膠、塑料及造紙工業(yè)的低價(jià)填料。用于造紙工業(yè)時(shí)，該產(chǎn)品可作為填料層灰分含量小于10%或12%處的填料，此時(shí)產(chǎn)品的亮度要求不高。
當(dāng)干法對(duì)產(chǎn)品的白度等要求較高時(shí)，必須對(duì)雷蒙磨產(chǎn)出的產(chǎn)品進(jìn)行干式除鐵。干法工藝的優(yōu)點(diǎn)是可省掉產(chǎn)品脫水和干操過(guò)程，減少灰粉流失，工藝流程短，生產(chǎn)成本低，適宜于干旱和缺水地區(qū)。但要得到高純優(yōu)質(zhì)高嶺土還得靠濕法工藝。
3 濕法選礦工藝
濕法工藝包括礦石準(zhǔn)備、選礦加工和產(chǎn)品處理三個(gè)階段。準(zhǔn)備階段包括配料、破碎和搗漿等作業(yè)。搗漿是將高嶺土原礦與水、分散劑混合在搗漿機(jī)內(nèi)制漿，搗漿作業(yè)可使原礦分散，為選別作業(yè)制備適當(dāng)細(xì)度的高嶺土礦漿，并同時(shí)去掉大粒的砂石。選礦階段可能包括水力分級(jí)、浮選、選擇性絮凝、磁選、化學(xué)處理(漂白)等作業(yè)，以除去不同的雜質(zhì)。準(zhǔn)備好的礦漿先經(jīng)耙式洗箱、浮槽分級(jí)機(jī)或旋流器除砂，然后用連續(xù)式離心機(jī)、水力旋流器、水力分選器或振動(dòng)細(xì)篩(325目)將其分為粗細(xì)兩個(gè)粒級(jí)。分級(jí)機(jī)的細(xì)粒級(jí)送入HGMS(高梯度磁選機(jī))除去鐵鈦雜質(zhì)，產(chǎn)品經(jīng)攪拌擦洗剝離后進(jìn)行氧化鐵浸出，對(duì)亮度已足夠高并具有良好涂層性能的粘土可不經(jīng)磁選和剝離而直接送至浸出作業(yè)。浸出后，在礦漿中添加明礬使粘土礦物凝聚而便于脫水。漂白的粘土用高速離心機(jī)，旋轉(zhuǎn)式真空過(guò)濾機(jī)或壓濾機(jī)脫水。過(guò)濾機(jī)或壓濾機(jī)脫水。濾餅經(jīng)再分散成55%～65%固體的礦漿，然后噴霧干燥制成松散的干品。部分干品被混入到分散的礦漿中制成70%固體，用船運(yùn)至造紙廠。
不經(jīng)選別的最終產(chǎn)品亮度較低，只有在流程中配置磁選、泡沫浮選或選擇性絮凝作業(yè)才能獲得高亮度的粘土產(chǎn)品。但這些獨(dú)立的作業(yè)均具有各自的優(yōu)勢(shì)與缺陷，因而工業(yè)上通常采用兩至三種這些工藝的聯(lián)合流程以便粘土資源的綜合利用。
3.1 高梯度磁選
高嶺土中的染色雜質(zhì)(如赤鐵礦等)具有弱磁性，因而可以利用高梯度磁選機(jī)將其除去。美國(guó)利用PEM-84型濕式高梯度磁選機(jī)，可使高嶺土原礦中的Fe2O3由0.9%降至0.6%，Ti2O3由1.8%～2.0%降至0.8%。這種高梯度磁選機(jī)用不銹鋼毛作介質(zhì)，場(chǎng)強(qiáng)為1.5～2.0T時(shí)，需耗電270～500kw。我國(guó)對(duì)湖南酸陵、耒陽(yáng)、泊羅、衡嶺土進(jìn)行了濕法研究[3-6]，都取得了良好的試驗(yàn)結(jié)果，特別是用振動(dòng)高梯度磁選脫除高嶺土中的鐵鈦取得了非常好的試驗(yàn)指標(biāo)。對(duì)湖南耒陽(yáng)高嶺土用我國(guó)CLY500型振動(dòng)高梯度磁選機(jī)與美國(guó)PEM - 84的高梯度磁選機(jī)對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果看，從降鐵、鈦雜質(zhì)含量，提高白度來(lái)看，中國(guó)的高梯度磁選機(jī)性能優(yōu)于美國(guó)。
由于有些高嶺土礦中部分鐵雜質(zhì)以硅酸鹽形式存在，磁性非常弱，而鈦以金紅石的形式存在，則磁選方法很難奏效，因此流程中通常配以浮選，選擇性絮凝等其他作業(yè)，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量。近年來(lái)，超導(dǎo)磁選機(jī)已成功地應(yīng)用于高嶺土分選，不僅能耗減少，而且場(chǎng)強(qiáng)可以大大提高，高嶺土精礦的質(zhì)量也更高。Eriez超導(dǎo)磁選機(jī)具有迅速升磁的特點(diǎn)，可在60s內(nèi)達(dá)到最高設(shè)計(jì)場(chǎng)強(qiáng)(5T)，而消磁時(shí)間短，這就大大縮短了負(fù)載循環(huán)期間從磁體中沖洗磁性雜質(zhì)所需的時(shí)間。其能耗低，比常規(guī)磁選機(jī)減少80%左右，處理量大，可達(dá)100t/h以上。英國(guó)試驗(yàn)過(guò)一種往復(fù)螺旋管超導(dǎo)磁系，其設(shè)計(jì)類(lèi)似于常規(guī)的罐形磁濾器，所不同的是它在工作循環(huán)期間仍將超導(dǎo)磁體保留在激磁狀態(tài)，而無(wú)須開(kāi)關(guān)控制，并可連續(xù)作業(yè)。德國(guó)洪堡公司設(shè)計(jì)的3048mm、超導(dǎo)高梯度磁選機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作及維護(hù)費(fèi)用低，同時(shí)具有較好的穩(wěn)定性。
3.2 泡沫浮選
浮選作業(yè)的目的是從高嶺土中浮選出鈦雜質(zhì)。由于雜質(zhì)顆粒極細(xì)，通常采用載體浮選工藝。載體礦物可以是方解石、硅砂(-325目)，載體礦物的用量一般為高嶺土重量的10%~20%，載體的一部分經(jīng)過(guò)回可再利用。浮選過(guò)程中所用的藥劑包括:分散劑硅酸鈉，pH調(diào)整劑氫氧化胺和苛性鈉捕收劑塔爾油、脂肪酸及石油磺酸鈣。但是浮選存在不少缺點(diǎn)，載體的疏水化需要大量的藥劑.浮選過(guò)程只能在礦漿濃度較低有效，從而增加脫水費(fèi)用.所加載體必須從粘土產(chǎn)品中盡可能地清除.并從泡沫產(chǎn)品中回收以循環(huán)使用。殘留在粘土中的化學(xué)藥劑及載體礦物對(duì)最終產(chǎn)品有害。Cundy和Yong等人研究了一種不需載體的浮選工藝，直接從高嶺土中浮出銳鈦礦，其特點(diǎn)是在分散劑(如硅酸鈉)和pH調(diào)整劑(常用氫氧化胺)存在條件下進(jìn)行高礦漿濃度(40%～60%固體)擦洗，清除表面污物，同時(shí)擦洗也使銳鈦礦和赤鐵礦從高嶺土礦物中解離出來(lái)，然后將少量的活化劑及脂肪酸類(lèi)捕收劑一起加入礦漿，被捕收劑覆蓋的銳鈦礦在高剪切攪拌條件下形成選擇性團(tuán)聚，從而使顆粒尺寸顯著增大，高剪切攪拌調(diào)漿后的礦漿稀釋至15%~20%固體進(jìn)行浮選，高嶺土中的明礬石也可用浮選脫除。
3.3選擇性凝聚/絮凝
在pH8~11時(shí)，向高嶺土礦漿中加Ca2+、Mg2+等堿性土金屬離子可觀察到鐵鈦雜質(zhì)的選擇性凝聚，然后用弱陰離子聚合電解質(zhì)進(jìn)行選擇性絮凝。該工藝要求礦漿濃度要低于20%，因此必定有大量的水分要在后續(xù)作業(yè)中脫去，同時(shí)殘留的絮凝劑對(duì)最終產(chǎn)品的質(zhì)量也有影響。
用高分子絮凝劑對(duì)高嶺土進(jìn)行選擇性絮凝，高嶺土顆粒相互絮凝沉向底部，鐵鈦雜質(zhì)則因顆粒微細(xì)而存在于上部的懸浮液中呈紅褐色，將這上部的懸浮液脫去即可脫去大部分的鐵鈦雜質(zhì)，再用別的作業(yè)(如磁選)加以處理即得到高品質(zhì)的高嶺土。蘇州高嶺土公司采用選擇性絮凝新工藝取得了較好的指標(biāo)。采用選擇性絮凝加高梯度磁選處理高嶺土也獲得了滿(mǎn)意的指標(biāo)。
3.4浸出
浸出是在弱酸性溶液(pH3～4)有還原劑(NaS2O4)存在條件下進(jìn)行的，可使溶解的鐵保持Fe2+狀態(tài)，避免生成Fe(OH)3，用水洗滌使之與高嶺土分離。為了除去深色的有機(jī)質(zhì)，可以用強(qiáng)氧化劑(過(guò)氧化氫、次氯酸鈉等)進(jìn)行漂白，蘇州高嶺土公司選廠采用氧化漂白法取得了優(yōu)質(zhì)的高嶺土產(chǎn)品。據(jù)報(bào)道，用微生物處理高嶺土可以明顯地提高產(chǎn)品的質(zhì)量。
3.5脫水
選別后的粘土在貯漿桶內(nèi)貯存6～8h，pH調(diào)節(jié)到3～4，接近粘土的零電點(diǎn)，因而粘土顆粒容易團(tuán)聚。在礦漿中添加明礬對(duì)粘土粒子的團(tuán)聚有幫助，可促進(jìn)脫水。圓筒過(guò)濾機(jī)為常用的脫水裝置，它可使礦漿濃度增至55%~60%。過(guò)濾作業(yè)的重要作用之一在于除去粘土中的化學(xué)藥劑。為強(qiáng)化此作業(yè)，常采用水噴霧。噴霧干燥已成為粘土工業(yè)中十分有效的一種工藝，但其成本昂貴。近年來(lái)，出現(xiàn)了一種利用電場(chǎng)中荷電顆粒電泳特性的新型過(guò)濾工藝。高嶺土粒子在pH>3時(shí)荷負(fù)電，其周?chē)蓭喾措姾傻碾x子霧所包圍而形成雙電層。在電場(chǎng)中粘土粒子移向陽(yáng)極，離子霧中配衡離子則移向陰極。當(dāng)顆粒抵達(dá)陽(yáng)極時(shí)，便用來(lái)保護(hù)電極的陽(yáng)極薄膜上形成的濾餅.陽(yáng)極濾餅采用電滲法進(jìn)一步脫水，多余水分按電滲原理用泵通過(guò)荷負(fù)電的濾餅毛細(xì)管抽出。
采用脫水劑使高嶺土顆粒團(tuán)聚成大顆粒，這樣既可以加速顆粒沉淀速度，有利于脫水，又可以減少微細(xì)粒的高嶺土損失，因此高嶺土新型高效脫水劑的開(kāi)發(fā)也是其研究方向之一。
4 高嶺土選礦技術(shù)的特點(diǎn)
綜合各國(guó)高嶺土選礦技術(shù)有以下特點(diǎn)：
①?gòu)牡V山開(kāi)采出的原礦就地進(jìn)行粗選，將大量尾砂丟棄在礦山，這既解決了采空區(qū)填充，也減少了選礦廠原礦堆存和運(yùn)輸，只設(shè)精選廠，集中精選各粗選廠的精礦；
②礦山與精選廠之間一般采用管道運(yùn)輸，美國(guó)從1939年開(kāi)始，高嶺土礦漿就采用管道運(yùn)輸；
③高濃度制漿，分選過(guò)程礦漿中加分散劑，脫水過(guò)程中加絮凝劑，壓濾機(jī)或真空過(guò)濾機(jī)產(chǎn)品可不經(jīng)干燥即作為產(chǎn)品出售；
④選礦作業(yè)除采用水力旋流器分級(jí)外，也采用離心分級(jí)機(jī)、砂磨機(jī)、高梯度磁選機(jī)、浮選機(jī)，以提高產(chǎn)品細(xì)度和降低鐵、鈦、硫等雜質(zhì)；
⑤化學(xué)漂白工藝為美國(guó)、英國(guó)、前蘇聯(lián)等主要高嶺土生產(chǎn)國(guó)所普遍采用，以生產(chǎn)高白度的高嶺土產(chǎn)品，但其成本較高；
⑥高嶺上產(chǎn)品以塊狀、粗粉狀、細(xì)粉狀和漿狀形式出售。生產(chǎn)廠根據(jù)用戶(hù)的要求，供應(yīng)不同的產(chǎn)品。產(chǎn)品的干燥設(shè)備品種多，但以噴霧干燥應(yīng)用最多，因其成本相對(duì)較低;
⑦選礦廠不僅生產(chǎn)能力大，而且品種多，且都是標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品�？蓾M(mǎn)足不同用戶(hù)的需要。中國(guó)高嶺土公司產(chǎn)品有四大類(lèi)34個(gè)品種。這些產(chǎn)品廣泛用于紙張的填料和涂料，陶瓷工業(yè)的原料，橡膠和塑料的填充劑和增強(qiáng)劑，白水泥油毛氈、屋面涂料和防水劑的配料，玻璃纖維的配料，油墨顏料，化妝品和肥皂的填料，農(nóng)藥和化肥的載體，研磨材料的粘結(jié)劑，合成分子篩，石油催化劑，原子能反應(yīng)堆等許多行業(yè)。
5 結(jié)論
①載體浮選工藝使微細(xì)粒的高嶺土選別成為可能。其優(yōu)點(diǎn)是增加粒子動(dòng)能，但其藥劑耗量高，且載體礦物的使用及加工成本進(jìn)一步增高。
②不用載體而借助于多價(jià)陽(yáng)離子的活化作用，亦可使銳鈦礦得以浮游，但脂肪酸配捕收劑耗量高于其他工業(yè)礦物的浮選，這可能是粒子的表面積大所致。
③高剪切攪拌在浮選中起著兩方面的作用，一是使銳鈦礦從高嶺石中解離出來(lái)，二是誘發(fā)捕收劑覆蓋的銳鈦礦顆粒之間的剪切絮凝。
④高梯度磁選技術(shù)大大改變了高嶺土工業(yè)的面貌，特別是振動(dòng)高梯度磁選能有效地脫除高嶺土中的鐵鈦雜質(zhì)，而對(duì)產(chǎn)品的粒度組成、物理化學(xué)性質(zhì)等影響極小，可以生產(chǎn)出高品質(zhì)的高嶺土產(chǎn)品。干式高梯度磁選處理硬質(zhì)高嶺土就可省去產(chǎn)品脫水，減少產(chǎn)品流失，適宜于干旱少水地區(qū)。超導(dǎo)高梯度磁選機(jī)能耗少，處理量大.產(chǎn)品純度高，必將在高嶺土工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。
⑤對(duì)高嶺土產(chǎn)品氧化漂白及微生物處理，可以大大提高產(chǎn)品質(zhì)量。
⑥電泳/電滲脫水工藝將礦漿濃度提高到70%左右，而生產(chǎn)費(fèi)用大大低于噴霧干燥。
⑦多種作業(yè)聯(lián)合處理及最終產(chǎn)品多是高嶺土選礦工藝的主要特征。
