非金属矿物加工与利用 第9讲

非金属矿物加工与利用非金属矿物加工与利用•概述•非金属矿物选矿与提纯技术•非金属矿物超细粉碎与分级•粉体表面改性•其它技术非金属矿物选矿与提纯技术•硅酸盐矿物•碳酸盐矿物•硫酸盐矿物•单质非金属矿•其它非金属矿硅酸盐矿物选矿与提纯技术•硅酸盐矿物浮选的意义与研究进展•硅酸盐矿物的晶体结构特性及表面特征•典型硅酸盐矿物的选矿与提纯技术典型硅酸盐矿物的选矿与提纯技术•岛状硅酸盐矿物的选矿与提纯工业实践蓝晶石类矿物的选矿与提纯工业实践石榴子石的选矿与提纯工业实践•链状硅酸盐矿物的选矿与提纯工业实践锂辉石的选矿与提纯工业实践硅灰石的选矿与提纯工业实践•环状硅酸盐矿物的选矿与提纯工业实践•层状硅酸盐矿物的选矿与提纯工业实践云母的选矿与提纯工业实践•架状硅酸盐矿物的选矿与提纯工业实践长石和石英的选矿与提纯工业实践1云母的选矿与提纯工业实践•云母是一种含钾、镁、铁、锂等元素的层状结构硅酸盐矿物，是一种分布很广的造岩矿物，包括白云母（KAl2[Si3O10][OH]2）、金云母、锂云母、黑云母等。•云母具有良好的化学稳定性、耐热性、电气性能及机械性能。云母能剥分成有弹性的薄片，广泛用于无线电、航空、电机、电器工业及现代尖端科学技术。云母粉在建筑、塑料、染料、橡胶、造纸等行业也有广泛用途。1.1概述•云母结构中二维薄片之间靠分子力松散连接，层间距为1nm，薄片间较易剥分。一般可将其剥分成径厚比大，片层极薄的薄片。目前先进的层状单元矿物粉碎剥磨技术，可剥成小于含50-100层的片体，片层厚度可小于100nm，获得在一维方向上具有纳米尺寸的天然二维纳米薄膜材料。同时云母具有显著的光吸收蓝移现象，从而屏蔽紫外光性能，另外还具有微波吸收特性以及催化性质。大径厚比的云母片是制备功能性珠光颜料的前提。1.2云母的选矿技术•摩擦选矿料板分选机、螺旋分选机等•形状选矿法圆筒筛、振动筛等•浮选•风选之形风选机等浮选技术酸性介质中采用阳离子捕收剂（预先脱泥、硫酸调浆）碱性介质中采用阳离子或阴离子捕收剂（采用碳酸钠和木质磺酸钙作调节剂，pH值8.0-10.5）联合浮选法(酸性阳离子和碱性阴离子法联合)回收碎云母的有效方法浮选粒度上限20目,适于处理入选物料中含有矿泥酸性阳离子回收云母工艺图促使粘性矿泥的分散和去除20目圆筒筛获得高质量粗粒云母碱性法回收云母工艺图富集和废弃大部分石英、褐铁矿和重矿物联合法回收云母工艺图1.3安徽滁州绢云母选矿试验研究成分SiO2Al2O3K2ONa2OFe2O3含量75.9814.194.300.400.89成分MgOTiO2CaO烧失量合计含量0.090.170.242.8999.15原矿多元素化学分析绢云母是一种富含钾的铝硅酸盐，其外观呈鳞片状，有丝绢光泽，比重2.6-2.7，莫氏硬度2-3。具有极佳的抗拉抗剪和耐磨性；耐酸碱，耐高温可达600度以上。化学组成及结构与高岭土接近，因而具有粘土矿物的特征，色白粒细，在水和有机介质中悬浮性好。提纯流程：除砂提纯、浮选、漂白除铁、磨剥除砂提纯——采用湿筛（325目）和沉降法分级。先用湿筛法除去大部分细石英砂，筛下部分采用沉降法分级。以石英砂为主，石英含量可达95%绢云母和石英砂的混合物绢云母含量可达90%以上浮选进一步提纯——除去伊利石、细石英砂等杂质pH调整剂：硫酸水玻璃：抑制剂2#油：起泡剂浮选精矿品位：含绢云母品位96%以上，浮选精矿产率80%-85%，浮选精矿含SiO248%，Al2O335%K2O10.5%漂白除铁——除去-20微米中的铁杂质，提高白度pH调整剂：硫酸，pH调整至2-3漂白剂用量在2.7-7Kg/t产品白度达到10.5%磨剥——生产超细粉在高浓度下，磨剥5H以上，可生产出-2微米达到90%以上的造纸用填料和涂料级产品。性能加绢云母的聚丙烯纯聚丙烯其它填料填充量（%）3033.9919.2029.6443.70拉伸强度（MPa）39.1断裂伸长率（%）2弯曲强度（MPa）49.9以上为分别加入碳酸钙、滑石、玻纤弯曲模量（MPa）4027悬臂梁冲击强度（KJ/m）43维卡软化点（°C）164绢云母在聚丙烯中应用结果2长石和石英的选矿与提纯工业实践2.1概述长石是地壳中分布最广的造岩矿物，约占地壳总重量的52%，是钾、钠、钙及钡的无水架状硅酸盐矿物。按化学成分分类，可分为钾长石、钠长石、钙长石和钡长石。长石是玻璃工业（约占总产量50%-60%）和陶瓷工业（约占总产量30%）的主要原料。另外还广泛用于化工、磨具磨料、玻璃纤维、电焊条等工业部门。石英是硅石和硅砂的主要成分，硅石也称石英石，指石英砂岩、石英岩和脉石英等，硅砂又称石英砂，包括天然硅砂和人造硅砂。硅石主要用于玻璃及玻璃制品、冶金熔剂、耐火材料、陶瓷釉面等。天然优质硅砂具有天然的滚圆粒形和均匀粒度，广泛用于玻璃、铸造、化工、石油及其他工业部门。自然界中，长石常常和石英等多种矿物共生。2.2长石的选别工艺原矿碎磨脱泥云母浮选浮选干燥筛分细磨磁选陶瓷级长石玻璃级长石尾矿云母1浮出云母等杂质矿物2剩余云母和含铁矿物被阴离子捕收剂分离HF作调整剂,脂肪酸作捕收剂实现长石与石英的分离70年代日本采用“硫酸浮选法”，采用硫酸调整矿浆pH值为2-3；中国“无氟无酸”浮选工艺，在近于中性的矿浆自然pH值下，使用阴阳离子混合捕收剂，通过适当控制调浆和浮选，实现石英和长石的分离。思考题：HF酸活化长石，抑制石英的原理•石英断裂时大量Si-O键断裂，酸性条件下无机阴离子调整剂HF对石英起清洗作用，在HF作用下导致石英表面OH-含量降低，使Si4+在矿物表面富集，故矿物表面负电性减弱。•长石结构中存在[AlO4]，在此介质条件下，HF能在长石表面Al3+处产生铝氟络合物而增加矿物表面负电性。•因此在阳离子捕收剂体系中，在酸性条件下，HF能活化长石浮选而抑制石英的浮选。•伟晶岩产出的优质碱长石手选破碎水碾分级成品•风化花岗岩中的碱长石破碎磨矿分级浮选（除铁、云母；石英、长石分离）干燥成品•细晶岩中的碱长石破碎磨矿筛分磁选干燥成品•新工艺流程锤式破碎摆式粉磨磁选成品四种常见流程流程复杂，成本高生产工艺落后，产品质量不高成本高，有污染，可满足彩色玻壳产品需求磁选工艺及设备弱磁选——除去棒磨及螺旋分级过程中混入的含量极低的机械铁。一般采用湿式逆流永磁筒式磁选机。强磁选——湿式强磁或高梯度磁选机？内蒙大林型砂厂精选车间浮选工艺有效消除氟离子和酸性废水的污染2.3高纯超细电子级石英制备技术高纯超细电子级石英粉(SiO299.95%，d50=2-5微米)是环氧塑封料的主要填料。它具有介电性能优异、热膨胀系数低、热导率高及相对于环氧树脂价格低等特点。可以使封装材料厂热膨胀系数低、吸水率、成型收缩率低及成本率降低，耐热性能、机械强度、介电性能及热导率提高等特点。我国是硅质原料矿产大国，但高品位的矿床却相当稀少。因而必须通过选矿深度提纯，生产高纯超细电子级石英粉。高纯超细电子级石英制备技术包括硅石的破碎、磨碎和超细粉碎技术、石英的选矿提纯技术及石英粉改性。硅石的破碎、磨碎和超细粉碎技术热力破碎技术——即煅烧-水淬法。利用硅石经过高温煅烧，用水淋冷却，硅石在急剧的由“热胀”到“冷缩”，在其表面和块体内部产生大量的微裂纹，从而使硅石强度大幅下降。对于超细石英粉而言，常采用搅拌磨和振动磨。对于磨介的要求是选用磨耗少、硬度高、直径大小在1-5mm之间。为防筒内壁机械铁的污染和损耗，可用离心的办法做成高耐磨的聚酯筒壁。石英的选矿提纯技术含铁杂质的脱除铁的存在形态：1、以微细粒状态赋存在粘土或高岭土化的长石中；2、以氧化铁薄膜形式附着在石英颗粒的表面；3、含在重矿物、褐铁矿、钛铁矿、磁铁矿、黄铁矿等颗粒中；4、呈次要成分存在黑云母、角闪石、石榴子石中；5、在石英颗粒内部呈浸染或透镜状态；6、以固溶状态存在于石英晶体内部；7、加工过程混入一定量的机械铁。脱除方法1水洗或脱泥；2擦洗或化学酸洗；3重选或磁选；含铝杂质的脱除含铝杂质主要来自于长石、云母和粘土矿物。脱除方法1擦洗和分级脱泥去除粘土矿物中的铝杂质；2长石和其它矿物中的铝杂质主要用浮选法去除。浮选方法：1以硫酸为矿浆pH调整剂，控制石英表面电性，以氢氟酸为活化剂，选用胺类阳离子捕收剂，浮出长石类杂质；2用硫酸为矿浆pH调整剂，用十二胺醋酸盐进行浮选。石英粉表面改性目的是使石英粉表面与高聚物基料相容性好。常用各种硅烷偶联剂。它能降低石英的表面能，提高与高聚物基料的润湿性。常用的方法有两种：一种是把硅烷偶联剂配成水溶液，处理石英粉后再与有机高聚物混合，即预处理法。效果好，是目前常用的方法。另一种是将偶联剂、石英粉及有机高聚物混合，即迁移法。2.4石英和长石的分离实践湖北长石矿综合回收长石石英的选矿工艺流程吉林双辽县硅砂选矿工艺流程2.5磁载体工艺分离石英和长石在混合悬浮物中磁铁矿颗粒选择性附着在一种矿物表面，然后用磁选工艺除去被磁铁矿覆盖的矿物颗粒。影响磁铁矿颗粒吸附的因素有矿物和磁铁矿的表面电荷，以及表面活性剂在这些矿物表面上的吸附，通过控制这些参数可以分选许多种矿物。如从方解石和白云石中分离磷灰石、重晶石和白钨矿。在pH小于7的情况下，钠长石、石英和微斜长石表面均荷负电，而磁铁矿表面荷正电。表明磁铁矿有可能吸附在这三种矿物表面。通过十二胺在石英、长石表面的吸附，改变表面电位，强化磁铁矿在石英和长石表面的吸附，并进一步促进分离。