(中國粉體技術網/班建偉)在近日舉行的全國非金屬礦物選礦提純技術交流大會上,武漢理工大學高惠民教授做了題為《我國長石選礦技術研究》的報告,介紹了長石的物理化學性能、應用領域和質量要求以及目前長石選礦的技術現狀和工業實例。
一、概述
長石是由鉀、鈉、鈣、鋇的鋁硅酸鹽組成的一族礦物。主要化學成分為SiO2,Al2O3,CaO,K2O,Na2O。長石族礦物是自然界最主要的造巖礦物,占地殼礦物組成的50%~60%左右。長石族礦物廣泛產于各種成因類型的巖石中,為巖漿巖和變質巖的主要造巖礦物。
由于長石作為造巖礦物,在大多數情況下難與其它礦物分離,因而具有工業意義的長石礦床,只有結晶巨大而易于分離的偉晶巖礦床。
按其化學成份和結晶特征,可以分為兩個亞族:鉀鈉長石和斜長石亞族。
(1)鉀鈉長石亞族
系由鉀長石分子和鈉長石分子組成。自然界產出的鉀長石都混有鈉長石,所以常稱的鉀長石,都屬于鉀鈉長石,常見的鉀鈉長石種類:
透長石,(K,Na)[AlSi3O8],含鈉長石的分子可達50%, K:Na=1︰1
正長石,(K,Na)[AlSi3O8],含鈉長石的分子可達30%, K:Na=2︰1
微斜長石,(K,Na)[AlSi3O8],含鈉長石的分子可達20%, K:Na=4︰1
由鈉長石分子與鈣長石分子組成,兩者可以任何比例混合組成連續的類質類象系列??煞譃殁c長石、更長石、中長石、拉長石、培長石、鈣長石等六種。
其中:鈉長石,含鈣長石分子0~10%,產于偉晶巖、細晶巖、片晶巖中。 鈣長石,含鈣長石分子 90~100%,產于輝長巖及相關巖石中。在玻璃、陶瓷工業中有使用價值的長石種屬主要為微斜長石、正長石和鈉長石。
鉀長石的理論化學成分為: K2O16.90%,Al2O318.40%, SiO264.70%,其中:正長石常含有鈉長石,多者可達30%;微斜長石是較純的鉀長石,但它含有鈉長石,多者可達20%)鈉長石的理論化學成分為: Na2O 11.80%, Al2O3 19.50%, SiO2,68.70% 但純的鈉長石少見, Na2O的含量常低于理論值,并含有K2O、CaO 等。
二、長石的物化性能
長石族礦物一般為白、灰白、淺肉紅色,玻璃光澤,解理發育,硬度為6~6.5,密度為2.5~2.7g/cm3。
作為重要的工業原料,長石的熔點、熔融間隔、熔體的粘度等具有重要的應用意義。
1. 熔點和熔融間隔
鉀長石的熔點為1290℃,鈉長石為1215℃,鈣長石為1552℃,鋇長石為1715℃。
熔融間隔比較寬也是長石的優良工藝性能之一,長石組分含量不同,熔融間隔也不一樣。鉀微斜長石在1160~1180℃時呈液態,至1210~1280℃時才完全熔融。
2.熔融液粘度
長石熔融時,熔融粘度取決于礦石的礦物組成、化學成分及熔融溫度。在同一溫度下鉀長石熔融液比鈉長石熔融液粘度大,而且隨著溫度增高,鈉長石熔融液迅速成為粘度小而易稀釋的流體,使陶瓷坯體變形。由于鉀長石熔點不高,熔融間隔時間長,熔融液粘度高等優點,故在工業上利用較之其它長石更廣。
3.化學穩定性
鉀長石玻璃和鈉長石玻璃均具有高度的化學穩定性,除高濃度的硫酸和氫氟酸外,不受其它任何酸、堿的腐蝕。
4.助熔性
長石熔融體對其它物質有助熔作用,其助熔能力與溫度及長石種類有關。鈉長石熔融體對石英的助熔作用大于鉀長石熔融體。
5.易磨性和可碾性
長石的解理發育,有較好的易磨性和可碾性。
三、長石的用途
長石主要用于玻璃和陶瓷行業。長石在玻璃工業中的用量占長石的50%~60%,陶瓷工業中的用量占30%,其余用在填料和其它部門。
1.玻璃熔劑
長石是玻璃混合料的成分之一。主要用來提高玻璃配料中的氧化鋁含量,降低玻璃生產中的熔融溫度和增加堿含量,以減少堿的用量。長石熔融后變成玻璃過程比較慢,結晶能力小,可防止在玻璃形成過程中析出晶體而破壞制品。調節玻璃粘度,一般作玻璃的混合料等用鉀長石和鈉長石。長石還可作玻璃纖維原料。
2.陶瓷坯體原料
燒成前起瘠性原料作用,減少坯體干燥收縮變形,改善干燥性能,縮短干燥時間。燒成時作為熔劑降低燒成溫度,促使石英和高嶺土熔融,加速莫來石的形成,使坯體致密而減少空隙,提高其機械強度和介電性能,提高坯體的透光性。摻入量一般在20%左右。
3.陶瓷釉料
釉料主要由長石、石英和粘土原料組成,其中長石含量可達10%~35%。在陶瓷工業中(坯料和釉料)主要是用鉀長石。由于長石的熔劑作用,使釉料熔融充分。長石釉光澤好,釉面平滑透明。
4.搪瓷原料
用長石和其它礦物原料摻配制成琺瑯。長石的摻配量通常為20%~30%。
5.磨料
制作磨輪時用作陶質膠結物組分,其含量為28%~30%。
6.其他
含鉀高的長石可用作提取鉀肥的原料。還可作為生產白水泥的原料之一。在造紙、耐火材料、機械制造、涂料、電焊條等行業中用作填料
四、產品質量要求
1.玻璃工業
長石塊和長石粉的質量要求(%)
優等品:Fe2O3≤0.10 ,Al2O3≥18.00,K2O+Na2≥12.00,SiO2≤65.00
一級品:Fe2O3≤0.20 ,Al2O3≥16.00,K2O+Na2≥11.00,SiO2≤70.00
二級品:Fe2O3≤0.35 ,Al2O3≥15.00
合格品:Fe2O3≤0.50 ,Al2O3≥14.00
水分:干法加工≤ 1,濕法加工≤ 5;
粒度:<0.6mm,優等品<0.1mm粒級<15%;一級品<25%
2.陶瓷工業
按傳統的觀點,長石質陶瓷坯中使用的熔劑原料是鉀長石和鉀微斜石。隨著鈉長石質瓷的研究開發,傳統個觀點開始被打破,鈉長石的作用重新被認識。
目前,鈉長石以它資源豐富、價格低廉、能降低燒成溫度、減少能耗的優勢而倍受青睞。
陶瓷工業對長石的質量要求(%)
鉀長石
優等品:Fe2O3+ TiO2 ≤0.15 ,TiO2 ≤ 0.03,K2O+Na2>14.00,K2O ≥ 12.00
一級品:Fe2O3+ TiO2 ≤0.25 ,TiO2 ≤ 0.05,K2O+Na2>13.00,K2O ≥ 10.00
合格品:Fe2O3+ TiO2 ≤0.50 ,TiO2 ≤ 0.10,K2O+Na2O>10.00,K2O> Na2O
鈉長石
優等品:Fe2O3+ TiO2 ≤0.15 ,TiO2 ≤ 0.03,K2O+Na2O >10.00,Na2O≥ 9.00
一級品:Fe2O3+ TiO2 ≤0.25 ,TiO2 ≤ 0.05,K2O+Na2O >9.00, Na2O≥ 8.00
合格品:Fe2O3+ TiO2 ≤0.50 ,TiO2 ≤ 0.10,K2O+ Na2O >8.00, Na2O >K2O
五、長石選礦加工工藝
根據長石礦床種類和性質不同,而采用不同的選礦方法。一般是手選后破碎、磨礦,然后采用磁選除去鐵礦物。
近年來,隨著長石礦的減少,質量下降,對產品的質量要求不斷提高,以及礦山綜合回收的發展,引入了重選、電選、浮選、高梯度磁選等較復雜的分選作業,從而達到除去石英、云母、含鐵鈦等伴生礦物。
長石選礦技術
偉晶巖中產出的優質長石
風化花崗巖中的長石
細晶巖中的長石(一般含有云母、鐵質等)
長石質砂礦
六、選礦加工實例
1.湖北長石礦
主要礦物為:微斜長石(39.9%)、鈉長石(19.6%)、石英(32.8%)、云母(7.8%),含少量片巖碎屑、石榴石及連生體礦物。試驗回收:長石、石英及云母。
試驗流程見圖1。試驗指標: K2O和 Na2O 含量由7.27%,提高到12.12%; Fe2O3由0.42%,下降到0.15%。
2.原唐山陶瓷公司石粉廠長石選礦工藝流程
以偉晶巖產出的長石礦加工成日用陶瓷用長石粉。原加工流程為:
手選——破碎——水碾——分級——脫水——產品
為解決除鐵,提高生產能力,由武漢理工大學承擔國家“九·五”科技推廣項目,對長石生產工藝進行技術改造。經試驗研究推薦的工藝流程,長石精礦 Fe2O3含量由0.27%下降到0.10%,產率達86.11%。
3.某半風化花崗巖長石選礦工藝流程
原礦為半風化型偉晶花崗巖,經洗礦篩分生產建筑用砂后的廢棄廢石。其中K2O和 Na2O 含量為6.61%,Fe2O3 3.75%左右。
采用洗礦分級、磨礦分離、重選、預磁選和高強磁精選分離的加工工藝流程,獲得K2O+Na2O 含量為12.32%,Fe2O30.09%左右的優質鉀、鈉長石精礦。
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