在自然界中,長石大致分為三大系列:
(1)由鉀、鈉兩組長石相互混熔而形成的堿性長石系列,包括正長石、微斜長石、透長石、冰長石及歪長石;
(2)由鈉、鈣長石兩種組分相互混熔而形成的斜長石系列;
(3)鋇長石系列,包括鋇長石、副鋇長石、鋇鈉長石、鍶長石。
由于長石熔點在1100℃-1300℃之間,化學穩定性好,在與石英及其他鋁硅酸鹽共熔時有助熔作用,因此,長石常被用于制造玻璃及陶瓷的助熔劑。
(1)玻璃溶劑
長石是玻璃混合料的主要成分之一,長石含氧化鋁高,鐵質含量低,可以減少堿的用量。此外長石融溶后變成玻璃的過程比較緩慢,結晶能力小,可以防止在玻璃形成過程中析出晶體而破壞制品,長石還可以用來調節玻璃的粘性,一般各種玻璃混合料用鉀長石或鈉長石。
(2)陶瓷坯體配料
在燒成前長石能起瘠性原料的作用,減少坯體的干燥收縮和變形,改善干燥性能,縮短干燥時間,在燒成過程中,長石溶融形成乳白色的粘稠玻璃體。這種玻璃體的特點是冷卻后不再折晶,并能在高溫下溶解一部分高嶺土分解物與石英顆粒,促進成瓷反應的進行,并可降低燒成溫度(在其他條件相同的情況下,可降低溫度100℃左右),這種作用通常稱為助熔作用。
此外,由于高溫下的長石溶體具有較大的粘度,可以起到高溫熱塑作用與高溫膠結作用,防止高溫變形。冷卻后的長石溶體以透明玻璃體狀態存在于瓷體中,構成了瓷的玻璃態基質,增加透明度,提高光澤與透光度,改善瓷的外觀質量與使用效能。
(3)陶瓷釉料
陶瓷釉料主要由長石、石英和粘土原料配成,其中長石含量可達15%-35%以上。
(4)搪瓷原料
主要用長石和其他礦物原料摻配成琺瑯,摻入量通常為20%-30%以上。
(5)其他
鉀長石還可作為生產化肥的優質原料。
長石礦床按成因可分為兩大類。
(1)偉晶巖型長石礦
此類礦床主要賦存于偉晶巖區,其圍巖多為古老的沉積變質的片麻巖或混合巖化片麻巖。也有一些礦脈產于花崗巖體或基性巖體中,或在其接觸帶上。礦石主要集中于偉晶巖的長石塊體帶或分異單一的長石偉晶巖中。
我國開采的長石礦床多為偉晶巖型礦床,如:湖南衡山、山東臨朐、河南盧氏等。
(2)巖漿巖型長石礦床
此類礦床產于酸性、中酸性及堿性巖漿巖中,其中以產于堿性巖中的最為重要,如霞石正長巖、霞石正長斑巖礦床,其次為花崗巖、白崗巖礦床以及正長巖、石英正長巖礦床等。如:云南個舊、安徽鳳陽等。
長石中賦存的主要有害礦物主要是鐵礦物,其他雜質礦物有粘土、云母、石榴子石、電氣石、綠泥石、石英等。
根據長石礦床種類和性質不同,采用選礦加工方法包括破碎、磨礦、磁選除鐵等。近年來,隨著長石礦資源的減少、質量下降,對產品質量的要求不斷提高,以及礦山綜合利用的發展,引進了重選、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、含鐵鈦礦物的目的。
由于雜質礦物特別是石英,在物性、化學組成、結構構造等方面與長石相近,所以,長石與石英等雜質的浮選分離比較困難。
根據長石礦的礦石性質,一般采用的選礦原則工藝流程如下:
(1)偉晶巖中產出的優質長石:手選-破碎-磨礦(或水碾)-分級。
(2)風化花崗巖中的長石:破碎-磨礦-分級-浮選(除鐵、云母)-浮選(石英、長石分離)。
(3)細晶巖中的長石(一般含云母,有時含鐵):破碎-磨礦-篩分-磁選。
(4)長石質砂礦:水洗脫泥-篩分(或浮選分離石英等)。
長石是陶瓷、玻璃等制造業的重要原料。隨著玻璃、陶瓷產品日益高檔化,對高純低鐵的長石原料需求量不斷擴大。雖然我國長石資源豐富,但一般含鐵都較高,同時長石礦中均含有一定量的石英,必須經過除鐵提純才能應用。目前,我國長石加工存在磨礦效率低、選礦工藝技術落后、生產設備陳舊等問題,沒有形成規模化和產業化。
(1)水洗-棒磨-重選-浮選流程
山東臨朐某鈉長石礦,礦石主要礦物為鈉長石,約占85%-90%,其次為石英,約占10%-15%,少量綠泥石,另含極少量的含鐵礦物和金紅石等雜質礦物。
該礦原有的的加工工藝如下:原礦-一段破碎-石碾-分級(脫除細粒及綠泥石)-成品。
原有的加工工藝中只進行簡單的研磨加工,生產的產品質量較差,燒成白度30左右,屬于低級品;同時在長石加工的過程中,為了脫除綠泥石,采用水洗脫泥的方案,造成細顆粒資源的浪費。
改造后的加工工藝為:原礦經過兩段開路破碎后,進入棒磨機與篩子組成閉路系統磨礦,篩下產物先進入螺旋溜槽、搖床除去金紅石等重礦物,再通過中場強磁選機進一步除去機械鐵,產物脫除細泥后采用浮選進一步除去綠泥石,產品脫水后入均化庫堆存。
通過改造,現該廠已形成年加工30萬t的能力,通過加工處理,精礦的化學成分下表,產品的燒成白度55-60。
該廠的工藝改造中,根據原礦的性質,確定的生產工藝有如下特點:
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采用破碎-棒磨的手段,保證了入選原料的粒度組成符合要求,同時,采用棒磨-分級的閉路流程,克服了原石碾流程中產品粒度粗,不能形成閉路磨礦的缺點,做到了資源的合理利用。
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根據原礦中含有金紅石等重礦物的特點,采用螺旋溜槽-搖床的重選工藝,可以除去金紅石等重礦物,保證產品的含鈦量得到降低。
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針對原礦含有綠泥石的特點,采用浮選工藝,除去綠泥石可以作為一種產品回收利用。
(2)棒磨-磁選-浮選工藝
河南盧氏某長石礦為典型的偉晶巖,主要礦物為斜長石,約占60%,其次為石英,約占30%、白云母8%,另含少量的金紅石、赤鐵礦、磁鐵礦等。
設計的生產工藝:原礦經過兩段開路破碎后,進入棒磨機與篩子組成閉路系統磨礦,篩下產物通過中場強磁選機進一步除去機械鐵,高梯度磁選機除去含鐵礦物,產物脫除細泥后先采用浮選回收云母,云母回收采用一粗二精的流程,獲得云母精礦;隨后進行長石與石英分離,采用無氟浮選方法,長石經一段精選后獲得長石精礦,槽中產物經掃選后獲得石英砂,產品脫水后入均化庫堆存。
現該廠己形成年加工原礦15萬t的生產能力,每年生產可獲得7500t云母精礦,8萬t長石產品及3萬t石英砂,現產品供應河南及陜西陶瓷企業,產品受到用戶的好評。
該廠采用的選礦生產工藝,在長石加工企業中,屬于比較復雜的,與其他企業相比,其特點如下:
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由于原礦含有一定量的白云母,在選別過程中需通過浮選除去,而且白云母還可以作為一種產品回收。
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原礦中,長石含量低,必須通過浮選方法進行富集,因此,需進行長石與石英的分離,該廠采用的分離方案為無氟浮選工藝,避免了氟離子的環境污染問題,同時能夠保證分離效果,確保長石與石英兩種產品的成分滿足客戶要求。
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對于其他影響產品質量的雜質礦物,如含鐵礦物,需通過磁選方法分離。
由于國內大型優質長石礦床較少,優質的長石資源短缺;同時隨著建筑業快速發展及人們生活水平的提高,對建筑材料的需求量尤其是對高檔陶瓷的需求量加大,導致優質長石的需求量增加,長石的選礦加工勢在必行。
傳統的加工工藝己經不能滿足市場的需求,隨著長石選礦技術的進步,未來長石選礦的發展方向將體現在如下幾個方面:
(1)采用多種選別作業,包括重選、磁選、浮選等選礦方法,由于礦石質量的差異及對產品質量要求的提高,未來的長石加工企業應根據自身的礦石性質,采用復合的選礦手段提升產品質量。
(2)長石石英分離,隨著優質長石的消耗,目前很難找到直接使用的長石資源,而長石的使用廠家對產品質量要求越來越高,這就需要推廣新的生產技術,其中長石石英分離將是今后選礦發展方向,只有通過長石石英分離,才能利用過去棄之不用的資源,滿足市場對優質長石原料的需求。
(3)在有資源和市場的地區建設大型選礦廠、實現規模效益。
(4)根據現有資源的特點,實現長石產品系列化、標準化,保證資源的有效利用,同時也能提供不同客戶的需求。