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中国地质调查局郑州矿产综合利用研究所攻克蓝晶石综合利用技术难关纪实

发布时间:2016-09-14

该项目工艺先进,实现了蓝晶石矿的绿色清洁高效生产,研发的选冶关键技术、新型浮选药剂等在同类矿山有进一步推广应用的潜力,为同类型资源开发利用提供了技术支撑,对推动新型能源矿产综合利用具有示范意义。近日,由中国地质调查局郑州矿产综合利用研究所承担实施的国土资源大调查项目甘肃复杂大型蓝晶石矿及铷多金属矿综合利用研究分报告通过了中国地质调查局西南项目管理办公室在成都组织的评审验收,并被评为优秀。该项目以甘肃复杂大型蓝晶石矿为研究对象,开展的综合利用技术研究获得了重大突破。

  近年来,我们依托矿产资源节约与综合利用调查工程,针对蓝晶石矿属石榴蓝晶二云母石英片岩石的特点,进行了多项技术攻关,确定了适宜分选的关键工艺流程,对伴生矿物进行了综合回收,并研发了在中性条件下分选蓝晶石族矿物的新型捕收,均取得了突破性进展。中国地质调查局郑州矿产综合利用研究所所长冯安生介绍说,该项目共研制新药剂3种,申请专利3项,发表论文1篇,培养科研骨干2人、硕士生1人,圆满完成了任务书的要求。

  高效利用有点难

  蓝晶石是我国重要的非金属矿产之一,用途十分广阔。据了解,目前,蓝晶石精粉作为一种高级耐火材料,在不定型耐火材料、莫来石轻质砖、炼铁炮泥、定型耐火制品生产中作为膨胀剂使用。

  在不定形耐火材料中,普遍引入蓝晶石作为膨胀剂,可以有效抵消耐火材料在高温下的收缩,改善其高温性能。作为我国非金属领域的知名专家,冯安生对蓝晶石有着更深刻的认识。他进一步介绍说,蓝晶石还是合成莫来石、莫来石纤维及定型耐火制品基质作莫来石化晶核、莫来石工程陶瓷的原料,可用来制造技术陶瓷、汽车发动机的火花塞、绝缘体、球磨机球体、试验器皿、耐震物品等,并可用电热法炼制硅铝合金,广泛应用于飞机、汽车、火车、船舶的部件上。

  据了解,国内蓝晶石矿经过近年来的开发,总体产量和出口量均呈快速增长趋势,蓝晶石精矿年产量由2006年的2.74万吨增加到2010年的6万吨左右。随着工业利用范围的扩大,蓝晶石精矿需求量在不断增长,其增长率一般每年为5%7%,在钢铁工业方面增长率每年为10%。据我国耐火材料专家预测,未来10年,我国蓝晶石精矿年需求量将增至15万吨左右。

  但是,国内蓝晶石矿普遍存在嵌布粒度不均匀的问题,使得单纯采用重选和磁选工艺难以获得较高品位的精矿,必须采用浮选工艺进一步提高精矿质量,这就需要进一步细磨。而矿石在细磨的情况下易泥化,在矿石粒度较细的条件下恶化浮选环境,导致蓝晶石回收率下降。

  蓝晶石选矿目的在于提高蓝晶石矿物纯度,降低有害杂质含量。冯安生说,国内蓝晶石精矿Al2O3品位多在52%~55%之间,蓝晶石矿物回收率在50%~60%,造成资源严重浪费,并且蓝晶石矿中伴生的石榴子石、云母、金红石等有用矿物未得到综合回收利用。

  特别值得一提的是,目前,国内对蓝晶石尾矿的利用也主要集中在选别提纯制备高纯云母或石英,用于制备平板玻璃的原料和墙体耐火砖等,国内蓝晶石选矿尾矿功能化、高性能化转型关键技术研究尚属空白。

  如何围绕国家重大需求,依靠科技创新来突破蓝晶石的综合利用瓶颈,成为摆在科研人员面前的一个现实问题。

  科技创新攻难关

  地质调查项目《甘肃复杂大型蓝晶石矿及铷多金属矿综合利用技术研究》为我国蓝晶石的综合高效利用打开了一个窗口,也为中国地质调查局郑州矿产综合利用研究所攻克蓝晶石综合利用难题提供了一个舞台。

  “‘甘肃大型蓝晶石矿选矿关键技术开发及推广应用属于地质调查项目《甘肃复杂大型蓝晶石矿及铷多金属矿综合利用技术研究》工作内容之一,周期为20131~201512月,其中2013~2014年属于《矿产资源高效综合利用技术与实用化研究》计划项目,2015年属于《资源节约与综合利用技术应用示范》项目。该项目负责人张红新介绍说。

  据了解,本项目总体目标任务是以甘肃大型蓝晶石矿为研究对象,结合该蓝晶石矿共伴生石榴石、云母的特点开展综合利用关键技术研究,实现蓝晶石资源综合回收利用和尾矿减排的目的。项目预期成果是,突破甘肃大型蓝晶石矿的综合利用技术,研发相关选矿新型药剂1~3种;申请发明专利1~3项,提交成果报告1份。

  为了啃下这块硬骨头,郑州矿产综合利用研究所依托矿产资源节约与综合利用调查工程,抽调精兵强将成立了项目团队,开始了持续的科技创新工作。

  目前,国内对蓝晶石精矿要求的指标是:蓝晶石精矿Al2O3品位≥55%,精矿中Fe2O3品位<1%,蓝晶石矿物回收率≥75%,石榴子石精矿矿物含量≥90%,云母精矿矿物含量≥90%。蓝晶石选矿尾矿转型转相制备复相耐高温材料中的Si3N4+Sialon+SiC+C>95%,选矿尾矿转型的转化率>95%冯安生说。

  郑州矿产综合利用研究所项目团队在对蓝晶石矿工艺矿物学进行研究的基础上,提出了适宜该矿分选的关键工艺流程,研发了在中性条件下分选蓝晶石族矿物的新型捕收剂。他们采用原矿-破碎-干磁抛尾-磨矿-螺旋溜槽抛尾-再磨-蓝晶石浮选-磁选除铁工艺流程方案,小型试验获得的试验结果如下:蓝晶石精矿产率7.15%Al2O3品位58.74%Al2O3回收率20.97%,蓝晶石矿物量95.26%,矿物回收率75.53%

  螺旋溜槽尾矿采用筛分-重选-磁选工艺流程回收白云母,干磁尾矿采用重选-筛分-磁选工艺流程回收石榴子石、白云母、黑云母。其试验结果为:白云母精矿产率17.75%,矿物量98%;黑云母精矿产率9.48%,矿物量90%;石榴子石精矿产率3.36%,矿物量95%

  我们在小型选矿试验的基础上进行了扩大试验研究,扩大试验最终可获得精矿产率7.27%Al2O3品位57.77%、蓝晶石矿物回收率75.12%的分选指标。同时,对伴生矿物进行了综合回收,石榴子石精矿产率3.62%,矿物含量95%以上;白云母精矿产率16.64%,矿物含量95%以上;黑云母精矿产率13.44%,矿物含量90%以上。冯安生十分高兴地说。

  与此同时,该所还开展了蓝晶石选矿尾矿的高温物相演变研究和蓝晶石选矿尾矿转型转相制备的制备工艺研究,利用蓝晶石尾矿转型制备成高性能Si3N4/Sialon复相耐高温材料,Si3N4+Sialon+SiC+C>95%,选矿尾矿转型的转化率>95%,为蓝晶石尾矿利用提供了技术支持。蓝晶石浮选药剂研究分别在石油磺酸钠和油酸钠为捕收剂的体系下进行纯矿物试验,研究了捕收剂、调整剂clean-2、金属离子对蓝晶石和石英浮选行为的影响,进行了实际矿石浮选试验研究。

  我们进行的作用机理研究表明:金属离子在矿物表面的吸附,改变了矿物的表面电性,使矿物零电点发生漂移,从而使矿物的浮游性发生改变。clean-2对矿物表面及矿浆中的金属离子具有络合作用,影响矿物的Zeta电位和与捕收剂的吸附。油酸钠和石油磺酸钠在蓝晶石表面的吸附均以化学吸附为主,在石英表面主要以物理吸附为主。张红新解释说。

  经过两年的持续攻关,该项目终于取得了重大突破。冯安生说,本项目严格按照地质调查项目管理办法运行,试验技术指标均超过了任务书要求,为甘肃地区大型资源合理开发利用提供了有力的技术支撑。

  转化应用效果显

  该项目的主要创新点,就是我们突破了蓝晶石中性条件下浮选关键技术。冯安生表示。

  据了解,郑州矿产综合利用研究所研发了在中性条件下分选蓝晶石的关键技术及新型浮选药剂Z-401。该新型捕收剂具有改善分选环境,避免酸性条件下分选带来的酸耗量大、设备腐蚀、污染环境等种种问题。其工艺首先采用干式磁选预先抛尾或湿式磁选预先抛尾除去弱磁性矿物,采用螺旋溜槽重选脱泥、浮选采用分段粗选、粗精矿合并四次精选、浮选精矿磁选除铁的工艺流程,进行了小型选矿试验和扩大试验,工艺流程简单,指标稳定,小型试验获得的试验结果稳定良好。

  该蓝晶石矿位于阿尔金山中段北坡,蓝晶石矿物资源量约2483.5万吨,伴生的云母、石榴石、石英砂矿物资源量分别为0.57亿吨、0.19亿吨、0.76亿吨,达到超大型规模。因此,开发该蓝晶石矿具有重要的意义。冯安生说。

  更重要的是,该项目成果采用在中性条件下研发的新型捕收剂实现蓝晶石矿和石英的有效分选,避免了传统酸法条件下酸用量大、污染环境、腐蚀设备、成本高等问题,实现了蓝晶石矿的绿色清洁生产。同时,对该地区的蓝晶石矿先后完成了小型试验和扩大试验,技术指标稳定,正在与甘肃龙秦矿业有限公司,就成果转化推广进行联络,有望实现产业化。

  该项成果促进了科学理论创新和技术方法进步,研发的中性浮选、蓝晶石粗粒抛尾等选冶关键技术、新型浮选药剂在同类矿山有进一步推广应用的潜力。冯安生最后表示,该项成果促进了国家非金属矿资源综合利用工程技术中心平台的建设,带动了人才成长和团队建设,项目负责人张红新还被评为中国金属学会选矿分委员会第七届委员。(全球金属网 OMETAL.COM) 


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