基于湿式粉碎及分级的层状黏土矿物的高品位筛选方法

摘要

本发明公开了基于湿式粉碎及分级的层状黏土矿物的高品位筛选方法，包括：第一次破碎步骤，对含有包含石英或黄铁石的杂质矿物的蜡石或滑石原矿进行第一次破碎，使得上述蜡石或滑石原矿被破碎为直径为30mm以下的粒子；第二次破碎步骤，对经过第一次破碎的上述粒子进行第二次破碎；第一次粉碎步骤，利用雷蒙德研磨机，对经过第二次破碎的上述粒子进行第一次粉碎；以及湿式分级步骤，利用湿式分级器，对经过第一次粉碎的上述粒子进行湿式分级，来将上述粒子第一次分级为粗粒子和微粒子。该方法通过利用湿式粉碎和分级技术，从作为工业原料矿物来广泛使用的代表性层状黏土矿物的蜡石和滑石中去除杂质矿物，从而能够回收高品位的蜡石或滑石微粒子。

说明书

技术领域

本发明涉及层状黏土矿物的高品位筛选方法，更为具体地涉及通过利 用湿式粉碎和分级技术，从作为工业原料矿物来广泛使用的代表性层状黏 土矿物的蜡石和滑石中去除杂质矿物，从而能够回收高品位的蜡石或滑石 微粒子的基于湿式粉碎及分级的层状黏土矿物的高品位筛选方法。

背景技术

蜡石及滑石为层状硅酸-铝矿物，并作为涂料、塑料、化妆品、医药 品等的原料以多种方式使用。但是与从自然中产出的大部分矿石一样，由 于混入石英等杂质矿物，因而成为限制应用范围及价格下降的原因。

石英等的杂质矿物会成为降低蜡石及滑石矿物的化学成分的品位的 原因，为了利用为工业用填料，则会成为在微粒子粉碎过程中粉碎机和粉 碎介质等的粉碎装置的磨损原因。这种粉碎装置的磨损会缩短装置的寿 命，被磨损的成分又将成为污染粉碎产物的原因，因而会降低产品的质量。 用于加工成工业用填料的粉碎工序，被认为是消耗大量能源的单位工序。

在消耗大量能源的单位操作中，石英等的硬质的杂质会对产品的质量 和能源消耗产生不利影响，例如会成为显著增加所投入的能源的原因等。 因此，就大部分矿山而言，为了解决因混入杂质而引起的问题，依赖于以 规定大小以上的粗粒子为对象，用肉眼判断，并用手挑出的手选法。

但是，首选法作为用肉眼进行判断，并用手挑出的方法，只对规定大 小以上的粒子，即只适用于约20mm以上的粒子，无法适用于筛选细微混 入的杂质矿物。因此，这种手选法被认为是具有筛选效率低、处理量也少 的特性的原始方法。

另一方面，比重筛选作为将矿石粉碎为20网目～100网目（mesh） 大小以下，并使其进入水中或使其沉淀，利用矿石矿物和杂质矿物之间的 比重差来进行分离的方法，具有只限于比重高的含铁矿物的特性。

浮选法为，在水中将原矿石粉碎为规定大小以下，约35网目～200 网目后，添加作为能够使所要去除的粒子的表面具有疏水性的试剂的捕收 剂（collector），并利用搅拌机来使试剂和矿石能够充分接触地进行搅拌的 同时，在添加作为能够产生气泡的试剂的起泡剂（frother）后，从外部向 水中注入空气，将附着于气泡的矿石粒子向外部排出，从而分离矿石矿物 和杂质矿物的筛选方法。

这种浮选法被认为是筛选效率优秀的技术。但是，浮选法在筛选工序 中需要使用捕收剂和起泡剂以及各种调节剂等的试剂，并且由于筛选装置 复杂使得设备费用变得昂贵，因而伴随着经济上的困难。尤其，由于存在 因在各工序中使用的捕收剂及起泡剂而产生废水的忧虑，因而在环境方面 受到很多限制。

相关现有文献有韩国公开专利10-2008-0105314号（2008年12月04 日公开），上述文献中记载了从蜡石中去除铁粉的方法。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种既提高品位提升率及提取率等筛选效 率，也不产生排放的废水，而且工序简单而经济负担少，还可同时解决手 选法和浮选法的问题的基于湿式粉碎及分级的层状黏土矿物的高品位筛 选方法。

并且，本发明的目的在于，提供一种将混入于作为工业用填料来大量 使用的蜡石和滑石等的层状硅酸-铝矿物的石英及粗粒的黄铁石等杂质矿 物适用于湿式粉碎及分级的工序，通过提高品位提升率及提取率并降低投 入能源来生产高纯度精矿，从而不仅能够生产现有的涂料、塑料等工业用 填料，而且还能够生产可用作化妆品、医药品原料等高纯度原料的工业用 填料的基于湿式粉碎及分级的层状黏土矿物的高品位筛选方法。

用于达成上述目的的本发明第一实施例的层状黏土矿物的高品位筛 选方法，其特征在于，包括如下步骤：第一次破碎步骤，对含有包含石英 或黄铁石的杂质矿物的蜡石或滑石原矿进行第一次破碎，使得上述蜡石或 滑石原矿被破碎为直径为30mm以下的粒子；第二次破碎步骤，对经过第 一次破碎的上述粒子进行第二次破碎；第一次粉碎步骤，利用雷蒙德研磨 机（Raymond mill），对经过第二次破碎的上述粒子进行第一次粉碎的步骤； 以及第一次分级步骤，利用湿式分级器，对经过第一次粉碎的上述粒子进 行湿式分级，来将上述粒子第一次分级为粗粒子和微粒子。

用于达成上述目的的本发明第二实施例的层状黏土矿物的高品位筛 选方法，其特征在于，包括如下步骤：第一次破碎步骤，利用颚式破碎机 （jaw crusher），对含有包含石英或黄铁石的杂质矿物的蜡石或滑石原矿进 行第一次破碎，使得上述蜡石或滑石原矿被破碎为直径为30mm以下的粒 子；第二次破碎步骤，利用锤式破碎机（hammer crusher），对经过第一次 破碎的上述粒子进行第二次破碎；第一次粉碎步骤，利用雷蒙德研磨机， 对经过第二次破碎的上述粒子进行第一次粉碎；第一次分级步骤，利用湿 式分级器，对经过第一次粉碎的上述粒子进行湿式分级，来将粒子第一次 分级为粗粒子和微粒子；第二次粉碎步骤，利用碾磨机（attrition mill）， 对经过第一次分级的上述粒子中的微粒子进行第二次粉碎；以及第二次分 级步骤，利用湿式分级器，对经过第二次粉碎的上述粒子进行湿式分级， 来将粒子第二次分级为粗粒子和微粒子。

本发明的基于湿式粉碎及分级的层状黏土矿物的高品位筛选方法，不 仅能够提高品位提升率，而且在处理过程中不使用试剂，因而具有在回收 产品后能够重新使用水的优点。

尤其，本发明的基于湿式粉碎及分级的层状黏土矿物的高品位筛选方 法，为了实现筛选而进行微粒子粉碎，完成了用于生产填料的粉碎及粒度 分离，因而包括无需另行其他粉碎、分级工序的优点，上述高品位筛选方 法可被称为在能源投入、设备费用等经济方面有利的筛选法。

附图说明

图1为表示本发明第一实施例的层状黏土矿物的高品位筛选方法的 示意图。

图2为更具体地表示本发明第一实施例的层状黏土矿物的高品位筛 选方法的示意图。

图3为表示本发明第二实施例的层状黏土矿物的高品位筛选方法的 示意图。

图4为更具体地表示本发明第二实施例的层状黏土矿物的高品位筛 选方法的示意图。

具体实施方式

以下参照附图详细说明实施例会让本发明的优点和特征以及实现这 些优点和特征的方法更加明确。但是，本发明不局限于以下要公开的实施 例，能够以互不相同的各种方式实施，本实施例只用于使本发明的公开内 容更加完整，有助于本发明所属技术领域的普通技术人员完整地理解本发 明的范畴，本发明根据权利要求书的范畴而定义。在说明书全文中，相同 的附图标记表示相同的结构部件。

以下，参照附图，对本发明优选实施例的基于湿式粉碎及分级的层状 黏土矿物的高品位筛选方法进行详细说明，将如下。

图1为表示本发明第一实施例的层状黏土矿物的高品位筛选方法的 示意图，图2为更具体地表示本发明第一实施例的层状黏土矿物的高品位 筛选方法的示意图。

参照图1，所示的实施例1的层状黏土矿物的高品位筛选方法包括第 一次破碎步骤（步骤S110）、第二次破碎步骤（步骤S120）、第一次粉碎 步骤（步骤S130）以及第一次分级步骤（步骤S140）。

第一次破碎

在第一次破碎步骤（步骤S110）中，对含有包含石英或黄铁石的杂 质矿物的蜡石或滑石原矿进行第一次破碎。此时，蜡石或滑石原矿除了石 英、黄铁石之外，还有可能少量含有在加工过程中起到白度的原因作用的 氧化铁、闪锌矿、钛铁矿等。

此时，适当地，第一次破碎利用颚式破碎机（jaw crusher）将粒子破 碎为直径为30mm以下的粒子。

第二次破碎

在第二次破碎步骤（步骤S120）中，利用锤式破碎机（（hammer  crusher）来对经过第一次破碎的粒子进行第二次破碎。此时，第一次破碎 及第二次破碎是为了将要后述的粉碎而进行的预处理工序，通过各破碎工 序而生产的粒子的粒度，可根据粉碎及分级效率而不同。

第一次粉碎

在一次粉碎步骤（步骤S130）中，对经过第二次破碎的粒子进行第 一次粉碎。此时，优选地，第一次粉碎使用主要施加冲击力和摩擦力的雷 蒙德研磨机（raymond mill）来对经过第二次破碎的粒子进行粉碎。尤其， 虽然粉碎粒度可根据杂质矿物粗细程度而不同，但是适当地粉碎为直径为 200网目以下的粒子。

第一次分级

在第一次分级步骤（步骤S140）中，利用湿式分级器，对经过第一 次粉碎的粒子进行湿式分级，来将粒子第一次分级为粗粒子和微粒子。

在这种一次分级步骤（步骤S140）中，就粗粒子和微粒子而言，以 直径325网目为基准，将直径大于325网目的粒子判别为粗粒子，将直径 为325网目以下的粒子判别为微粒子，来进行分粒。此时，粗粒子比起微 粒子，含有大量的杂质矿物。

另一方面，本发明第一实施例的层状黏土矿物的高品位筛选方法，还 可包括第二次粉碎步骤（步骤S150）及第二次分级步骤（步骤S160）。

第二次粉碎

参照图2，在第二次粉碎步骤（步骤S150）中，利用碾磨机（attrition  mill），对经过第一次分级的粒子中的粗粒子进行第二次粉碎。尤其，在该 步骤中，矿液浓度和粉碎机的运转条件有可能根据所投入的原料矿物的条 件而相异，虽然很难一律进行定义，但优选地，适用碾磨机的标准条件。 即，优选地，将球状物的装入量维持为研磨机体积的20v/v%～40v/v%， 将球状物的大小维持为3mm～6mm，将矿液浓度维持为40wt%～60wt%。

第二次分级

在第二次分级步骤（S160）中，利用湿式分级器来对经过第二次粉 碎的粒子进行湿式分级，来将粒子第二次分级为粗粒子和微粒子。此时， 通过第二次分级步骤（步骤S160）所分级的微粒子的平均直径可以是325 网目（mesh）。这种微粒子适合用作陶瓷原料。

如上所述的本发明第一实施例的层状黏土矿物的高品位筛选方法，不 仅能够提高品位提升率，而且在处理过程中不使用试剂，因而具有在回收 产品后能够重新使用水的优点。

图3为表示本发明第二实施例的层状黏土矿物的高品位筛选方法的 示意图，图4为更具体地表示本发明第二实施例的层状黏土矿物的高品位 筛选方法的示意图。

参照图3，所示的本发明第二实施例的层状黏土矿物的高品位筛选方 法包括第一次破碎步骤（步骤S210）、第二次破碎步骤（步骤S220）、第 一次粉碎步骤（步骤S230）、第一次分级步骤（步骤S240）、第二次粉碎 步骤（步骤S250）以及第二次分级步骤（步骤S260）。此时，本发明第二 实施例的第一次破碎步骤（步骤S210）、第二次破碎步骤（步骤S220）以 及第一次粉碎步骤（步骤S220）实质上与第一实施例的第一次破碎步骤、 第二次破碎步骤以及第一次粉碎步骤相同，因而省略重复说明，将从第一 次分级步骤（步骤S240）之后的步骤开始进行说明。

第一次分级

在第一次分级步骤（步骤S240）中，利用湿式分级器，对经过第一 次粉碎的粒子进行湿式分级，来将粒子第一次分级为粗粒子和微粒子。在 该步骤中，就粗粒子和微粒子而言，以直径325网目为基准，将直径大于 325网目的粒子判别为粗粒子，将直径为325网目以下的粒子判别为微粒 子，来进行分粒。此时，粗粒子比起微粒子，含有大量的杂质矿物。

另一方面，在该步骤中，利用碾磨机，对经过第一次分级的粒子中的 粗粒子进行再粉碎，并利用湿式分级器，对经过上述再粉碎的粒子进行湿 式分级，来将粒子再分粒为粗粒子和微粒子之后，将经过再分粒的上述粒 子中的微粒子与经过第一次分级的微粒子进行混合来使用。如此，通过对 经过第一次分级的粒子中的粗粒子执行再粉碎及再分级过程来回收微粒 子后，与最初分离的325网目（mesh）以下的微粒子混合来使用，从而具 有能够进一步提高品位提升率的优点。

第二次粉碎

在第二次粉碎步骤（步骤S250）中，利用碾磨机，对经过第一次分 级的粒子中的微粒子进行第二次粉碎。尤其，在该步骤中，矿液浓度和粉 碎机的运转条件有可能根据所投入的原料矿物的条件而相异，虽然很难一 律进行定义，但优选地，适用碾磨机的标准条件。即，优选地，将球状物 的装入量维持为研磨机体积的20v/v%～40v/v%，将球状物的大小维持为 4mm～6mm，将矿液浓度维持为40wt%～60wt%。

第二次分级

在第二次分级步骤（步骤S260）中，利用湿式分级器，对经过第二 次粉碎的粒子进行湿式分级，来将粒子第二次分级为粗粒子和微粒子。在 该步骤中，微粒子能够以直径5μm以下的粒度来进行分粒。如此，通过 第二次分级来进行分粒的微粒子适合用作微粒子填料。

另一方面，本发明第二实施例的层状黏土矿物的高品位筛选方法，还 可包括第三次粉碎/分级步骤（步骤S270）及第四次粉碎/分级步骤（步骤 S280）。

第三次粉碎/分级

参照图3及图4，在第三次粉碎/分级步骤（步骤S270）中，利用碾 磨机，对经过第二次分级的粒子中的粗粒子进行第三次粉碎之后，用湿式 分级器来对经过第三次粉碎的粒子进行湿式分级，来将粒子第三次分级为 粗粒子和微粒子。

此时，矿液浓度和粉碎机的运转条件实质上能够以与第二次粉碎条件 相同的方式来执行。而且，经过第三次分级的粒子中的微粒子能够以直径 5μm以下的粒度来进行分粒。如此，通过第三次分级来分粒的微粒子与通 过第二次分级来分粒的微粒子相同，适合用作微粒子填料。

第四次粉碎/分级

在第四次粉碎/分级步骤（步骤S280）中，利用碾磨机，对经过第三 次分级的粒子中的粗粒子进行第四次粉碎之后，用湿式分级器来对经过第 四次粉碎的粒子进行湿式分级，来将粒子第四次分级为粗粒子和微粒子。

此时，矿液浓度和粉碎机的运转条件实质上能够以与第二次粉碎条件 相同的方式来执行。

另一方面，经过第四次分级的粒子中的粗粒子能够被分粒为直径 10μm以上，并且微粒子能够被分粒为直径10μm以下。如此，通过第四 次分级被分粒的微粒子适合用作涂料、塑料、造纸等的工业用高级填料， 通过第四次分级被分粒的粗粒子适合用作医药品、化妆品等的高级填料。 因此，本发明第二实施例的层状黏土矿物的高品位筛选方法，根据需求者 的要求或原料矿物的特性，在杂质矿物非常细微混入的情况下，以5μm 左右为基准对微粒子进行分级，从而能够提高精矿的纯度。

上述的本发明第二实施例的层状黏土矿物的高品位筛选方法，不仅能 够提高品位提升率，而且在处理过程中不使用试剂，因而具有在回收产品 后能够重新使用水的优点。

并且，本发明第二实施例的基于湿式粉碎及分级的层状黏土矿物的高 品位筛选方法，为了实现筛选而进行微粒子粉碎，完成了用于生产填料的 粉碎及粒度分离，因而包括无需另行其他粉碎、分级工序的优点，可获得 在能源投入、设备费用等经济方面有利的效果。

实施例

以下，通过本发明的优选实施例，对本发明的结构及作用进行更为详 细的说明。但是，这仅仅作为本发明的优选例示来提出，在任何意义上也 无法解释为本发明局限于此。

针对这里未记载的内容，在本发明所属技术领域中的普通技术人员就 能够充分进行技术性类推，因而省略其详细说明。

1．实验方法

实施例1

首先，在利用颚式破碎机，以30mm大小以下对低品位的蜡石原矿 进行第一次破碎之后，利用锤式破碎机来进行第二次破碎。

使用主要施加冲击力和摩擦力的雷蒙德研磨机，对经过第二次破碎的 粒子进行第一次粉碎。此时，虽然粉碎粒度有可能根据杂质矿物的粗细程 度而表现出差异，但是以200网目（mesh）（74μm）为基准进行粉碎。对 经过第一次粉碎的粒子，以325网目（mesh）（43μm）为基准进行湿式分 级，来将粒子分离为粗粒子和微粒子。

随后，通过追加的粉碎及分级过程，从经过第一次分离的粒子中的粗 粒子回收微粒子后，使用碾磨机，对上述微粒子和经过第一次分级的粒子 中的微粒子一同进行第二次粉碎。此时，矿液浓度和粉碎机的运转条件适 用了碾磨机的标准条件。即，将球状物的装入量维持为研磨机体积的 30v/v%，将球状物的大小维持为3mm，将矿液浓度维持为50wt%。

随后，使用湿式分级器，以325网目（mesh）对经过第二次粉碎的 粒子进行第二次分级，来将粒子区分为粗粒子和微粒子之后，使用碾磨机 来对经过第二次分粒的粒子中的粗粒子进行第三次粉碎后，使用湿式分级 器，以5μm对经过第三次粉碎的粒子进行第三次分级，来将粒子区分为 粗粒子和微粒子。

随后，使用碾磨机，对经过第三次分粒的粒子中的粗粒子进行第四次 粉碎后，使用湿式分级器，以10μm对经过第四次粉碎的粒子进行第四次 分级，来将粒子区分为粗粒子和微粒子。

实施例2

除了作为原矿使用中等品位的蜡石原矿之外，通过与实施例1相同的 方法执行了实验。

2．品位评价

蜡石的品位通过氧化铝（Al₂O₃）的含量来进行评价。虽然用途也能 够以化学成分为基准来决定，但是在以微粒子粉体来使用的领域，则根据 如同石英等的硬质的矿物混入量、白度等来决定用途。

在以化学成分为基准来使用的领域为传统陶瓷和玻璃纤维原料等，以 粒子的大小、粒形、硬质矿物混入量等为基准来使用的领域为涂料、塑料 等现有的工业用填料和需要高纯度产品的化妆品、医药品等的原料。因此， 在本实施例中生产的各产物以生产现有的工业用填料和高纯度产品为目 的，其结果如下。

表1表示通过实施例1来筛选的蜡石产物的特性。

表1

如表1所示，原矿的品位为10.78%Al₂O₃、85.23%SiO₂，可分类为蜡 石和蜡石矿物的地开石矿物的含量为6.2%左右，可知该地开石矿物是较 为低品位的矿石。

对具有这种特性的原矿进行粉碎及分级来分离回收为4个种类的产 物，可知，第一次U/F生产率为6.59wt.%，品位维持8.55%Al₂O₃、 88.12%SiO₂。从结果上，这种现象证明，以较高的硬度和较粗的状态产出 的石英粒子，以没有受到充分的外力的状态，留得较粗。

这种产物主要分布有石英，因而比起用作工业用填料，能够用作现有 的陶瓷原料。在利用碾磨机来进行粉碎后分级的工序中，以小粒子回收的 第二次、第三次O/F的化学成分的品位为10.14%Al₂O₃、86.54%SiO₂，比 起原矿石，Al₂O₃的品位稍微下降，SiO₂的品位得以提高，由此可知，根 据筛选表现出提高品位的效果。

与此不同，可知，在利用碾磨机进行第4次粉碎后回收的第四次U/F 的化学成分的品位为20.14%Al₂O₃、73.81%SiO₂，Al₂O₃的品位提升率为 86.83%、SiO₂去除率为13.40%，Al₂O₃的分布率为36.74%。

并且，蜡石类的结构比率为63.4%，与原矿相对比，浓缩了134%左 右，可知，通过粉碎及分级法能够提高蜡石的品位。并且，可知，在第四 次O/F的情况下，生产率为22.98wt.%，并以17.02%Al₂O₃、77.43%SiO₂， 表现出低于第四次U/F的品位，但是与原矿相比，大大浓缩了蜡石类。

这种现象被判断为，虽然石英一般以粗的状态产出，但是在本矿床中， 部分产出非常小的微粒子的石英。但是，可判断为能够用作不像化妆品及 医药品原料一样将润滑度视为重要因子的领域的工业用填料。

表2表示通过实施例2来筛选的蜡石产物的特性。

表2

如表2所示，在实施例2的情况下，与实施例1的结果相比，表现出 的品位提升率、提取率低，但是可知，在相同的工序中以相同的趋势实现 了品位提升。

此时，在实施例2的情况下，由于以中等品位的蜡石为对象，因而品 位提升的效果没有像实施例1的结果表现得那么突出，但这是品位提升的 精矿变为与蜡石的理论性化学组成相似的同时表现出的结果。

尤其，可以称为最终精矿的第四次U/F产物的化学成分品位为非常 接近蜡石的理论性化学组成的28.78%Al₂O₃、62.59%SiO₂，表现出Al₂O₃的品位提升率为68.37%，分布率为15.78%，SiO₂去除率为10.90%，确认 了可生产能够用作化妆品及医药品用原料等最高级原料的产品。

另一方面，由于到目前在国内外利用的筛选技术全部都是手选法，因 而被公知为可适用于蜡石的品位提升的筛选法的浮选实验，则在本技术领 域的实验室执行，并记载了其结果。

表3简要表示本发明的实验方法和浮选法以及手选法的实验结果。

表3

如表3所示，浮选法在Al₂O₃的提升率及提取率、SiO₂的去除率等方 面得到了最优秀的结果。另一方面，可知，手选法为在所有方面表现都低 的传统方法。

另一方面，本发明在品位提升率以及提取率方面得到了比较优秀的结 果，尤其为了提升品位，通过粉碎、分级来生产最终产品，因而可知，包 括无需另行用于生产工业用填料的粉碎过程的巨大的优点。

从上述实验结果可以得知，浮选法相当优秀。但是，由于浮选法在工 序中使用捕收剂、起泡剂及调节剂等各种试剂，不仅会成为成本上升的重 要原因，而且包括有可能会成为产生废水的原因的缺点。尤其，浮选法在 以约35网目～100网目的大小进行粉碎后回收精矿，因而包括为了用作工 业用填料而需准备其他的粉碎工序的问题。而且，手选法为在品位提升及 提取率、人工费等几乎所有方面均不利的筛选法。

以上，以本发明的实施例为中心进行了说明，但是本发明所属技术领 域的普通技术人员可进行各种变更或变形。可以说，只要这些变更和变形 不脱离本发明所提供的技术思想的范围，应视为属于本发明。因此，本发 明要求保护的范围应根据所附的权利要求书来判断。