保護石墨鱗片的磨礦效果表征

龍 淵，張國旺，李自強，肖 驍

（長沙礦冶研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012）

鱗片石墨是一種很重要的工業(yè)原料，廣泛應(yīng)用于冶金、機械、電子、化工、輕工、軍工、國防、航天及耐火材料等行業(yè)，是當今高新技術(shù)發(fā)展必不可少的新興非金屬材料之一[1]。

鱗片石墨因其結(jié)構(gòu)呈片狀及良好的表面性質(zhì)，具有良好的天然可浮性，是自然界中可浮性最好的礦物之一。但又因為它的特殊性質(zhì)，在磨礦過程中，鱗片結(jié)構(gòu)容易遭到破壞，使其價值降低，因此在磨礦選別中應(yīng)加以保護。

1 保護石墨大鱗片的重要性

通常大鱗片是指+80目、+100目的鱗片狀石墨，低于這些目數(shù)即為小鱗片石墨。大鱗片石墨較小鱗片石墨來說具有更大的價值：①在鱗片石墨的經(jīng)濟價值上，同樣品位下，大鱗片石墨價格是細鱗片的數(shù)十倍；②在鱗片石墨的用途上，制造坩堝及膨脹石墨等用途必須使用大鱗片石墨，細粒級的不能使用或者很難使用，在石墨烯的制備中，大鱗片石墨更利于石墨烯的生成；③在鱗片石墨的自身性能上，大鱗片石墨要優(yōu)于細鱗片石墨，如：潤滑性，石墨鱗片越大，摩擦系數(shù)越低，潤滑性越好；④在鱗片石墨生產(chǎn)上，大鱗片石墨除了在原礦中提取之外，現(xiàn)代的工業(yè)技術(shù)無法生產(chǎn)合成大鱗片石墨，鱗片一旦被破壞就無法恢復(fù)，而細鱗片通過大鱗片破碎即可得到；⑤從儲量上看，我國大鱗片石墨儲量低，在選別過程中由于復(fù)雜的再磨流程致使石墨鱗片破壞嚴重，產(chǎn)量較少，導(dǎo)致市場供不應(yīng)求[2]。

此外，在專家討論黑龍江省石墨產(chǎn)業(yè)廣闊發(fā)展前景中，孫傳堯[3]院士也著重強調(diào)鱗片石墨在選別過程中要注意保護石墨大鱗片，大鱗片石墨用途廣、資源少、價值高，所以在生產(chǎn)中必須盡量保護大鱗片不被破碎。

2 保護石墨鱗片的表征方法

石墨的選礦大多是階段磨礦多次浮選[4]，目的就是保護石墨鱗片不被破壞，而在鱗片石墨的磨礦過程中，如何表征其磨礦的好壞，就要有正確的表示方法。有很多專家學(xué)者對鱗片石墨進行了研究，也提出了較多保護石墨大鱗片的磨礦選別工藝方法，但保護石墨鱗片的判定標準及公式卻幾乎無人提及。因此，如何表征保護石墨鱗片的好壞，成為一項課題。

2.1 前人研究

一些選礦研究者用再磨后品位變化來表征，另有一些研究者用一定級別產(chǎn)率損失來表征，但這些都不夠全面。經(jīng)后續(xù)學(xué)者研究指出在石墨選礦中，對再磨機磨礦效果進行比較和評價時，單純的從再磨后的品位提高的大小或一定級別產(chǎn)率的損失率為依據(jù)都是不全面的，應(yīng)當把大鱗片的產(chǎn)率和品位兩個方面的變化綜合加以考慮。再磨時連生體解離越充分，品位提高越大，效果就越好；另一方面，再磨后，大鱗片產(chǎn)率降低的越小，保護大鱗片的效果就越好。所以在石墨選礦中對再磨機磨礦效果評價時，采用再磨前后一定級別(+100目)產(chǎn)率的減少與品位提高的比值ω[5]來反映產(chǎn)率和品位變化的相對關(guān)系如下式：

式中：γ前，γ后——再磨前后一定級別產(chǎn)率(%)；

β后，β前——再磨前后一定級別品位(%)；

ω值越小，對石墨鱗片保護效果就越好。

2.2 本文研究

本文作者認為，上述方法對磨礦方式以沖擊力為主的磨機(球磨機)磨礦效果表征較符合，但對磨礦方式以剪切力為主的磨機[6](攪拌磨機)的磨礦效果表征還不夠完全。

比如當脈石與礦物各占一半的相互嵌布的礦物顆粒，如圖1所示，且脈石粒度大于100目，當經(jīng)過剪切力為主的磨機磨礦后，礦物顆粒從解離面一分為二。因此，本來是一個良好的單體解離，而用上述表征方法表示的話，脈石礦物也會進入一定粒度級別(100目)，從而增加其產(chǎn)率且降低其品位，影響ω的判斷，所以ω表示就不夠完全。

圖1 礦物經(jīng)磨礦解離示意

因此，作者認為，對石墨鱗片磨礦好壞的評價，應(yīng)經(jīng)過同等浮選條件選別過后，對精礦的各項指標進行分析，精礦產(chǎn)率越高并且精礦中+100目產(chǎn)率越高，磨礦效果越好，其次精礦中+100目品位較其磨礦前提高越高越好。此外，還應(yīng)跟回收率有關(guān)，同樣的道理，在相同的浮選條件下，回收率越高，說明單體解離度越好。

綜上所述，其表征方法采用再磨前與再磨選別后一定級別(+100目)產(chǎn)率的減少與品位提高的比值并與精礦回收率倒數(shù)的乘積L表示，此L表示的意義是磨礦破壞系數(shù)，公式如下：

式中：γ前——再磨前一定級別產(chǎn)率(%)；

γ精——再磨選別后精礦的產(chǎn)率(%)；

γ1——精礦中+100目的產(chǎn)率(%)；

α精——再磨選別后精礦的回收率(%)；

β1，β前——再磨前與在磨后精礦中一定級別品位(%)。

破壞系數(shù)L越小，磨機對石墨鱗片保護效果就越好。此外，在選礦廠的表征方式用選別后精礦的正目比來表示，正目比是采用+100目在每段產(chǎn)品中所占的百分數(shù)來表示石墨產(chǎn)品的好壞，+100目越多，品位越高，產(chǎn)品的品質(zhì)越好。這其實也是上述公式L的一個直觀表達。

3 試驗驗證

為驗證上述公式的合理性，作者用立式攪拌磨機進行了鱗片石墨的兩組磨礦試驗。

試驗過程如下：取150g石墨粗精礦，其品位為+100目品位為35.32%。+100目產(chǎn)率為65.97%。將其加入到立式攪拌磨機中，設(shè)定磨礦濃度30%，攪拌器轉(zhuǎn)速設(shè)為100r/min，分別取1800g 2、4、6、8mm的納米介質(zhì)球?qū)ζ溥M行磨礦3min。其磨后產(chǎn)品平均分成兩份，一份進行直接分級；另一份用同樣樣的藥劑制度進行浮選，獲得精礦尾礦。

3.1 磨礦分級方式

磨礦分級流程如圖2所示。

圖2 磨礦分級流程

磨礦產(chǎn)品篩析并按ω公式處理的結(jié)果如表1所示。

由表1且按ω公式判斷，可以看出介質(zhì)球為2mm時，對石墨鱗片的破壞最少，磨礦對石墨鱗片的保護效果也就最好；介質(zhì)球為4mm時，破壞系數(shù)ω為2.46，為最大，因此對石墨鱗片的破壞也就也大。

3.2 磨礦浮選方式

磨礦浮選的流程如圖3所示，其浮選條件為捕收劑215.5g/t、松醇油82g/t、刮泡2min。其浮選所得精礦分析結(jié)果見表2所示，精礦按L公式處理的結(jié)果如表3所示。

由表3可以看出，當介質(zhì)球為6mm時，破壞系數(shù)L最小為1.11，因此，按L公式判斷，可以看出6mm介質(zhì)球?qū)[片石墨的磨礦效果最好。

表1 磨礦產(chǎn)品篩析處理結(jié)果

圖3 磨礦浮選流程

表2 浮選精礦分析結(jié)果

3.3 試驗分析

通過ω值與L值得分析，可以看出，兩者的結(jié)果不同，得出的結(jié)論也不一樣。對比磨礦產(chǎn)品+100目的品位與浮選精礦中+100目產(chǎn)品的品位，兩者品位相差10%以上，其分析如圖4所示。

表3 精礦分析處理結(jié)果

圖4 磨礦與浮選+100目產(chǎn)品品位對比

從圖4可以得出，+100目磨礦產(chǎn)品的品位只有40%多左右，其品位低的原因是因為產(chǎn)品中含有一定量的大顆粒脈石，說明單體解離好的礦物與脈石沒有得到較好的分離，從而影響其品位，因此，用ω公式去分析表征磨礦效果，就不能很好的說明問題了。

浮選的原理就是浮出有用礦物而分開脈石，通過浮選限制脈石進入到一定級別的產(chǎn)品中來，讓單體解離好的礦物與脈石得到分離開來，進從而用L公式分析就更加合理了。

3 .4 電鏡照片分析

通過電鏡照片，可以直觀的參看兩產(chǎn)品中的物質(zhì)情況，圖5、圖6分別是6mm與2mm介質(zhì)球所得產(chǎn)品的電鏡照片對比圖。

圖5 6mm介質(zhì)球磨礦后+100目產(chǎn)品

圖6 2mm介質(zhì)球磨礦后+100目產(chǎn)品

從圖中可以看出，有明顯的大顆粒脈石處在+100目產(chǎn)品當中，這也就是兩產(chǎn)品品位相差10%左右的原因所在，同時也可以證明用L公式是更加合理的。

從圖6(a)中也可以明顯看出大顆粒脈石礦物，而浮選后+100產(chǎn)品就沒有那樣多雜質(zhì)的情況，如圖6(b)所示。從而證明了試驗分析的正確性。

4 結(jié)論

綜合以上試驗分析，可以得出如下結(jié)論：

(1)通過分析，可以得出ω公式對保護石墨鱗片的磨礦效果表征不夠完全，只適用于以沖擊力為主的磨機磨礦效果的表征。

(2)通過假設(shè)提出L公式，并通過試驗驗證，證明L公式在鱗片石墨的磨礦表征上更具有合理性，是正確的。這種L的表征方法是一種較為客觀的表征方式。

(3)在保護石墨大鱗片的研究中，可以用L公式表示其磨礦效果的好壞。

[1]INAGAKI M,TOYODA M,KANG F Y,et al.Pore structure of exfoliated graphite[J].New Carbon Materials,2003: 241-249.

[2]龍淵,張國旺,李自強,等.保護石墨大鱗片的工藝研究進展[J].中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊,2013(2):44-47.

[3]孫傳堯.選別過程中要保護大鱗片石墨[EB/OL].http://www.cnpowder.com.cn/news/18688.html.2011-07-27．

[4]宋廣業(yè).鱗片石墨的破磨特性與再磨設(shè)備的合理選擇[J].山東建材學(xué)院學(xué)報,1990,4(2):47-50.

[5]劉渝燕,劉建國,魏健.某晶質(zhì)石墨礦提高精礦大片產(chǎn)率及品位的選礦工藝研究[J].非金屬礦,2003,26(1):50-51.

[6]張國旺,趙湘,李自強,等.大型超細攪拌磨機研制及其在非金屬礦生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].非金屬礦,2009,32(S1):33-35.