某偉晶巖型鋰輝石礦石中鋰的高效回收試驗(yàn)

戴艷萍 王全亮 趙建湘 周虎強(qiáng) 魏黨生 樂(lè) 毅 劉 望

（湖南有色金屬研究院有限責(zé)任公司，湖南長(zhǎng)沙410100）

鋰是一種重要的戰(zhàn)略金屬，也是自然界中最輕的堿金屬，廣泛應(yīng)用于電池、陶瓷、玻璃、潤(rùn)滑劑、制冷液、核工業(yè)以及光電等行業(yè)，享有“工業(yè)味精”的美譽(yù)［1-2］。隨著全球科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鋰資源的需求量大幅增長(zhǎng)［3］，戰(zhàn)略地位越發(fā)凸顯，已成為全球新能源和高科技競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。我國(guó)鋰資源探明儲(chǔ)量約450萬(wàn)t，居世界前列，合理開(kāi)發(fā)、利用我國(guó)鋰資源是保障鋰資源安全供應(yīng)的關(guān)鍵［4-5］。偉晶巖型礦床和鹽湖鹵水礦床是鋰資源的主要賦存類型，但我國(guó)鹽湖鹵水礦床鋰資源開(kāi)發(fā)利用難度極大，短期內(nèi)還不能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化［6-11］，鋰礦石仍是提煉金屬鋰的主要來(lái)源。

近年，湖南仁里—傳梓源地區(qū)發(fā)現(xiàn)偉晶巖型鋰輝石礦床，探明Li2O品位1.30%～1.40%，礦石中含有大量石英、長(zhǎng)石和云母等非金屬礦物。加強(qiáng)對(duì)鋰輝石資源的勘查及合理開(kāi)發(fā)利用，是厘清國(guó)內(nèi)鋰資源分布、實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)鋰資源增長(zhǎng)的重要途徑。鋰輝石的選別方法主要有手選法、熱裂法、重懸浮液法、浮選法和聯(lián)合選礦法，其中浮選法是應(yīng)用最廣泛的選礦方法［12］，特別是正浮選，因流程簡(jiǎn)單、工藝成熟而被廣泛應(yīng)用［13-15］?，F(xiàn)有鋰輝石浮選工藝大部分采用傳統(tǒng)的“三堿兩皂”法，存在浮選藥劑用量大、浮選時(shí)間長(zhǎng)、鋰精礦Li2O品位與回收率偏低、選礦回水難以直接返回再用等缺點(diǎn)，因此，新型、高效的浮選藥劑及分選工藝的研究一直是鋰輝石礦石浮選研究的重點(diǎn)［16］。

為實(shí)現(xiàn)鋰輝石中鋰的高效回收，同時(shí)解決回水堿性過(guò)高的問(wèn)題，根據(jù)礦石性質(zhì)特點(diǎn)，經(jīng)選礦工藝及浮選藥劑制度的研究，確定采用中性組合調(diào)整劑ZT（碳酸鈉和木質(zhì)素磺酸鈣質(zhì)量比為5∶3）和組合捕收劑ZB處理礦石，解決了回水利用問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)該鋰輝石礦石中鋰的高效回收，為該礦床轉(zhuǎn)化成具經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)意義的礦山提供了依據(jù)。

1 原礦性質(zhì)、試驗(yàn)藥劑及設(shè)備

1.1 原礦性質(zhì)

本研究所采用的鋰輝石來(lái)自湖南仁里—傳梓源地區(qū)，屬于偉晶巖型鋰輝石。原礦化學(xué)多元素分析、XRD分析及礦物組成分析結(jié)果分別見(jiàn)表1、圖1和表2。

由表1可知，原礦主要有價(jià)成分Li2O含量為1.35%，主要脈石成分SiO2和Al2O3含量分別為75.50%、15.46%。

由圖1和表2可知，原礦中主要有用礦物鋰輝石含量為18.0%，主要脈石礦物石英和長(zhǎng)石的含量分別為54.9%、20.0%，其次為云母3.7%、綠泥石1.6%。

1.2 試驗(yàn)藥劑及設(shè)備

試驗(yàn)中用到的主要藥劑及主要設(shè)備分別見(jiàn)表3、表4。

2 研究方案的制定

試樣中含有綠泥石、角閃石、高嶺石等易于泥化礦物，磨礦時(shí)產(chǎn)生的礦泥會(huì)增加浮選階段藥劑的消耗，此外，礦泥的罩蓋作用還會(huì)降低捕收劑的選擇性，從而導(dǎo)致生產(chǎn)指標(biāo)不理想［17-19］。為此，對(duì)原礦進(jìn)行了脫泥、不脫泥工藝流程的對(duì)比試驗(yàn)。由于試樣中鐵主要以赤褐鐵礦的形式存在，為保證浮選鋰精礦Fe2O3含量不超標(biāo)（＜2.5%），同時(shí)確保后續(xù)綜合回收的非金屬礦（長(zhǎng)石、石英）產(chǎn)品鐵含量不超標(biāo)，對(duì)入浮前給礦（脫泥后原礦）進(jìn)行強(qiáng)磁選除鐵。

為實(shí)現(xiàn)鋰輝石中鋰的高效回收，浮選階段進(jìn)行了堿性調(diào)整劑與ZT的比選、組合捕收劑比選等試驗(yàn)。

基于以上討論，本研究采用脫泥—磁選—浮選原則工藝流程（圖2）進(jìn)行試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)

為確定適宜的磨礦細(xì)度，采用圖3所示的流程，固定脫泥粒度為-0.020 mm，磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為480 kA/m，考察磨礦細(xì)度對(duì)鋰粗精礦指標(biāo)的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

由表5可知，隨著磨礦細(xì)度的提高，鋰粗精礦Li2O品位先升高后降低，Li2O回收率逐漸升高；當(dāng)磨礦細(xì)度大于-0.074 mm 66.55%時(shí)，Li2O回收率的升高趨于平緩。綜合考慮，確定后續(xù)試驗(yàn)?zāi)サV細(xì)度為-0.074 mm占66.55%。

3.2 直接浮選與脫泥—磁選—浮選對(duì)比試驗(yàn)

經(jīng)脫泥和磁選條件試驗(yàn)，確定脫泥粒度為0.015 mm、磁場(chǎng)強(qiáng)度為640 kA/m，在此條件下，固定磨礦細(xì)度為-0.074 mm占66.55%，進(jìn)行直接浮選和脫泥—磁選—浮選對(duì)比試驗(yàn)，浮選階段藥劑制度與圖3一致，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

由表6可知，脫泥—磁選工藝提前脫除了一部分對(duì)浮選影響較大的礦泥、降低了入浮鐵品位，經(jīng)過(guò)1次粗選可獲得鋰粗精礦Li2O品位2.88%、Li2O回收率57.73%，指標(biāo)好于直接浮選工藝。

3.3 鋰輝石1次粗選條件試驗(yàn)

3.3.1 調(diào)整劑與礦漿的作用時(shí)間試驗(yàn)

在鋰輝石浮選過(guò)程中，加入捕收劑之前調(diào)整劑與礦漿的作用時(shí)間及強(qiáng)度對(duì)Li2O回收率有較大影響，增加攪拌擦洗時(shí)間能有效提高鋰輝石表面的純凈度，從而增強(qiáng)捕收劑對(duì)鋰輝石的捕收效果［7］。固定Na2CO3用量為1 000 g/t、NaOH用量為600 g/t、CaCl2用量為100 g/t、ZB用量為1 100 g/t，攪拌時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

由圖4可知，隨著調(diào)整劑與礦漿的作用時(shí)間的延長(zhǎng)，鋰粗精礦Li2O品位逐漸降低，Li2O回收率逐漸增加；當(dāng)作用時(shí)間超過(guò)20 min后，Li2O回收率的增加不明顯。綜合考慮，確定后續(xù)調(diào)整劑與礦漿的作用時(shí)間為20 min。

3.3.2 調(diào)整劑種類試驗(yàn)

ZT為改性木質(zhì)素磺酸鹽，研究表明，Na2CO3與木質(zhì)素磺酸鈣協(xié)同作用對(duì)礦漿有較好的分散作用，且能有效抑制長(zhǎng)石、石英等硅酸鹽類礦物［20-23］。為對(duì)比中性調(diào)整劑與傳統(tǒng)堿性調(diào)整劑的作用效果，固定作用時(shí)間為20 min、ZB用量為1 100 g/t，選擇中性調(diào)整劑ZT（1 440 g/t），堿性調(diào)整劑Na2CO3+NaOH（1 000+600 g/t）、Na2CO3+NaOH+CaCl2（1 000+600+100 g/t）和NaOH+CaCl2（1 000+100 g/t）進(jìn)行調(diào)整劑種類試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖5。

由圖5可知，堿性調(diào)整劑中，使用Na2CO3+NaOH組合獲得的鋰粗精礦Li2O品位最高，為3.16%；使用NaOH+CaCl2獲得的鋰粗精礦Li2O回收率最高，為67.23%。使用中性調(diào)整劑ZT可獲得Li2O品位3.60%、Li2O回收率83.79%的鋰粗精礦，指標(biāo)顯著好于傳統(tǒng)堿性調(diào)整劑。因此，后續(xù)試驗(yàn)選擇中性調(diào)整劑ZT。

3.3.3 ZT用量試驗(yàn)

固定調(diào)整劑與礦漿的作用時(shí)間為20 min、ZB用量為1 100 g/t，ZT用量試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖6。

由圖6可知，隨著ZT用量的增加，鋰粗精礦Li2O品位逐漸升高，Li2O回收率先略微降低后顯著降低。綜合考慮，確定后續(xù)試驗(yàn)ZT用量為1 760 g/t。

3.3.4 捕收劑種類試驗(yàn)

為考察不同捕收劑種類對(duì)鋰輝石浮選的影響，固定調(diào)整劑與礦漿的作用時(shí)間為20 min、ZT用量為1 760 g/t，選擇氧化石臘皂+油酸（2 000+300 g/t）、氧化石臘皂+十二烷基黃酸鈉（2 000+150 g/t）、ZB（1 100 g/t）、氧化石臘皂+環(huán)烷酸皂（2 000+150 g/t）和氧化石臘皂（3 000 g/t）進(jìn)行捕收劑種類試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖7（圖中OPS代表氧化石蠟皂，NaOL代表油酸，SDX代表十二烷基黃酸鈉，NS代表環(huán)烷酸皂）。

由圖7可知，使用氧化石臘皂+油酸獲得的鋰粗精礦Li2O回收率較高，但其選擇性較差；使用氧化石臘皂+環(huán)烷酸皂獲得的鋰粗精礦Li2O品位較高，但其捕收能力較弱；使用ZB獲得的鋰粗精礦Li2O品位、回收率均最高，分別為4.26%和83.59%。因此，確定后續(xù)試驗(yàn)選擇組合捕收劑ZB。

3.3.5 ZB用量試驗(yàn)

固定調(diào)整劑與礦漿的作用時(shí)間為20 min、ZT用量為1 760 g/t，ZB用量試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖8。

由圖8可知，隨著ZB用量的增加，鋰粗精礦Li2O品位呈先快后慢的降低趨勢(shì)，Li2O回收率先升高后維持在高位。綜合考慮，后續(xù)試驗(yàn)組合捕收劑ZB用量為1 300 g/t。

3.4 全流程試驗(yàn)

結(jié)合條件試驗(yàn)及開(kāi)路試驗(yàn)結(jié)果，確定采用脫泥—磁選—浮選聯(lián)合工藝處理該礦石，具體試驗(yàn)流程及藥劑制度見(jiàn)圖9，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

由表7可知，原礦經(jīng)脫泥—磁選—浮選聯(lián)合工藝處理，最終可獲得Li2O品位6.05%、Fe2O3品位0.83%、Li2O回收率79.77%的鋰精礦，產(chǎn)品達(dá)到化工級(jí)-1產(chǎn)品的品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)論

（1）湖南某偉晶巖型礦石中主要回收的有價(jià)成分為L(zhǎng)i2O，主要有用礦物為鋰輝石，主要脈石礦物為石英和長(zhǎng)石，其次為云母、綠泥石、角閃石、高嶺石和赤褐鐵礦。

（2）基于礦石特性，經(jīng)過(guò)一系列選礦試驗(yàn)研究，最終確定在磨礦細(xì)度為-0.074 mm占66.55%的條件下，采用脫泥—磁選—浮選的工藝流程，選取ZT為中性調(diào)整劑、ZB為組合捕收劑，浮選階段經(jīng)“1粗2精2掃”，最終獲得Li2O品位6.05%、Li2O回收率79.77%、Fe2O3含量0.83%的鋰精礦，該產(chǎn)品達(dá)到化工級(jí)-1產(chǎn)品的品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。