新疆某微細(xì)粒難選石墨礦選別試驗(yàn)研究

張成強(qiáng)，張紅新，王守敬，黃俊瑋（中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，河南 鄭州　450006）

新疆某微細(xì)粒難選石墨礦選別試驗(yàn)研究

張成強(qiáng)，張紅新，王守敬，黃俊瑋
（中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，河南 鄭州450006）

針對(duì)新疆某石墨礦進(jìn)行了工藝礦物學(xué)及浮選試驗(yàn)研究。工藝礦物學(xué)研究結(jié)果表明，該礦為微細(xì)粒嵌布晶質(zhì)石墨和隱晶質(zhì)石墨混合礦；粘土礦物含量高和石墨嵌布粒度極細(xì)的特點(diǎn)給選礦帶來一定的困難。在礦石性質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，對(duì)該難選石墨礦進(jìn)行了浮選工藝研究，在確定最佳粗選條件的基礎(chǔ)上，采用3段再磨7次精選工藝進(jìn)行閉路試驗(yàn)，最終使石墨固定碳含量從21.34%提高到80.41%，回收率65.41%，為該礦的開發(fā)利用提供了可行性技術(shù)方案。

微細(xì)粒；石墨；多段磨礦；多段精選

1　前言

石墨作為我國的優(yōu)勢非金屬礦資源已有多年的開采、選別和應(yīng)用歷史，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸擴(kuò)大。近些年，石墨的許多新用途也逐步被開發(fā)，如鋰電池天然石墨負(fù)極材料、柔性石墨產(chǎn)品、膨脹石墨環(huán)保材料、石墨烯等。如今石墨已被國內(nèi)外視為重要的工業(yè)礦物原料之一，在各行各業(yè)中發(fā)揮著重要作用，市場的需求量逐年增加[1]。

根據(jù)石墨的結(jié)晶形態(tài)不同，工業(yè)上將其分成兩類，即晶質(zhì)石墨和隱晶質(zhì)石墨[2]，不同的石墨礦種具有不同的選礦方法。由于石墨的可浮性較好，一般采用浮選法進(jìn)行分選提純，流程結(jié)構(gòu)通常采用階段磨礦、階段選別工藝流程[3-4]。關(guān)于晶質(zhì)石墨的選別[5-8]，由于其鱗片比較大，重點(diǎn)圍繞如何保護(hù)大鱗片研發(fā)了一批新工藝、新裝備，如預(yù)先選別(快速浮選)工藝、分級(jí)浮選工藝、專用細(xì)磨設(shè)備等，取得了較好的選別效果。關(guān)于隱晶質(zhì)石墨的選礦，由于其嵌布粒度細(xì)，這種石墨的晶體直徑一般＜1μm，是一種微晶集合體，可浮性較差，浮選相對(duì)較為困難，難以得到高品位的石墨精礦[9-10]。

新疆某地區(qū)石墨礦為含晶質(zhì)和隱晶質(zhì)混合礦，固定碳含量為21.34%，品位較低，且石墨嵌布粒度細(xì)，70%的石墨粒度＜0.02mm，充分單體解離非常困難。

本研究根據(jù)該礦石特點(diǎn)，選礦試驗(yàn)采用多段磨礦、多次選別的工藝流程，實(shí)驗(yàn)室小型試驗(yàn)最終得到精礦產(chǎn)率16.96%、固定碳品位80.41%、固定碳回收率65.41%的選別技術(shù)指標(biāo)。本試驗(yàn)研究結(jié)果可作為該礦可選性技術(shù)評(píng)價(jià)依據(jù)。

2　礦石性質(zhì)

2.1礦石的礦物組成與化學(xué)成分

該礦中有用礦物為石墨(15%～16%)，脈石礦物主要有石英(25%～30%)、伊利石(35%～40%)、高嶺石(10%～12%)、斜長石(2%～3%)、碳質(zhì)(5%)、并有少量方解石、黃鐵礦、黃銅礦等。原礦嵌布粒度較細(xì)、石墨碎裂較強(qiáng)，裂隙中被絹云母、石英、方解石等脈石礦物充填，單體解離粒度較細(xì)，給選礦帶來一定困難。原礦樣品化學(xué)多項(xiàng)分析結(jié)果見表1。

表1　原礦化學(xué)多項(xiàng)分析結(jié)果(%)

2.2主要礦物的嵌布特征

(1) 石墨。

多為鱗片狀，與脈石礦物嵌布關(guān)系極為復(fù)雜，部分呈細(xì)小星散分布在脈石礦物中，主要嵌布在石英、粘土礦物等脈石礦物粒間，細(xì)粒石墨呈浸染狀分布在脈石中，少量石墨被包裹在脈石礦物中。石墨呈條帶狀、帶狀、細(xì)線狀分布在脈石礦物粒間，條帶延伸方向與巖石的片理方向一致。石墨為微細(xì)粒嵌布的晶質(zhì)石墨和隱晶質(zhì)石墨的混合體，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這種結(jié)構(gòu)決定石墨單體解離較為困難，石墨的粒度主要集中在0.002～0.01mm之間。

(2) 脈石礦物。

粘土礦物：主要是伊利石，其次是高嶺石，多呈透鏡狀集合體的形式，結(jié)晶微細(xì)，粘土礦物的含量約占50%，易造成礦石泥化，對(duì)選礦作業(yè)造成不利。

石英：在礦石中含量僅次于粘土礦物，結(jié)晶顆粒較細(xì)，與石墨緊密共生，一般是與石墨互層或者相互包裹。

2.3影響石墨選礦的工藝礦物學(xué)因素分析

(1) 粗粒的石墨由于受后期構(gòu)造作用，石墨碎裂較強(qiáng)，裂隙中被石英、方解石等脈石礦物充填，這增加了石墨選礦的難度，而且大部分的鱗片狀石墨包裹大量細(xì)小的脈石礦物，包體的粒度在0.002～0.01mm之間。

(2) 篩狀結(jié)構(gòu)(蜂窩狀結(jié)構(gòu))的石墨脈石包體的粒度在0.002～0.01mm之間，其中脈石約占整個(gè)石墨—脈石礦物集合體的30%～50%，這種結(jié)構(gòu)的石墨單體解離較為困難。

(3) 不規(guī)則狀、浸染狀的石墨約占石墨總量的20%～30%，這種石墨由于嵌布粒度較細(xì)，多在0.01mm以下，只有細(xì)磨才能單體解離。

(4) 還有部分石墨呈細(xì)小包裹體存在于脈石礦物中，這部分石墨也不易單體解離，難以利用。

(5) 呈揉皺狀的石墨片間夾有脈石礦物夾層，夾層厚度在0.002～0.01mm之間，所以夾層中的脈石礦物和石墨鱗片分離較難，將會(huì)影響石墨精礦品位。

總之，該石墨礦礦物成分比較簡單，但是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，屬于難選礦石。

3　選礦試驗(yàn)

該石墨礦石結(jié)晶粒度細(xì)小，結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜，單體解離較困難，根據(jù)石墨礦選礦一般的選礦工藝流程和該石墨礦工藝礦物學(xué)研究結(jié)果，本試驗(yàn)浮選工藝采用多段磨礦、多次選別的工藝流程來選別該石墨礦。

3.1原礦粒度篩析試驗(yàn)

主要考察該礦中石墨礦物是否存在選擇性破碎現(xiàn)象，-2mm原礦粒度篩析結(jié)果見表2。

表2　-2mm原礦粒度篩析結(jié)果

從表2可以看出，固定碳在各個(gè)粒級(jí)中的品位基本變化不大，無選擇性破碎現(xiàn)象，不能通過簡單的篩分方式將其得到富集，這主要與石墨的嵌布粒度較細(xì)有關(guān)。

3.2粗選試驗(yàn)研究

粗選試驗(yàn)重點(diǎn)考察磨礦細(xì)度、藥劑制度、浮選濃度、浮選時(shí)間等條件對(duì)選別的影響，確定最佳的粗選工藝，粗選工藝流程見圖1。

圖1　粗選工藝流程

3.2.1粗選磨礦細(xì)度試驗(yàn)

在水玻璃用量500g/t、煤油用量420g/t、2號(hào)油用量80g/t、浮選濃度為25%、浮選時(shí)間為10min的條件下，考察了不同磨礦細(xì)度對(duì)選別效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2　粗選磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果

從圖2可以看出，隨著磨礦細(xì)度的增加，精礦回收率基本呈直線型下降，而精礦品位先增加后降低，磨礦細(xì)度為-74μm含量占75%時(shí)精礦品位較高，但固定碳回收率較低，這主要是因?yàn)槟サ锰?xì)，礦泥會(huì)消耗大量的藥劑；另從浮選現(xiàn)象上看，磨礦細(xì)度過細(xì)，泡沫兼并較快，難以形成穩(wěn)定的泡沫層。綜合考慮精礦品位和回收率，確定粗選磨礦細(xì)度為-74μm含量占65%較為適宜。

3.2.2抑制劑水玻璃用量試驗(yàn)

在磨礦細(xì)度為-74μm占65%、煤油用量420g/t、2號(hào)油用量80g/t、浮選濃度為25%、浮選時(shí)間為10min的條件下，考察了不同抑制劑用量對(duì)選別效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3　抑制劑水玻璃用量試驗(yàn)結(jié)果

由圖3結(jié)果可知，隨著抑制劑水玻璃用量的增加，精礦品位逐漸提高，但回收率基本呈減小趨勢。分析其原因，可能是抑制劑水玻璃用量大時(shí)，石墨富連生體被強(qiáng)烈抑制，使其回收率下降；但同時(shí)水玻璃對(duì)礦漿中的細(xì)泥起到了分散作用，對(duì)石墨精礦品位提高作用較大。因此，適當(dāng)?shù)乃Ａв昧靠墒垢∵x得到較好的選別指標(biāo)。當(dāng)水玻璃用量為500g/t時(shí)，綜合效果較好，因此確定水玻璃用量為500g/t。

3.2.3捕收劑煤油用量試驗(yàn)

在水玻璃用量500g/t、磨礦細(xì)度為-74μm占65%、2號(hào)油用量80g/t、浮選濃度為25%、浮選時(shí)間為10min的條件下，考察了不同煤油用量對(duì)選別效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4　捕收劑煤油用量試驗(yàn)結(jié)果

從圖4的結(jié)果可以看出，隨著捕收劑煤油用量的增加，精礦品位基本呈下降趨勢，回收率卻逐漸升高。當(dāng)用量為420g/t 時(shí)，回收率達(dá)75%左右，再提高煤油用量回收率增加不太明顯，但精礦品位下降嚴(yán)重，這主要是因?yàn)椴糠重氝B生體也被選別出來。綜合考慮精礦品位和回收率，捕收劑用量為420g/t較適宜。

3.2.4起泡劑2號(hào)油用量試驗(yàn)

在水玻璃用量500g/t、磨礦細(xì)度為-74μm占65%、煤油用量420g/t、浮選濃度為25%、浮選時(shí)間為10min的條件下，考察了不同2號(hào)油用量對(duì)選別效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖5 起泡劑2號(hào)油用量試驗(yàn)結(jié)果

圖5的試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著起泡劑2號(hào)油用量的增加，精礦品位逐漸降低，但回收率逐漸增大。主要因?yàn)椋S著2號(hào)油用量的增大，泡沫量增加，增大了石墨的上浮概率，使回收率增高。但同時(shí)泡沫層的增厚也增加了脈石礦物的夾雜，影響了精礦品位。在2號(hào)油用量為80g/t時(shí)，精礦固定碳含量為31.5%，回收率為79%，繼續(xù)增加2號(hào)油用量，精礦品位下降明顯，而回收率變化幅度不大，因此2號(hào)油用量80g/t為宜。

3.2.5粗選浮選濃度試驗(yàn)

在水玻璃用量500g/t、磨礦細(xì)度為-74μm占65%、煤油用量420g/t、2號(hào)油用量80g/t、浮選時(shí)間為10min的條件下，考察了不同浮選濃度對(duì)選別效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖6。

圖6　粗選浮選濃度對(duì)石墨浮選的影響

圖6試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著浮選濃度的增加，精礦品位變化不大，但精礦回收率降低幅度較大，綜合考慮，選擇浮選濃度為20%～25%之間較為合適。

3.2.6粗選浮選時(shí)間試驗(yàn)

在水玻璃用量500g/t、磨礦細(xì)度為-74μm占65%、煤油用量420g/t、2號(hào)油用量80g/t、浮選濃度為25%的條件下，考察了不同浮選時(shí)間對(duì)選別效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖7。

圖7　粗選浮選時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果

從圖7結(jié)果可以看出，隨著浮選時(shí)間的增加，精礦回收率逐漸增加，精礦品位卻逐漸下降。在刮泡2～10min內(nèi)，精礦回收率增加幅度較大，精礦品位下降明顯，再增加浮選時(shí)間，精礦品位和回收率變化幅度不大。綜合考慮石墨精礦回收率和品位兩個(gè)指標(biāo)，確定浮選時(shí)間為10min。

3.3開路流程試驗(yàn)

3.3.1 開路工藝流程的確定

石墨選礦工藝流程的確定是選擇出合適的再磨段數(shù)和精選次數(shù)，為此進(jìn)行了不同再磨段數(shù)和精選次數(shù)工藝流程對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下。

試驗(yàn)條件：①粗選條件：水玻璃用量500g/t、細(xì)度為-74μm占65%、煤油用量420g/t、2號(hào)油用量80g/t、浮選濃度為25%的條件下，浮選時(shí)間10min。②其他：一段磨礦細(xì)度-0.01mm占58%，二段再磨細(xì)度0.01mm占65%，三段再磨細(xì)度0.01mm占75%。

工藝流程結(jié)構(gòu)：

(1) 一段粗磨，一次粗選，粗精礦一段剝片再磨再選，精選2精礦二段剝片再磨再選，再4次精選。得到選別指標(biāo)：精礦產(chǎn)率7.23%，固定碳品位79.06%，固定碳回收率27.35%。

(2) 一段粗磨，一次粗選，粗精礦一段剝片再磨再選，精選2精礦二段剝片再磨再選，再5次精選。得到選別指標(biāo)：精礦產(chǎn)率6.82%，固定碳品位79.54%，固定碳回收率25.96%。

(3) 一段粗磨，一次粗選，粗精礦一段剝片再磨再選，精選2精礦二段剝片再磨再選，精選3精礦三段剝片再磨再選，再4次精選。得到選別指標(biāo)：精礦產(chǎn)率5.46%，固定碳品位84.12%，固定碳回收率21.98%。

(4) 一段粗磨，一次粗選，粗精礦精選，精選1精礦一段剝片再磨再選，精選2精礦二段再磨再選，精選3精礦三段再磨再選，再3次精選。得到選別指標(biāo)：精礦產(chǎn)率7.22%，固定碳品位80.25%，固定碳回收率27.72%。

(5) 一段粗磨，一次粗選，粗精礦精選，精選1精礦一段剝片再磨再選，精選2精礦二段再磨再選，精選3精礦三段再磨再選，再4次精選。得到選別指標(biāo)：精礦產(chǎn)率6.63%，固定碳品位85.40%，固定碳回收率25.77%。

從分析結(jié)果可以看出，采用一段粗磨、一次粗選、粗精礦精選、精選1精礦一段剝片再磨再選、精選2精礦二段再磨再選、精選3精礦三段再磨再選、再4次精選工藝流程，最終可得到精礦產(chǎn)率6.63%，固定碳品位85.40%，固定碳回收率25.77%的技術(shù)指標(biāo)。綜合考慮得出，此流程較好。

3.3.2開路工藝流程

通過粗選條件試驗(yàn)及多種開路流程的考察，確定了最終開路流程結(jié)構(gòu)及試驗(yàn)條件如圖8所示，開路試驗(yàn)結(jié)果見表3。

開路試驗(yàn)結(jié)果表明，原礦經(jīng)過一段粗磨，三次再磨，七次精選后獲得了固定碳含量85.40%，回收率25.77%的選別指標(biāo)。

3.4閉路試驗(yàn)研究

在開路流程試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合中間產(chǎn)品的工藝礦物學(xué)研究，進(jìn)行了閉路流程試驗(yàn)，試驗(yàn)流程如圖9所示，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

圖8　最終開路試驗(yàn)工藝流程

表3　最終開路試驗(yàn)結(jié)果

圖9　最終閉路試驗(yàn)工藝流程

表4　最終閉路試驗(yàn)結(jié)果

在開路流程試驗(yàn)中，通過巖礦鑒定發(fā)現(xiàn)中礦1和掃選精礦以連生體為主，剝片再磨的中礦2、3、4解離度較高，中礦5、6、7品位較高，但仍有部分連生體。因此，采用中礦1和掃選精礦兩者合并再磨后返回粗選作業(yè)，中礦2、3、4三者合并后返回粗選，中礦5、6、7返回一段剝片再磨進(jìn)行閉路流程試驗(yàn)。

4　結(jié)語

(1) 該石墨礦原礦嵌布粒度細(xì)、結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜、石墨碎裂較強(qiáng)，裂隙中被石英、方解石

等脈石礦物充填，篩狀結(jié)構(gòu)(蜂窩狀結(jié)構(gòu))、不規(guī)則結(jié)構(gòu)、浸染狀的石墨脈石包體的粒度多在0.002～0.01mm之間，這種結(jié)構(gòu)的石墨單體解離較為困難，致使最終精礦指標(biāo)難以達(dá)到較高值。

(2) 根據(jù)該礦石特點(diǎn)選礦試驗(yàn)采用多段磨礦、多次選別的工藝流程，再磨試驗(yàn)設(shè)備采用適合層狀礦物磨礦的剝片磨礦機(jī)。實(shí)驗(yàn)室小型試驗(yàn)最終精礦產(chǎn)率16.96%，精礦固定碳品位80.41%，回收率65.41%。

(3) 該試驗(yàn)最終結(jié)果表明，該礦具有一定可選性，可作為該礦可選性技術(shù)評(píng)價(jià)依據(jù)。

[1]柳溪,高惠民,管俊芳.石墨選礦技術(shù)現(xiàn)狀與趨勢[J].高科技與產(chǎn)業(yè)化,2014(2):68-73.

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[4]王韓生.石墨選礦現(xiàn)狀[J].礦產(chǎn)保護(hù)與利用,1992(4):32-36.

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Experimental Research on Beneficiation of Refractory Fine Graphite From Xinjiang

ZHANG Cheng-qiang, ZHANG Hong-xin, WANG Shou-jing, HUANG Jun-wei
(Zhengzhou Institute of Multipurpose Utilization of Mineral Resources, CAGS, Zhengzhou, 450006, China)

Study on the mineralogy and the flotation technology of graphite ore of Xinjiang area is described in the main. The results of process mineralogy study indicate that the ore is a fine-dissemination mixture ore containing crystalline graphite and aphanitic graphite; it is difficult to float for this ore because of the characteristics of high content of clay minerals and fine-grained dissemination of graphite. Based on the research of ore properties, a beneficiation test of refractory graphite was studied, on the basis of the best roughing conditions, an closed trial was conducted by three-stage-grinding and seven-times-cleaning, and eventually fixed carbon content of the graphite increased from 21.34% to 80.41% and the recovery rate of graphite was 65.41%, providing a feasible technological scheme for the development and exploitation of this graphite ore.

extremely-fine particle; graphite; multi-stage grinding; multi-stage cleaning separation

TD92；TD875.2

A

1007-9386(2016)03-0026-05

2016-01-05