石墨選礦工藝研究

黃一林 張凌燕

摘要：石墨分為晶質(zhì)石墨、隱晶質(zhì)石墨兩種，根據(jù)工業(yè)角度將石墨礦床分為五類。石墨常用選礦方法有浮選、電選、重選，并對(duì)石墨的提純與中礦處理方式展開了相應(yīng)的探討。

關(guān)鍵詞：石墨；選礦方法；中礦處理；化學(xué)提純

引言

石墨具有層狀結(jié)構(gòu)，同一層的原子間鍵能大于不同層面原子鍵能，所以石墨容易斷裂和壓縮。石墨的特殊結(jié)構(gòu)使其具有耐高溫、強(qiáng)導(dǎo)電和導(dǎo)熱的性能，而且具有穩(wěn)定的化學(xué)和物理性質(zhì)，使其在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域都應(yīng)用很廣，比如冶金、機(jī)械、紡織和國防等。新型石墨材料隨著高新技術(shù)的發(fā)展和需求不斷涌現(xiàn)，有石墨烯、氟化石墨、膨脹石墨和納米石墨等。

1石墨礦石的類型

1.1晶質(zhì)石墨礦石

對(duì)于晶質(zhì)石墨來說，其主要包含兩種類型，分別為致密結(jié)晶狀石墨礦石和鱗片石墨礦石。致密結(jié)晶狀石墨礦石也稱為塊狀石墨礦石，礦石中包含很多的致密結(jié)晶石墨和長石、石英、云母、綠泥石等礦物。這類礦石具有較為明顯的結(jié)晶，粒度通常大于0.1毫米，肉眼能夠看到，且晶體排列呈現(xiàn)無序的狀態(tài)，呈現(xiàn)致密結(jié)晶狀結(jié)構(gòu)。這種礦石的主要特點(diǎn)是品位比較高，含碳量一般在60%與65%之間，最高能夠達(dá)到80%-90%以上，但是它的浮選、潤滑、塑性效果比較差，比鱗片石墨低。斯里蘭卡含有這種類型礦石最多，其它地區(qū)比較少。鱗片石墨礦石通常含有的礦物為鱗片狀石墨、透輝石、石英、長石和云母等。石墨形狀有鱗片和葉片兩種，而且有大、細(xì)鱗片之分。鱗片石墨在南野、興和和柳毛等地分布較廣。該類礦石石墨品位較低，一般為3%-5%或10%-25%，但天然可浮性好，相對(duì)于自然中的其它礦石可選性較好，技術(shù)性能較其他類型的石墨都好。

1.2隱晶質(zhì)石墨礦石

隱晶質(zhì)石墨又叫做土狀石墨，石墨晶體直徑一般小于lum，是微晶的集合體，只有在高倍數(shù)的電子顯微鏡才可以看清晶體的形態(tài)。一般來說，礦石的固定碳含量比較高，一般為60%-80%，但可浮性與潤滑性較不太好，表面光澤性差，一般為土狀。該類礦石礦物組成為隱晶質(zhì)石墨、黃鐵礦、絹云母、石英、粘土等。礦石經(jīng)過初步富集后將精礦和尾礦作為不同產(chǎn)品出售。這類礦石在石墨礦床中的比例很大，世界上一半的產(chǎn)量均來自該類礦石。湖南和吉林是我國隱晶質(zhì)石墨的兩個(gè)產(chǎn)地。

2石墨礦床類型

一般來說，石墨礦床的形成應(yīng)滿足如下三點(diǎn)要求：第一，碳元素富集；第二，高溫、高壓；第三，還原條件。外界的條件可以促使碳更加富集，但是如果溫度與壓力無法達(dá)到相應(yīng)的要求，并且還處在氧化環(huán)境下，就無法使碳晶體形成石墨。一般來說，石墨的比重和硬度比較小，無法形成有利用意義的砂礦，因此沒有石墨次生礦床的存在，只有內(nèi)生和變質(zhì)兩種形式。變質(zhì)礦產(chǎn)在所有發(fā)現(xiàn)的石墨礦床種類中其影響力是最大的。從工業(yè)角度來講，石墨礦床主要可以分為五種類型，分別為：第一，結(jié)晶片巖中的似層狀石墨礦床；第二，變質(zhì)煤層中的石墨礦床；第三，霞石正長巖中的石墨礦床；第四，矽卡巖中的石墨礦床；第五，結(jié)晶片巖中的脈狀石墨礦床。從開發(fā)利用的工業(yè)意義上來看，前兩種類型為主。

3.石墨的選礦方法

一般來說，石墨選礦的方法主要有三種，分別為浮選、重選與點(diǎn)選等，其中使用范圍比較廣的方法為浮選，這主要是因?yàn)槭哂泻芎玫奶烊豢筛⌒?，只需添加適量的捕收劑就能夠獲取到較高品位的精礦。常規(guī)的選礦方法一般品位最高只能達(dá)97%。若要獲得高純石墨需要用到高溫堿熔酸浸法，酸浸，氯化焙燒等提純方法。

3.1浮選

石墨具有較好的天然疏水性，一般采取浮選的方法來對(duì)其進(jìn)行分選。一般來說，浮選捕收劑通常使用非極性烴類油，如煤油、柴油、重油等，而起泡劑通常使用二號(hào)油或者四號(hào)油。在部分國家還使用了部分較為新型的捕收劑，如酚類、磺酸醋、硫酸醋或者硝酸醋，或者將幾種藥劑混合使用。隱晶質(zhì)石墨的可選效果比較差，通過浮選無法使品味提升，但是它的原礦固定碳含量高，一般采用浮選獲得的精礦和尾礦作為不同級(jí)別的產(chǎn)品出售。石墨礦石中硅酸鹽礦物含量較高，在浮選時(shí)可使用水玻璃、淀粉和纖維素等抑制劑進(jìn)行抑制。若黃鐵礦含量高，可以加生石灰調(diào)節(jié)pH值進(jìn)行抑制。

3.2電選

一般來說，石墨的導(dǎo)電性比脈石礦物好，如石英、云母、長石、黃鐵礦等，通過對(duì)石墨這一特點(diǎn)的應(yīng)用，能夠極其容易的把石墨與其它礦物分離開來。目前這種方法應(yīng)用較少，因其生產(chǎn)能力小，效率低，效果不如浮選。

3.3重選

重選主要是依據(jù)石墨與脈石礦物密度差異，通過對(duì)物理方法的運(yùn)用，使其相互分離開來。根據(jù)比重的不同，石墨礦石可以分為如下幾種：第一，重礦物。比重>3.32，有黃鐵礦、褐鐵礦、磁黃鐵礦、金紅石、錯(cuò)石英、白鎢礦等；第二，中等比重礦物。比重介于2.9和3.32之間，有透輝石和透閃石等；第三，輕礦物。比重<2.9，有石英、云母、長石、方解石、綠泥石等，石墨比重為2.2-2.3。通過對(duì)石墨與脈石礦物之間比重不同的利用，可以進(jìn)行重選，以獲得石墨的粗精礦。一般來說，石墨重選為濕式重選，設(shè)備是搖床。目前國內(nèi)外單獨(dú)使用重選方法選礦還不是很多，通常采用重選和浮選聯(lián)合流程，也就是經(jīng)過粗選得到粗精礦后，再采用浮選獲得精礦。

4.石墨的提純

石墨在進(jìn)行深加工時(shí)，對(duì)其的品味要求比較高，一般要求石墨品位大于99%。一般來說，用常規(guī)的選礦方式是無法實(shí)現(xiàn)的，這就需要對(duì)石墨精礦進(jìn)行提純?，F(xiàn)階段，提純的方式主要包含兩種，分別為：第一，化學(xué)提純。這種提純方式主要是通過對(duì)堿與石墨精礦的使用，將兩者按照一定的比例混合在一起，形成可溶于水的化合物，在85℃下進(jìn)行，反應(yīng)有：

當(dāng)反應(yīng)完成后，要用水對(duì)其進(jìn)行清洗，并要在水中放入硅酸鈉，Na3Al03和NaFeO2在弱堿性介質(zhì)中水解，形成高度分散的Al（OH）3和Fe（OH）3沉淀物。為了對(duì)這些沉淀物進(jìn)行處理，就可以使用高能度的酸來進(jìn)行，以避免出現(xiàn)化合的現(xiàn)象，之后用水進(jìn)行清洗，就能夠獲得純度比較高的石墨。

5.石墨中礦處理方式

首先，中礦單獨(dú)處理。這種處理方式主要是把全部中礦合并在一起進(jìn)行再磨再選或直接再選。在實(shí)際選礦的過程中，對(duì)于不同的礦石來說，其所產(chǎn)生的中礦性質(zhì)也不一樣，同時(shí)也會(huì)使用不同的流程，因此單一的采用一種中礦返回方式比較少，通常是把多種方式結(jié)合在一起來對(duì)中礦進(jìn)行處理；其次，中礦集中返回。這種處理方式為指的是把全部中礦集中在一起返回到適宜的點(diǎn)，主要包括兩種方式，分別為一段、兩段和多段集中返回的方式。這種方式可以大大簡化整個(gè)流程，但是合并之后的中礦量大而且性質(zhì)差異大，返回之后會(huì)使浮選穩(wěn)定性下降，影響精礦的指標(biāo)。中礦循序返回是按順序逐一返回上級(jí)，包括了一般循序返回和隔段循序返回。

6.結(jié)論

由于不同石墨礦石的原礦品位、脈石礦物差別很大，好的石墨礦床越來越少，對(duì)精礦產(chǎn)品的要求也日益提高，需要針對(duì)性的改進(jìn)石墨選礦工藝，獲得良好的選礦指標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 謝剛，李曉陽，臧健，閻江峰，等. 高純石墨制備現(xiàn)狀及發(fā)展[J]. 云南冶金，2011.2，40（1）：48-50.

[2] 袁運(yùn)波. 石墨再磨條件及鱗片碎裂機(jī)理研究[J]. 江西冶金，2000.8，20（4）：16-18.

[3] 湖北建工學(xué)院石墨課組. 石墨第一講石墨的性質(zhì)和用途[J]. 非金屬礦，1974，（1）：32-34.