某石墨礦選礦工藝優(yōu)化研究與應用

張延軍

(北京東方燕京工程技術有限責任公司)

隨著現(xiàn)代科學技術和工業(yè)的發(fā)展，石墨的應用領域不斷拓寬，己成為高科技領域中新型復合材料的重要原料，在國民經(jīng)濟中具有重要的作用。為合理開發(fā)利用石墨礦產(chǎn)資源，解決企業(yè)生產(chǎn)存在的能耗高、技術指標低等一些列問題，對選廠生產(chǎn)進行了詳細的流程分析診斷，并結合北礦院提供的試驗研究報告及實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對其進行了全面的工藝優(yōu)化研究，以期提高選廠技術經(jīng)濟指標，提高資源利用效率，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益和社會效益，同時也為企業(yè)后續(xù)選廠300萬t/a擴建提供依據(jù)。

1 選礦廠現(xiàn)狀

某石墨礦企業(yè)目前擁有3個選礦廠，合計精礦產(chǎn)量約6萬t/a，原礦處理量約60萬t/a。選廠入選原礦品位13.5%，精礦品位95%，尾礦品位約2%，回收率約70%。選廠生產(chǎn)工藝流程為破碎—階段磨礦—階段浮選—脫水—干燥。

破碎系統(tǒng)原設計為3段開路破碎，選廠生產(chǎn)實際破碎流程為兩段開路破碎，破碎產(chǎn)品粒度較粗，達70～80 mm。磨礦浮選采用階段磨礦階段選別工藝，一段磨礦為球磨機和螺旋分級機組成閉路磨礦，產(chǎn)品粒度-0.15 mm約占60%～65%，后經(jīng)1粗1掃11精得到石墨精礦，其中每1次精選作業(yè)前先進行開路磨礦再進行精選。精礦脫水采用折帶式真空過濾機，濾餅含水約35%，并給入回轉窯干燥。

選廠存在的主要問題包括：①破碎作業(yè)產(chǎn)品粒度粗，磨礦能耗高；②磨礦次數(shù)多、濃度低、效率低，能耗高；③選礦回收率低；④精礦過濾濾餅水分高，干燥作業(yè)能耗高；⑤設備臺數(shù)多，效率低，裝備水平低，技術經(jīng)濟指標低。

2 礦石性質(zhì)

原礦主要化學成分分析結果見表1。

表1 原礦主要化學成分分析結果 %

某石墨礦礦物組成簡單，該礦石主要由石墨、石英、長石和絹云母等礦物組成。礦石中的金屬礦物數(shù)量很少，主要有黃鐵礦、磁黃鐵礦、磁鐵礦、褐鐵礦等礦物。石墨主要呈鱗片狀或者是片狀集合體嵌布在脈石礦物中，多數(shù)石墨定向分布在脈石礦物的裂隙中，對選礦十分有利；粗粒度的石墨片狀集合體中往往嵌布有細粒的脈石礦物及褐鐵礦，這將是影響精礦品位的主要因素。

3 選礦工藝優(yōu)化與研究

北京礦冶研究總院對該礦石進行了選礦試驗研究工作[1]。由于該礦為單一石墨礦，考慮到石墨礦具有良好的天然可浮性，而且石墨鱗片的大小影響石墨產(chǎn)品的質(zhì)量，所以在盡可能保護石墨鱗片尺寸的前提下，試驗采用非極性油類捕收劑在粗磨條件下得到石墨粗精礦，然后通過細磨精選獲得合格石墨產(chǎn)品。

為了避免過磨造成的降低石墨精礦鱗片的大片率，試驗確定了階段磨礦階段選別流程，其中磨礦包括1段粗磨、2段再磨，浮選為1次粗選7次精選2次掃選。試驗流程及藥劑制度見圖1，試驗結果見表2。

圖1 選礦試驗流程

實際生產(chǎn)原礦品位與試驗樣品品位有所差別，工藝優(yōu)化研究需要參照選礦廠目前生產(chǎn)實際情況，對試驗流程進行結構調(diào)整及優(yōu)化。

3.1 破碎篩分工藝優(yōu)化

根據(jù)石墨礦石硬度偏軟、易破碎的性質(zhì)，為保護大尺寸石墨鱗片，同時降低磨礦能耗，便于生產(chǎn)、操作及管理。設計碎礦工藝為兩段一閉路破碎[2]。設備選用進口反擊破碎機和圓錐破碎機，設計給礦粒度1 000～0 mm，產(chǎn)品粒度-15 mm。設計破碎工藝流程具有投資省、占地面積小、流程簡單、配置方便等優(yōu)點，對比選廠目前生產(chǎn)流程，可大幅減小入磨礦石粒度，減少磨礦能耗，降低選礦成本，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。設計破碎篩分工藝流程見圖2。

圖2 破碎篩分工藝流程

3.2 磨礦選別工藝優(yōu)化

3.2.1 石墨選礦的特點

石墨表面疏水性較好，因此對其富集采用非常有效的浮選選別工藝。當前石墨選礦采用常規(guī)磨礦浮選工藝流程，石墨精礦品位偏低，進一步提高難度很大，采用酸堿處理的化學法成本高，生產(chǎn)上不易實現(xiàn)。石墨選礦的精礦除要求品位和回收率高，還須保護石墨的鱗片，不同鱗片的市場價格相差很多，因此，在選礦過程中如何減少鱗片的破損，一直是石墨選礦中重要的技術問題。雖然石墨可浮性較好，選礦仍具有相當難度，一般采用多段再磨和多段選別的工藝流程，達到將石墨連生體中的石墨逐步選擇性地與脈石礦物分離的目的。

3.2.2 磨礦工藝設計

選礦試驗結果表明，采用階段磨礦階段選別工藝可以得到很好的工藝指標。對試驗結果和現(xiàn)場生產(chǎn)實際情況分析研究，認為多次精選是很有必要的，但磨礦次數(shù)不宜過多?？紤]到日后生產(chǎn)便于管理操作、盡量減少作業(yè)環(huán)節(jié)，提高選別作業(yè)質(zhì)量及節(jié)能降耗等，優(yōu)化后的選別工藝為5磨10選流程。設計一段粗磨采用低轉速和低充填率的長筒溢流型磨機和螺旋分級機組成閉路磨礦，可避免大鱗片受到破壞，又能保證合適的磨礦細度，設計粗磨磨礦細度為-0.15 mm 60%。二段磨礦采用球磨機和螺旋分級機組成的閉路磨礦流程，防止已滿足粒度要求且已單體解離的石墨鱗片再次進入磨機，可有效減少對大鱗片的破壞，同時選用鋼鍛代替鋼球作為磨礦介質(zhì)，同樣可減少對大鱗片的破壞。

二段磨礦后經(jīng)2次精選，石墨粗精礦品位達70%以上。根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)情況，當石墨精礦品位達70%以上時，粗精礦很難分級和濃縮，因此3段及以后再磨作業(yè)無法選用閉路磨礦流程。由于粗精礦中石墨比重較輕，不易沉降濃縮，所以導致再磨濃度較低，因此選擇合適的再磨設備是保證選別指標和磨礦指標的關鍵。目前，國內(nèi)石墨精礦再磨設備主要有長筒形球磨機、振動磨機、塔(立)磨機、立式螺旋攪拌磨機[3]，4種磨機指標對比結果見表3。

表3 4種磨機石墨再磨精礦指標對比

結合表3和企業(yè)實際生產(chǎn)使用情況，3～5次磨礦選用立式螺旋攪拌磨機開路磨礦，該磨機剝磨能力高于普通磨機幾十倍，且不存在撞擊力，磨機筒體直立，不轉動，通過主軸旋轉，使磨礦介質(zhì)和石墨既作軸向運動，又作徑向運動，因速差關系，互相作旋轉型摩擦，形成磨削力，將石墨與脈石等剝離，因而對石墨鱗片起到良好的保護作用，同時可以滿足較低磨礦濃度的需要。

3.2.3 浮選工藝設計

石墨選礦采用多段磨礦多段選別流程，因此中礦返回次數(shù)多、性質(zhì)差異大。中礦返回地點的選擇，直接關系著流程結構的合理性。該設計根據(jù)浮選中礦的品位和流程結構集中返回，不依次返回，流程結構相對簡單，有利于提高最終選別指標，同時減少泵的使用，降低能耗，及對石墨鱗片的機械破損。

石墨浮選過程中泡沫量大，因此泡沫產(chǎn)品能否及時排出將影響選別指標，選廠擴建規(guī)模為300萬t/a，若選用小型浮選機，雖然能解決及時排礦的問題，但設備數(shù)量眾多，不利于生產(chǎn)操作管理，因此設計選用50 m3大型圓形浮選機[3]。選礦設計工藝流程見圖3，選礦設計指標見表4。

表4 選礦設計指標 %

3.3 三選廠工藝應用效果

圖3 選礦設計工藝流程

為驗證工藝優(yōu)化研究的效果和300萬t/a選廠擴建的預期指標，對該石墨礦三選廠進行了工藝優(yōu)化改造：破碎系統(tǒng)改造為兩段一閉路破碎，分別選用反擊式破碎機、圓錐破碎機和圓振篩；磨浮系統(tǒng)由原來的9磨11選改為5磨10選，并選用立式螺旋攪拌磨作為再磨設備。改造后浮選精礦品位達到95.50%，回收率為85.00%～87.00%，生產(chǎn)指標達到合格要求，同時產(chǎn)品大片率有所增加，工藝優(yōu)化達到預期成果，同時后續(xù)300萬t/a規(guī)模的擴建也已具備工業(yè)實踐條件。

4 結 論

(1)某石墨礦通過工藝優(yōu)化最終確定選礦工藝流程為階段磨礦階段選別流程，其中破碎篩分流程為兩段一閉路工藝，磨礦選別為5次磨礦10次選別工藝。

(2)優(yōu)化后工藝流程特點：①采用兩段一閉路破碎流程，最終產(chǎn)品粒度-15 mm,具有投資省，占地少，流程簡單，配置方便等優(yōu)點；②階段磨礦階段選別工藝可有效防止石墨鱗片的破壞，減少再磨機負荷，降低磨礦能耗；③磨礦工藝為1次粗磨、4次再磨流程，其中3段再磨設備選用立式攪拌磨機，既減少了磨礦作業(yè)段數(shù)，有效保護鱗片大小，又可提高各段磨礦效率，簡化流程結構，降低能耗；④浮選中礦根據(jù)品位和流程結構集中返回，不依次返回，流程結構相對簡單，有利于提高最終選別指標，同時減少了泵的使用，降低了能耗。

(3)三選廠優(yōu)化后工藝技術指標表明產(chǎn)品品位及回收率等生產(chǎn)指標達到要求，同時產(chǎn)品大片率有所增加，工藝優(yōu)化研究及應用成果顯著，可為選廠300萬t/a的擴建提供堅實的依據(jù)。