典型偉晶巖鋰礦石選別性能及價值分析

杜玉艷 張俊杰 李仕亮 馬洪志

(礦冶科技集團有限公司，北京 100160)

鋰是自然界中最輕的金屬，電池行業(yè)已經(jīng)成為鋰最大的消費領(lǐng)域。玻璃和陶瓷行業(yè)是鋰的第二大消費領(lǐng)域。

全球的鋰資源分布不均，主要分布在智利、中國、阿根廷、澳大利亞、葡萄牙、巴西、美國、津巴布韋等國[1]。鋰礦資源可分為鹵水鋰和礦石鋰兩種類型，主要賦存于鹽湖鹵水和花崗偉晶巖礦床中。其中，鹽湖鹵水鋰占世界鋰儲量的66%和儲量基礎(chǔ)的80%以上，其他為礦石鋰[2]。

本文以位于非洲的某典型花崗偉晶巖型鋰礦石為研究對象，在對其化學成分、礦物組成和主要礦物解離度等特點分析的基礎(chǔ)上，深入分析該礦石的可選別性能，并確定可能達到的最佳選別指標。此外，按項目建設(shè)規(guī)模進行了價值分析和經(jīng)濟評估。分析結(jié)果可為投資主體確定投資機會及風險管控提供重要的決策依據(jù)。

1 礦石性質(zhì)

礦石密度2.64 t/m3、堆密度：1.6 t/m3、自然安息角38о、磨蝕指數(shù)：0.6、邦德棒磨功指數(shù)17.4 kW·h/t、邦德球磨功指數(shù)16 kW·h/t。

礦區(qū)含鋰礦化偉晶巖體內(nèi)部呈條帶狀構(gòu)造，從邊部到中心其結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦化特征等呈有規(guī)律的帶狀排列。礦區(qū)典型偉晶巖礦石化學成分中Li含量較高，Cs、Nb、Sn和Be的含量很低，Ta含量中等，F(xiàn)e2O3平均含量為1%。礦石主要化學元素分析結(jié)果如表1所示。各礦層鋰礦石XRD礦物學分析結(jié)果見表2。礦石中鋰礦物的分配率見表3。

對破碎粒度P100(100%通過，下同)為5.6 mm的礦石進行粒度篩析，結(jié)果表明，鋰在破碎產(chǎn)品的各粒級中的分布比較均勻。

表1 鋰礦石主要化學組分分析結(jié)果Table 1 Analysis results of main chemical composite in lithium ores /%

表2 各礦層鋰礦石的XRD礦物學分析結(jié)果Table 2 XRD analysis results of the lithium ores

表3 礦石中鋰礦物的分配率Table 3 Distribution of the lithium in ore /%

由表2可知，該偉晶巖鋰礦石主要由石英、鈉長石、鋰輝石、鋰云母、透鋰長石、磷錳鋰礦、微斜長石和一定量的白云母(1%～5%)組成。

由表2～3可知，礦石中有用組分鋰的礦物有三種：鋰輝石、透鋰長石和鋰霞石。根據(jù)三種鋰礦物理論氧化鋰含量和礦石中各礦物含量[3]可推測該礦石中有用組分氧化鋰(Li2O)含量合計達2.47%。由于鋰霞石是鋰輝石蝕變的產(chǎn)物[3]，不再單獨論述。通過對巖心樣品的XRD分析發(fā)現(xiàn)，各礦帶鋰輝石和透鋰長石含量之間的比值不同。

由于鋰礦石鋰礦物含量不同、賦存狀態(tài)不同，其可選性能也不同。因此，需要特別注意的是，鋰礦石半定量XRD礦物學分析能較好地提供礦石中各礦物含量的相對比例關(guān)系，但有用組分的實際含量還需采用礦石化學元素分析結(jié)果。特別是礦石中有用組分以多種礦物形式存在時，上述兩項分析結(jié)果同等重要。

在礦石破碎粒度-2 mm時，鋰輝石和透鋰長石基本上能夠完全解離。-2mm可以作為重介質(zhì)選礦的給礦粒度，磨礦細度P80(80%通過，下同)為0.18 mm可作為后續(xù)浮選試驗的最大粒度。

從對該礦石理化指標的分析結(jié)果可以推測，該礦石屬于典型花崗偉晶巖型鋰礦石，硬度大、質(zhì)地脆，且具有一定的磨蝕性。

礦石中Li2O礦物主要以鋰輝石和透鋰長石的形式存在，其賦存比例在整個礦床中有變化。礦石中伴生Ta2O5品位～120 g/t，主要以鉭鐵礦形式存在，有害雜質(zhì)Fe2O3平均含量為1%，但不穩(wěn)定，與主要含鋰礦物無直接關(guān)系，可能與角閃石、石榴石和鐵鋰云母含量有關(guān)，或者與巖體侵入期間的混染有關(guān)。

2 礦石選別性能研究與分析評價

2.1 礦石可選性試驗研究

針對該礦礦石性質(zhì)特點，試驗采用了重介質(zhì)選礦、高梯度強磁選和浮選聯(lián)合選別工藝。

將礦石破碎至P100為-2 mm，分級出-2 mm+0.5 mm，采用密度為2.95 t/m3和2.40 t/m3的重介質(zhì)進行DMS試驗。密度為2.95 t/m3重介質(zhì)用于鋰輝石的選別，密度為2.40 t/m3重介質(zhì)用于透鋰長石的選別。重介質(zhì)選礦的中礦及-0.5 mm粒級部分細磨至P80-0.18 mm給入高梯度磁選，選出磁性含鉭產(chǎn)品和非磁性產(chǎn)品，非磁性部分脫除0.015 mm細泥，進入浮選流程。

試驗流程如圖1所示，試驗結(jié)果見表4。

圖1 試驗原則工藝流程Fig.1 Principle flowsheet of the test

表4 選礦試驗結(jié)果(NAGROM)(P100-2 mm)Table 4 Ore dressing test results(NAGROM)(P100-2 mm) /%

2.2 選別性能分析與評價

理論上，凡是具有工業(yè)價值的鋰礦物都可以用浮選法來富集[4-6]，鋰輝石精礦理論最高品位8.03%，透鋰長石精礦理論最高品位4.88%[3]。

從表4數(shù)據(jù)可知，重介質(zhì)選別工藝能夠產(chǎn)出Li2O品位5.026%、回收率8.58%、產(chǎn)率2.72 %的鋰輝石精礦和Li2O品位4.169%、回收率5.88%、產(chǎn)率2.25 %的透鋰長石精礦。浮選可產(chǎn)出Li2O品位5.739%、回收率49.08%、產(chǎn)率13.62 %的鋰輝石精礦(包括鋰霞石)，但透鋰長石的浮選回收效果很差，鉭的回收效果也不理想。鋰精礦總計：可達Li2O品位5.445%、回收率63.54%、產(chǎn)率18.59 %。其中，鋰輝石精礦Li2O品位5.62%、回收率57.66%、產(chǎn)率16.34 %；透鋰長石精礦Li2O品位4.169%、回收率5.88%、產(chǎn)率2.25 %。兩種礦物的選礦回收率相差較大，透鋰長石礦物本身Li2O含量就低，選礦回收率又低至6%以下，因此資源價值主要為礦石中的鋰輝石。鋰輝石相對較易回收，無論是采用重介質(zhì)選礦還是浮選工藝。精礦中鐵雜質(zhì)的出現(xiàn)影響鋰精礦的質(zhì)量，還需要繼續(xù)探索研究降鐵的可能。

從礦石的物理特性來看，工藝設(shè)計即使需要考慮偉晶巖礦石的磨蝕特性，但仍然可以采用傳統(tǒng)的破碎流程。

礦石中Li2O礦物主要以鋰輝石和透鋰長石的形式存在，二者比例在整個礦床中有波動。采用DMS重介質(zhì)選礦工藝Li2O回收率不高于20%，因此，對DMS尾礦進行螺旋選礦和浮選是必要的。選廠工藝設(shè)計需考慮產(chǎn)品產(chǎn)量與礦石工藝礦物學特性的關(guān)系，盡量提高工藝流程的靈活性和適應(yīng)性。

從目前的試驗結(jié)果來看，礦石中Ta2O5回收效果不理想，還需要進行更深入的研究。

3 礦石價值分析

根據(jù)上述礦石可選性試驗結(jié)果，選礦廠設(shè)計最終產(chǎn)品將為鋰輝石重選精礦、鋰輝石浮選精礦和透鋰長石重選精礦。選礦工藝流程采用三段一閉路破碎，一段棒磨、兩段重介質(zhì)選別，產(chǎn)出鋰輝石重選精礦和透鋰長石重選精礦，重選尾礦經(jīng)球磨、磁選除鐵、浮選產(chǎn)出鋰輝石精礦。

按照礦床資源總儲量，項目建設(shè)規(guī)模確定為120萬t/a(4 000 t/d)，選礦達產(chǎn)年平均設(shè)計指標及產(chǎn)品產(chǎn)量見表5。

表5 選礦設(shè)計指標Table 5 Beneficiation average design targets

經(jīng)測算，項目總投資為10 747萬元，年均銷售收入9 952萬美元，年均總成本費用7 801萬美元，項目年平均利潤總額為1 876萬美元，投資利潤率為17.45%。項目稅后全投資財務(wù)內(nèi)部收益率為21.87%，高于財務(wù)基準收益率，在10%的折現(xiàn)率水平下，項目全投資財務(wù)凈現(xiàn)值為6 868萬美元，項目全投資回收期(含建設(shè)期)為5.68年，項目有一定的盈利能力和投資回收能力。

其中，鋰輝石和透鋰長石的計價模式，鋰輝石(品位>5%，在6%品位基礎(chǔ)上，每下降0.1%品位，價格降低15美元)價格為615 $/t；透鋰長石(品位>4%)價格為458 $/t。另外，通過單因素敏感性分析可知，項目主要經(jīng)濟評價指標對產(chǎn)品價格和經(jīng)營成本的變化最敏感。

4 結(jié)論

1)非洲某典型花崗偉晶巖型鋰礦石，硬度大、質(zhì)地脆，且具有一定的磨蝕性。預(yù)測礦石在破碎過程中可能會產(chǎn)生大量粉礦，并且變化范圍可高達10%，選廠破碎和磨礦工序的設(shè)計需考慮礦石這一特性。

2)礦石中Li2O礦物主要以鋰輝石和透鋰長石形式存在，其賦存比例在整個礦床中有波動。其中，礦石中的鋰輝石無論是采用DMS重介質(zhì)選礦還是浮選工藝，相對均較易回收；透鋰長石可通過重介質(zhì)選礦回收一部分，但采用浮選工藝選別效果較差。采用DMS重介質(zhì)選礦工藝Li2O回收率不高于20%，因此，對DMS尾礦進行螺旋選礦和浮選是必要的。選廠工藝設(shè)計需考慮產(chǎn)品產(chǎn)量與礦石工藝礦物學特性的關(guān)系，盡量提高工藝流程的靈活性和適應(yīng)性。

3)礦石中的鉭主要以鉭鐵礦形式存在，含Ta2O5～120 g/t。從目前開展的試驗結(jié)果來看，伴生的鉭資源回收效果不理想，還需要進行更深入的研究。

4)在確定的建設(shè)規(guī)模及當?shù)亟ㄔO(shè)條件下，通過投資估算、成本與費用估算、損益計算，可知該鋰礦石資源具有一定的盈利能力和投資回收能力，資源價值體現(xiàn)主要以鋰輝石為主，透鋰長石為輔，鉭鐵礦暫未考慮其價值，只能作為潛在有價組分。通過單因素敏感性分析可知，項目主要經(jīng)濟評價指標對產(chǎn)品價格和經(jīng)營成本的變化最敏感，投資主體需高度重視投資時機及風險管控。