磨浮新工藝在石墨礦選礦中的應(yīng)用

李 亞 王英凱 張 旭 何章輝 牛艷萍

(黑龍江省地質(zhì)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)測(cè)試研究中心，哈爾濱 150036)

石墨由碳元素組成，是在高溫高壓條件下經(jīng)億萬(wàn)年的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)而形成的礦物，與金剛石同屬碳的同素異形體。天然石墨是不可再生的礦物資源[1]，是當(dāng)下全球高、新、尖產(chǎn)品不可或缺的原材料及國(guó)家重要的新興戰(zhàn)略性資源。隨著電動(dòng)汽車行業(yè)的爆發(fā)式增長(zhǎng)，未來(lái)天然石墨的需求也會(huì)進(jìn)入高速增長(zhǎng)期[2]。

中國(guó)天然石墨礦資源十分豐富，根據(jù)《中國(guó)礦產(chǎn)資源報(bào)告2019》統(tǒng)計(jì)，截至2018年中國(guó)晶質(zhì)石墨查明礦物資源儲(chǔ)量4.37億t；潛在資源量21億t[3]。

石墨鱗片的片徑大小和固定碳含量是衡量鱗片石墨價(jià)值的重要依據(jù)。石墨選礦產(chǎn)生的精礦指標(biāo)的優(yōu)劣取決于礦物的解離方式和解離程度，以及后續(xù)選礦工藝。礦物的解離方式又取決于磨礦工藝，不同的磨礦工藝和磨礦設(shè)備對(duì)鱗片的剝離和保護(hù)不同。研究表明，球磨機(jī)磨礦過(guò)程中對(duì)石墨鱗片破壞最為嚴(yán)重，采用棒、柱及筒棒等介質(zhì)對(duì)大鱗片的保護(hù)作用要優(yōu)于球介質(zhì)，在同樣的磨礦細(xì)度及浮選條件下，筒棒介質(zhì)對(duì)大鱗片的保護(hù)優(yōu)于球類介質(zhì)[4-5]。此外也有研究人員采用超聲波輔助磨礦，取得了良好試驗(yàn)效果[6]。

除了磨礦工藝外，浮選工藝對(duì)石墨精礦的質(zhì)量也有很大影響。精礦預(yù)先分級(jí)工藝在某一段精選后，將合格大鱗片石墨精礦分離出，減少了大鱗片石墨的損耗，是目前最能有效保護(hù)石墨鱗片的工藝[7]。選礦藥劑對(duì)石墨浮選精礦質(zhì)量的影響也很大[8]。

1 礦石性質(zhì)

礦體的巖石類型以石墨變粒巖為主，礦石是鱗片狀晶質(zhì)石墨礦石。

1.1 礦石化學(xué)成分

表1中數(shù)據(jù)為礦石主要化學(xué)成分，表2中數(shù)據(jù)為主要礦物組成。礦石中石墨含量為4.15%，SiO2和Al2O3含量較高，分別達(dá)到61.84%和10.77%，其他元素含量均小于10%。石墨是礦石中的目的礦物，脈石礦物主要是石英，其含量36.24%，其次為長(zhǎng)石類和云母類，值得注意的是礦石中黃鐵礦含量較高，達(dá)到4.15%。

表1 礦石主要化學(xué)成分分析結(jié)果

表2 礦石主要礦物含量

1.2 石墨的礦物特征

由表3可知，礦石中+150 μm大鱗片石墨含量較高，達(dá)到59.50%，石墨原礦的酸堿-堿熔提純研究表明，原礦中+0.15 mm石墨固定碳含量占50.93%。

礦石中石墨為晶質(zhì)鱗片石墨，多呈自形片狀晶形，部分呈不規(guī)則狀、條帶狀或浸染狀分布。礦石中部分石墨與其他礦物平直接觸，部分呈不規(guī)則狀與脈石礦物緊密共生，部分石墨層間夾雜脈石礦物，對(duì)石墨的選礦富集影響較大。

表3 石墨粒度和嵌布分布特征

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 粗選條件試驗(yàn)

粗選試驗(yàn)流程見(jiàn)圖1。

圖1 粗選試驗(yàn)流程Fig.1 Flowsheet of rough floatation

2.1.1 粗磨磨礦細(xì)度試驗(yàn)

前期探索性試驗(yàn)研究表明，礦石可浮性很好，在粗粒級(jí)也能獲得很高的回收率，這對(duì)于保護(hù)大鱗片石墨是較為有利的。磨礦設(shè)備為RK/RM型三輥四筒棒磨機(jī)，試驗(yàn)藥劑條件為：水玻璃1 000 g/t，氧化鈣1 000 g/t，煤油48 g/t，松醇油36 g/t，浮選時(shí)間3 min。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 粗磨磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Experiment results under different primary grinding finness

由圖2可知，礦石可選性良好，即使磨礦細(xì)度較粗的條件下，精礦固定碳回收率依然很高，隨著磨礦細(xì)度的增加，精礦固定碳含量和回收率都在增加，固定碳含量增長(zhǎng)迅速但回收率增長(zhǎng)放緩，出于保護(hù)大鱗片石墨的考慮，確定粗磨磨礦細(xì)度為-0.15 mm含量占60%。

2.1.2 煤油用量試驗(yàn)

煤油用量試驗(yàn)條件為：煤油用量為變量，磨礦細(xì)度為-0.15 mm占60%，水玻璃1 000 g/t，氧化鈣1 000 g/t，松醇油36 g/t，浮選時(shí)間3 min。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 煤油用量試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Experiment results under different dosage of kerosene

由圖3可知，隨著煤油用量增加，精礦固定碳含量先降低后趨于平緩，回收率先增加后趨于平緩。煤油用量較低時(shí)，即礦漿中捕收劑濃度較低，單體解離較好的石墨率先被泡沫捕收，因此精礦固定碳含量高；隨著煤油用量的增加，礦漿中的捕收劑濃度提高，捕收能力也得到了一定的強(qiáng)化，部分連生體也進(jìn)入精礦中，因此固定碳含量降低，回收率提高。然而，若是煤油用量過(guò)大則會(huì)影響松醇油的起泡性能，反而降低了精礦的固定碳回收率。煤油用量為60 g/t時(shí)，試驗(yàn)效果最佳，因此，選定煤油用量60 g/t為后續(xù)試驗(yàn)條件。

2.1.3 松醇油用量試驗(yàn)

松醇油用量試驗(yàn)條件為：松醇油用量為變量，磨礦細(xì)度為-0.15 mm占60%，水玻璃1 000 g/t，氧化鈣1 000 g/t，煤油60 g/t，浮選時(shí)間3 min。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 松醇油用量試驗(yàn)Fig.4 Experiment results under different dosage of terpenic oil

由圖4可知，隨著松醇油用量增加，精礦固定碳含量降低，回收率先增加后趨于平緩，當(dāng)松醇油用量為54 g/t時(shí)，精礦固定碳含量為23.10%、回收率為96.78%，指標(biāo)較好，確定最佳松醇油用量為54 g/t。

2.2 開(kāi)路試驗(yàn)

為了對(duì)比不同磨浮工藝對(duì)選礦效果的影響，我們制定了兩種選礦工藝，一種為常規(guī)的再磨再選工藝，精礦再磨后繼續(xù)進(jìn)行精選直至浮選精礦的固定碳含量滿足試驗(yàn)指標(biāo)；一種是精礦預(yù)先分離工藝，在進(jìn)行3～4次再磨再選后，分離出高品位的正目石墨精礦，低品位的負(fù)目石墨精礦則繼續(xù)再磨再選直至獲得固定碳含量夠高的精礦產(chǎn)品。試驗(yàn)流程及藥劑用量見(jiàn)圖5，圖6，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

圖5 常規(guī)工藝開(kāi)路流程試驗(yàn)Fig.5 Testing of conventional process opening processes

表4 開(kāi)路流程試驗(yàn)結(jié)果

圖6 預(yù)先分離工藝開(kāi)路流程試驗(yàn)Fig.6 Pre-separation process open-circuit test

由表4可知，采用預(yù)先分離流程，粗精礦在三次再磨三次精選后將精礦篩分，獲得+0.15 mm精礦產(chǎn)品，其固定碳含量為92.05%，回收率25.98%，對(duì)原礦中+0.15 mm鱗片石墨保護(hù)回收率51.01%。-0.15 mm精礦產(chǎn)品繼續(xù)進(jìn)行精選，在三次再磨五次精選后，最終獲得產(chǎn)率0.51%、固定碳含量92.65%、回收率11.50%的精礦產(chǎn)品；對(duì)比常規(guī)流程，不僅精礦回收率高，其對(duì)于大鱗片石墨的保護(hù)也更好。

2.3 閉路試驗(yàn)

精礦預(yù)先篩分開(kāi)路流程試驗(yàn)，取得了較好的精礦指標(biāo)，閉路試驗(yàn)在此基礎(chǔ)上進(jìn)行，中礦1和中礦2固定碳品位較低，脈石礦物含量較多，集中返回至粗選，中3至中8順序返回，第三段精選精礦進(jìn)行篩分，分離出+0.15 mm精礦產(chǎn)品，篩下精礦沉降脫水后繼續(xù)進(jìn)行精選作業(yè)。閉路流程試驗(yàn)見(jiàn)圖7，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

圖7 閉路流程試驗(yàn)Fig.7 Flowsheet of closed-circuit process test

表5 閉路流程試驗(yàn)結(jié)果

由表5可知，閉路試驗(yàn)精礦總的回收率為94.73%，其中+0.15 mm精礦產(chǎn)率1.71%，固定碳含量91.50%，回收率37.60%；-0.15 mm精礦產(chǎn)率2.59%，固定碳含量92.05%，回收率57.13%。精礦+10.15 mm大鱗片石墨相對(duì)于原礦+0.15 mm大鱗片石墨的保護(hù)率為73.83%。

3 結(jié)論

1)礦石中石墨含量4.15%，為晶質(zhì)鱗片石墨，巖礦鑒定鏡下觀察樣品認(rèn)為+0.15 mm的大鱗片石墨顆粒分布率59.5%。原礦經(jīng)酸浸—堿熔—酸洗提純分析認(rèn)為：原礦+0.15 mm鱗片石墨固定碳含量占總固定碳含量的50.93%，在選礦過(guò)程需予以保護(hù)。

2)該石墨礦可選性較好，采用的工藝流程為：原礦一次粗磨后快速浮選、粗精礦經(jīng)三次再磨三次精選后分離出+0.15 mm精礦產(chǎn)品，篩下精礦產(chǎn)品再經(jīng)三次再磨五次精選后獲得-0.15 mm精礦產(chǎn)品，中1和中2集中返回至粗選作業(yè)、中3至中8隔段順序返回。試驗(yàn)效果良好，最終精礦固定碳總回收率為94.73%，其中+0.15 mm精礦固定碳含量91.50%，回收率37.60%；-0.15 mm精礦含量92.05%，回收率57.13%。

3)預(yù)先分離流程較常規(guī)流程能夠獲得更高的回收率，其對(duì)于大鱗片石墨的保護(hù)效果也顯著優(yōu)于常規(guī)流程。據(jù)此可以確定，對(duì)于大鱗片石墨，預(yù)先分離出高品位大鱗片精礦，可以減少大鱗片石墨在磨礦過(guò)程中的損耗，這對(duì)于高效利用礦產(chǎn)資源有著積極的意義。