楊金山 卿林江 張建剛 陳典助

（長沙有色冶金設計研究院有限公司）

鋰是世界上密度最小、電位值最低、電化當量最大的金屬，密度僅為0.53 g/cm3、電位為-3.043 V、電化當量為2.98 Ah/g。金屬鋰、鋰合金及其化合物具有優(yōu)異的特性，不僅在電池、玻璃、陶瓷、冶金、石油化工、電子、橡膠及醫(yī)藥等領域有廣泛的應用，而且在原子能、航空及國防等尖端領域有廣泛的應用［1-2］。

鋰輝石（LiAl（SiO3）2）是目前工業(yè)開發(fā)利用的主要鋰礦資源之一，鋰輝石為花崗偉晶巖礦物型，屬柱狀、粒狀或板狀單斜晶系，理論Li2O、Al2O3、Si2O 含量為8.0%、27.4%、64.6%［3-4］。我國鋰輝石礦儲量豐富，主要分布在四川、新疆等地［5］，最常見、最有效的選礦方法是浮選法。但對于有用礦物和部分脈石礦物天然可浮性差異不大或礦物表面被污染而難以有效浮選分離的礦石，則往往需要其他選礦方法介入。

1 鋰輝石的浮選

浮選法是獲得高質量鋰輝石精礦最有效的方法，早在20世紀30年代國外就有工業(yè)應用［6］，我國對鋰輝石的浮選研究則始于20 世紀50 年代［7］。目前，工業(yè)上鋰輝石的浮選工藝既包括正浮選工藝，也包括反浮選工藝。

正浮選工藝通常在堿性環(huán)境中進行，經過多次強攪拌擦洗，然后脫泥，最后添加陰離子捕收劑浮選鋰輝石礦物。孫蔚等［8］對四川某Li2O 品位為1.42%的礦石，進行了正浮選鋰輝石試驗，結果表明，攪拌時間隨著NaOH 用量的增加可相應縮短；鋰輝石精礦品位隨Na2CO3用量的增加而上升［9］；最終鋰輝石精礦Li2O 含量為6.05%、回收率為85.92%。嚴更生等［10］認為，強化礦漿的攪拌擦洗和浮選藥劑制度優(yōu)化可以改善鋰輝石的可浮性，最終取得了較好的選別指標。

反浮選工藝通常采用淀粉、糊精等抑制鋰輝石，在堿性條件下用陽離子捕收劑浮出石英、長石、云母等硅酸鹽類脈石礦物，使鋰輝石與某些含鐵礦物在浮選槽內得到富集，最后用磁選法去除含鐵礦物，得到鋰輝石精礦［11］。美國某鋰輝石選廠采用反浮選工藝處理Li2O 品位為1.5%的礦石，在石灰調漿情況下獲得了Li2O 品位高于6.0%、回收率為75%左右的化工級鋰輝石精礦，該精礦通過添加氫氟酸、樹脂酸鹽和起泡劑進行二次精選，降低了精礦Fe含量，獲得了陶瓷鋰輝石產品［12］。

從目前的鋰輝石浮選技術看，主要存在3 個問題：①胺類陽離子捕收劑、脂肪酸及其皂類捕收劑等傳統(tǒng)型捕收劑效能有一定的缺陷，如胺類捕收劑對鋰輝石、硅酸鹽類脈石礦物均有較強的捕收能力，但選擇性不佳；脂肪酸類捕收劑用量大，對溫度敏感，且單獨使用時效果較差，往往需要多種捕收劑組合使用。②“難免離子”（Ca2+、Fe3+、Mg2+等）對鋰輝石浮選有負面影響。由于不同的硅酸鹽礦物破碎后表面特征及礦物晶體的天然差異，在控制好浮選礦漿環(huán)境的情況下，理論上可以實現鋰輝石與其他硅酸鹽類脈石礦物的分離，然而在生產實踐中，礦漿中礦物顆粒表面易在磨浮過程中受到“難免”離子的污染，同時活化鋰輝石和脈石礦物，使得有用礦物和脈石礦物的可浮性差異變小。③調整劑選擇性較差。鋰輝石浮選的關鍵在于實現對鋰輝石的選擇性抑制或活化，現在國內常用調整劑主要是“三堿”［13-14］、水玻璃［15］、油酸鈉［16］、六偏磷酸鈉和硫化鈉［17］等，這些抑制劑不僅抑制脈石礦物，對鋰輝石也有一定的抑制效果。由此可見，要實現鋰輝石的高效浮選，必須先解決“難免離子”、高效藥劑等相關基礎問題。

2 鋰輝石浮選技術進展

2.1 浮選藥劑研究進展

（1）鋰輝石浮選捕收劑。當前捕收劑研究的主要方向是尋找對鋰礦物捕收能力強、選擇性好的多官能團藥劑。何建璋［18］研制的新型藥劑YZB-17 選擇性好、能效高，使用該藥劑對新疆可可托海鋰輝石礦石進行了實驗室試驗和工業(yè)試驗，結果表明，該藥劑可替代環(huán)烷酸皂和氧化石蠟皂，在相同用量下，可提高鋰輝石精礦回收率9.46 個百分點。王毓華等［19-20］在浮選鋰輝石試驗中采用了新型捕收劑YOA-15，結果表明，該藥劑在酸性礦漿中對鋰輝石捕收能力較強，更重要的是其對被堿擦洗后的鋰輝石捕收能力仍較強。程仁舉等［21］使用自主開發(fā)的新型高效捕收劑EM-PN5 浮選川西某Li2O 品位1.20%的鋰輝石礦石，閉路試驗采用1粗3精2掃、中礦順序返回流程，最終獲得Li2O 品位為5.69%、回收率為83.06%的鋰輝石精礦，達到化工級產品標準。趙開樂等［22-23］在對某鋰輝石礦石進行工藝礦物學研究的基礎上，先進行預先沉降脫泥，再以新的組合捕收劑SD-5 進行浮選，獲得了Li20 品位為6.12%、回收率為86.01%的鋰精礦。錢志博等［24］采用新型捕收劑BK317 和活化劑TC，對某復雜難選低品位鋰輝石礦石（Li2O 品位0.97%）開展了詳細的浮選試驗研究，1粗3 精1 掃閉路浮選流程獲得了Li2O 品位為4.46%、回收率為80.40%的鋰輝石精礦，試驗結果表明，該捕收劑具有高效、選擇性好的特點。

大量的研究與實踐表明，組合捕收劑的使用能降低藥劑成本，同時發(fā)揮藥劑間的協(xié)同作用，從而提高鋰輝石的浮選效率。目前，關于新型捕收劑的開發(fā)，高效、易降解是主流發(fā)展方向。

（2）脈石礦物調整劑。在鋰輝石所賦存的花崗偉晶巖礦床中，脈石礦物主要為硅酸鹽礦物。硅酸鹽礦物對鋰輝石浮選主要有2點影響：一是容易吸附在鋰輝石礦物表面，并隨之富集，影響精礦質量；二是由于電性作用，使硅酸鹽礦物罩蓋在鋰輝石表面，影響其回收。所以，脈石礦物的抑制是鋰輝石礦浮選藥劑研究的一個重要內容。羅仙平等［25］對國內某鋰輝石礦石進行了浮選試驗，選別前用H2SO4調整礦漿pH 值至3～5 以脫除云母的吸附時，會對鋰輝石產生一定的抑制作用；用NaOH 調整礦漿pH 值至8～9并攪拌，同時根據礦山水質加入CaCl2活化鋰輝石，最終獲得Li2O 品位為5.20%、回收率達76.72%的鋰輝石精礦。于福順［3］在進行鋰輝石浮選試驗時，發(fā)現有機小分子抑制劑EDTA 中部分極性基團可與礦漿中金屬離子絡合，形成相對穩(wěn)定的金屬螯合物，使捕收劑失去吸附活性點，從而起到抑制作用?？傊》肿佑袡C抑制劑所帶極性基團的水化性越強、數量越多，則其抑制效果越好。

2.2 浮選新技術研究進展

隨著選礦技術和工業(yè)化水平的提高，研究人員為了應對鋰輝石礦易風化、礦泥含量高等特點，開始將一些新技術、新設備應用在鋰輝石選礦領域。

（1）浮選柱。浮選柱常用于煤及細粒礦物的浮選，但對粗粒礦物的選別效果不理想。許東［26］對新疆可可托海鋰輝石礦石進行了浮選柱半工業(yè)試驗，試驗給礦-150 目占71%左右，通過優(yōu)先混浮鋰鈹礦物，再采用浮選柱精選。結果表明，浮選柱對細粒鋰輝石礦物回收效果較好，但難以回收粗粒鋰輝石礦物，從而導致浮選分離效果不佳；浮選柱具有選擇性好、操作簡單、能耗低和指標波動小等優(yōu)點。對四川某高海拔地區(qū)鋰輝石礦石，馬智敏等［27］介紹了采用新結構的浮選柱，即無傳動微泡浮選槽進行工業(yè)試驗的情況。結果表明，該設備與傳統(tǒng)浮選機相比，Li2O 回收率提高了2.1 個百分點，浮選單位能耗下降20.6%，且設備自動化程度高、運行穩(wěn)定和處理能力大，能夠提高高海拔地區(qū)的浮選效率。

（2）電化學技術推動了浮選藥劑創(chuàng)新。鋰礦物的電化學機制研究是鋰礦物浮選研究的微觀基礎，鋰輝石、綠柱石和微斜長石在粉碎過程中大量的Si—O 鍵會斷裂，導致這些礦物的零電荷點相似，而靜電作用是用于解釋捕收劑在硅酸鹽礦物表面吸附的通用理論，因而表面化學性質相似的鋰輝石、綠柱石和微斜長石具有相似的浮選行為；同理，鋰云母和白云母在浮選中的行為也相似。要實現這些礦物的高效浮選分離，必須發(fā)揮混合型捕收劑中陽離子或陰離子的協(xié)同作用，提高浮選的選擇性，改善捕收劑在目標礦物表面的吸附行為，從而提高浮選分離效率［28］。

3 鋰輝石礦的其他選礦工藝

由于礦石類型、構造及礦物嵌布特征等因素對鋰輝石礦選礦工藝的確定有著重要影響，因此，生產實踐中應根據礦石性質選擇合適的選礦工藝。

3.1 重介質選礦法

鋰輝石的密度在3.03～3.22 g/cm3，而脈石礦物石英、長石的密度為2.52～2.79 g/cm3，密度差異不大，跳汰、搖床等傳統(tǒng)重選設備難以進行有效分離，但滿足重介質分選的條件。目前美國南達科他州和北卡羅來納州鋰礦石，新疆福海縣某鋰輝石礦石和四川阿壩州某鋰輝石礦石均已實現重介質選鋰輝石的工業(yè)應用。

四川某鋰輝石礦石的重介質選礦工業(yè)試驗表明，Li2O 品位2.95%的3～1 mm 粒級礦石，采用密度為2.95～3.0 kg/L 的重介質進行1粗1精流程重選，可獲得Li2O 品位為7.06%、回收率為87.47%的鋰輝石精礦，分選效果較好［29］。對于Li2O品位為0.69%的鋰輝石礦石，為降低其選礦成本，劉廣學等［30］開展了選礦試驗研究，試驗先將礦石破碎至4～0 mm，并對4～0.5 mm 粒級的物料進行重介質選礦，試驗重介質密度為2.89 g/cm3，獲得的精礦Li2O 品位為5.71%、回收率為63.82%，拋棄產率達67%。

廖明和等［31］的研究表明，重介質分選鋰輝石礦石方法簡便、有效，該方法可以了解不同破碎粒度下目的礦物的單體解離度，以及分離精度，有助于快速判斷礦石的可選性，能夠為選礦擴大試驗提供基礎數據。

3.2 磁選法

鋰輝石精礦對鐵含量有明確的要求，故磁選一般作為進一步提高鋰精礦質量的一種輔助方法，用于脫除鋰輝石精礦中的含鐵雜質或分選出弱磁性的鐵鋰云母［32-33］。鋰輝石礦物中只有當鐵鋰輝石中伴生有鉭鈮鐵等磁性礦物時才具有弱磁性，預先磁選可以實現對伴生金屬的綜合利用。

江西贛州有色冶金研究所［34］采用SLon-1000 型高梯度強磁選機對某鋰輝石礦浮選精礦進行除鐵，最終獲得Li2O 品位6.15%、Fe2O3含量0.24%的低鐵鋰輝石精礦。熊濤等［33］采用SLon-3000 型高梯度強磁選機（1.5 T）對江西某復雜難選低鋰高鐵鋰輝石礦石浮選精礦進行除鐵提鋰，最終獲得Li2O 品位為6.24%、Fe2O3含量為0.38%、Li2O 回收率為63.83%的鋰輝石精礦，達到YS/T261-2011 化工Ⅰ級用鋰輝石精礦質量要求。

3.3 聯(lián)合選礦法

針對細、貧、雜的鋰礦石，采用單一選礦方法常常很難獲得合格的鋰精礦［35-36］，浮磁聯(lián)合選礦工藝［37］、浮重磁聯(lián)合選礦工藝、浮化聯(lián)合選礦工藝、重色浮聯(lián)合選礦工藝［38］等就成為必然的選擇。

澳大利亞格林普什鋰輝石礦石Li2O 品位為4.01%、Fe 含量約1%，礦石礦物組成簡單，鐵主要存在于電氣石中，通過浮重磁聯(lián)合選礦工藝流程處理，最終獲得Li2O 品位＞7.5%、Fe2O3含量＜0.1%的玻璃級鋰輝石精礦。新疆可可托海鋰輝石礦石Li2O 含量為1.14%，經碎磨、脫泥后，以環(huán)烷酸皂+氧化石蠟皂為組合捕收劑、氫氧化鈉為pH 調整劑，采用1 粗1 精流程浮選、強磁選流程除鐵，獲得了Li2O 品位為6.44%、Fe2O3含量為0.39%的陶瓷級鋰輝石精礦［39］。劉廣學等［38］采用重色浮聯(lián)合選礦工藝處理國外某Li2O品位3.60%、粒度+1 mm的鋰輝石跳汰中礦，最終獲得Li2O品位為6.53%、回收率為91.51%的鋰精礦。

4 結 論

（1）浮選法（包括正浮選和反浮選）是獲得高質量鋰輝石精礦的最有效方法。目前浮選法還存在3個主要問題：傳統(tǒng)型捕收劑或選擇性不佳，或對溫度敏感，多需組合使用；“難免離子”（Ca2+、Fe3+、Mg2+等）污染礦物表面，使得有用礦物和脈石礦物的可浮性差異變小；調整劑選擇性較差；常用抑制劑在抑制脈石礦物的同時對鋰輝石也有一定程度的抑制作用。

（2）鋰輝石浮選藥劑技術進展主要體現在鋰輝石浮選捕收劑和脈石礦物調整劑方面，捕收劑研究的主要方向是尋找捕收能力強、選擇性好且高效易降解的捕收劑；小分子有機抑制劑所帶極性基團的水化性越強、數量越多，其抑制效果越好。

（3）浮選新技術研究進展主要體現在自動化程度高、運行穩(wěn)定、處理能力大的浮選柱的應用和電化學技術推動浮選藥劑創(chuàng)新方面。

（4）鋰輝石礦的其他選礦工藝還包括重介質選礦法、磁選法和聯(lián)合選礦法。