江西宜豐圳口里低品位鋰瓷石礦選礦試驗(yàn)研究

謝添， 楊思琦， 楊志兆， 張永兵， 羅仙平*，2b，2c

（1.宜春時(shí)代新能源資源有限公司，江西 宜春 336000；2.江西理工大學(xué),a.資源與環(huán)境工程學(xué)院；b.宜春鋰電新能源產(chǎn)業(yè)研究院；c.江西省礦冶環(huán)境污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 贛州 341000；3.中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410000）

鋰是新能源產(chǎn)業(yè)重要的基礎(chǔ)原料[1-2]，為加快實(shí)現(xiàn)“碳中和碳達(dá)峰”戰(zhàn)略目標(biāo)，我國(guó)大力發(fā)展了鋰電新能源產(chǎn)業(yè)，鋰原料的需求逐年遞增[3-4]，為保障鋰電原材料的穩(wěn)定市場(chǎng)供應(yīng)，從鋰云母中提鋰，已成為獲取鋰原料的重要途徑[5-6]。江西宜春地區(qū)擁有豐富的鋰云母資源，并且與青藏高原地區(qū)（具有鹽湖鹵水鋰資源）、川西與新疆等高寒高海拔地區(qū)（具有鋰輝石資源）相比，宜春地區(qū)的區(qū)位優(yōu)勢(shì)突出、資源開發(fā)條件優(yōu)越，因此逐漸成為了國(guó)內(nèi)主要鋰電新能源原料供應(yīng)基地[7-8]，并且其采選能力將在兩年內(nèi)達(dá)到年處理礦石1億噸。

隨著采選規(guī)模擴(kuò)大，低品位難處理鋰瓷石礦的開發(fā)成為了亟需解決的重點(diǎn)問題。該類資源具有鋰云母理論品位低、長(zhǎng)石等脈石礦物含量高、風(fēng)化程度高而易泥化等特點(diǎn)，影響了該類資源的開發(fā)利用水平，特別是由于風(fēng)化程度高導(dǎo)致其在碎磨過程中長(zhǎng)石易泥化，產(chǎn)生大量細(xì)泥，而細(xì)泥對(duì)浮選藥劑吸附強(qiáng)烈，易罩蓋于礦物表面，惡化礦漿流體環(huán)境[9-10]，影響鋰云母的回收及其與脈石礦物的浮選分離。目前，研究者已針對(duì)低品位鋰瓷石礦開展了選礦試驗(yàn)研究，但多是簡(jiǎn)單地套用高品位鋰云母礦的“脫泥-浮選工藝”選礦流程，并采用“單一/混合胺類陽(yáng)離子捕收劑”等浮選藥劑，浮選指標(biāo)不理想，Li2O回收率基本為60%～75%[11-12]、精礦Li2O品位顯著低于理論品位[10]，富集效果不佳。一方面是因?yàn)閱我话奉愱?yáng)離子捕收劑對(duì)該類礦產(chǎn)資源中鋰云母選擇性較差，易受細(xì)泥影響[13]；另一方面是因?yàn)閷?duì)礦石性質(zhì)研究不足，未深入理解礦石鋰等主要元素賦存狀態(tài)、礦物晶格元素組成變化、礦物嵌布特征等影響選別效果的礦物學(xué)因素。

為提高該類礦石中鋰云母的回收及其與脈石礦物的浮選分離效果，本文以宜豐典型低品位鋰瓷石礦為研究對(duì)象，開展了工藝礦物學(xué)研究和選礦試驗(yàn)研究，以期實(shí)現(xiàn)該類資源的高效開發(fā)利用。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料

1.1.1 試樣元素組成與礦物組成

試驗(yàn)研究對(duì)象為江西宜豐圳口里的鋰瓷石礦，按照 國(guó) 家 國(guó) 家 標(biāo) 準(zhǔn) （GB/T 17413—2010、GB/T 20931—2007等），采用火焰原子吸收光譜法、硅鉬藍(lán)分光光度法等方法對(duì)礦樣中化學(xué)成分進(jìn)行分析（表1），結(jié)果表明，該礦石中Li2O含量為0.33%，原礦品位較低。礦物組成及含量結(jié)果見表2。

表1 礦樣化學(xué)成分分析結(jié)果Table 1 Chemical composition analysis results of ore samples單位：質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%

表2 礦物組成及含量分析結(jié)果Table 2 Mineral composition and content analysis results單位：質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%

通過光學(xué)顯微鏡、礦物自動(dòng)定量分析(Advanced Mineral Identification and Characterization System/Mineral Liberation Analyser,AMICS/MLA)等方法對(duì)該礦石進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，該礦石中礦物種類繁多、礦物組成復(fù)雜，主要礦物為云母、斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、石英，其次為高嶺石，表明礦石存在較顯著的風(fēng)化蝕變特征，礦石中還存在少量的磷灰石、赤鐵礦（磁鐵礦）、黃鐵礦，以及微量其他脈石礦物，包括鋯綠泥石、螢石、錫石及碳酸鹽礦物等礦物。其中，主要有價(jià)礦物為鐵鋰云母，伴生有價(jià)礦物鈮-鉭錳（鐵）礦與錫石，但含量極微，僅0.01%。

1.1.2 試樣鋰元素賦存狀態(tài)

采用激光剝蝕原位分析 （Laser Ablation Inductively Coupled PlasmaMass Spectrometer,LAICP-MS）對(duì)礦石中16個(gè)點(diǎn)的鋰云母礦物元素組成進(jìn)行了分析，并基于LA-ICP-MS分析結(jié)果及鋰云母礦物含量計(jì)算了鋰元素在礦物中的配分，LA-ICP-MS分析平均結(jié)果見表3，鋰元素配分見表4。

表3 鋰云母礦物激光剝蝕原位分析陽(yáng)離子組成結(jié)果Table 3 Cationic composition results of LA-ICPMSin situ analysis of lepidolite mineral單位：質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%

表4 鋰的元素配分結(jié)果Table 4 Elemental partition results of lithium

鋰元素的配分計(jì)算結(jié)果表明，鋰云母中Li2O分布占原礦的90.91%，Li元素主要以鋰云母形式賦存。但是，鋰云母礦物化學(xué)成分分析顯示，云母中Li元素含量較低，折合Li2O含量?jī)H1.72%左右，而K含量較高，表明云母晶格中Li取代度較低，更多表現(xiàn)為白云母/絹云母性質(zhì)，限制了精礦品位的提高；此外，部分銣、銫以類質(zhì)同相形式進(jìn)入云母晶格，可隨云母礦物一并回收。

1.1.3 鋰云母的嵌布特征

采用光學(xué)顯微鏡對(duì)鋰云母嵌布特征進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，鋰云母呈淺褐色或無色，具有弱的多色性，其嵌布粒度主要分布在0.074～0.500 mm之間。粒度≤0.074 mm含量40%的綜合樣中，絕大部分鐵鋰云母以單體形式存在（圖1（a）），單體解離度達(dá)86.63%，部分鐵鋰云母與高嶺石等礦物毗鄰連生（圖1（b）），部分鐵鋰云母顆粒與長(zhǎng)石等顆粒毗鄰連生（圖1（c）），少部分鐵鋰云母以包裹體形式嵌布于石英顆粒中（圖1（d））。

圖1 鋰云母的嵌布特征Fig.1 Intercalation characteristics of lepidolite

1.2 試劑及設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備主要為XMQ-240×90型球磨機(jī)、XFG、XFD型系列浮選機(jī)、恒溫干燥箱、真空抽濾機(jī)等。浮選試驗(yàn)所用捕收劑中，十二胺與椰油胺聚氧乙烯醚為分析純，其余捕收劑為工業(yè)級(jí)，分散劑六偏磷酸鈉為分析純，試驗(yàn)用水為自來水，在室溫下進(jìn)行浮選。單次浮選試驗(yàn)礦石用量為1 kg，每組試驗(yàn)分別采用試樣篩篩分進(jìn)行脫泥作業(yè)，浮選質(zhì)量濃度為29%，六偏磷酸鈉作用時(shí)間5 min，捕收劑作用時(shí)間3 min，粗選作業(yè)刮泡時(shí)間4 min。

1.3 選礦方案

長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐表明，鋰云母與長(zhǎng)石、石英可通過浮選方式分離，但礦石中鋰云母理論品位較低，為保證精礦品位，選別作業(yè)重點(diǎn)在于提高鋰云母與脈石浮選分離效果，獲得純度較高的鋰云母精礦產(chǎn)品。由于該鋰瓷石礦中長(zhǎng)石含量較高，在碎磨過程易泥化，影響鋰云母的浮選分離，需設(shè)置脫泥作業(yè)，而脫泥粒度過大易造成鋰大量損失。因此，本試驗(yàn)重點(diǎn)在于針對(duì)該礦石選擇鋰云母捕收劑及脫泥粒度的確定。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 鋰云母浮選條件試驗(yàn)

2.1.1 捕收劑種類條件試驗(yàn)

由于該類礦石易泥化，雖然采用脫泥-浮選工藝有助于降低細(xì)泥對(duì)浮選指標(biāo)的影響，但仍存在大量微細(xì)礦物顆粒，易隨泡沫上浮，影響精礦品質(zhì)，因此，捕收劑的選擇性對(duì)提高精礦品位至關(guān)重要。鋰云母浮選多采用單一胺類捕收劑或混合胺類陽(yáng)離子捕收劑[14-15]，而相關(guān)研究表明，陰陽(yáng)離子組合捕收劑由于電性中和而產(chǎn)生共吸附，使得固體表面的捕收劑吸附層更加穩(wěn)定[16-17]，比單一捕收劑具有更優(yōu)良的疏水效果[18-20]，可獲得更佳的選別指標(biāo)。本研究分別采用脂肪族伯胺捕收劑十二胺，醚胺類捕收劑異構(gòu)C13醚胺，椰油胺聚氧乙烯醚，以及陰陽(yáng)離子組合捕收劑FX-01（油酸與伯胺混合捕收劑）、YS-620(油酸與聚氧乙烯醚混合捕收劑)、G-1（石蠟皂與伯胺混合捕收劑）、JYM（植物油、有機(jī)硅陽(yáng)離子捕收劑、醚胺混合捕收劑），試驗(yàn)?zāi)サV細(xì)度為≤0.074 mm、粒級(jí)含量40%、脫泥粒度為0.038 mm，以六偏磷酸鈉為分散劑（用量100 g/t），試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 捕收劑種類條件試驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Results of collector species

由圖2可見，十二胺與椰油胺聚氧乙烯醚捕收能力較強(qiáng)，但二者對(duì)微細(xì)礦物顆粒較敏感，選擇性較差，所得精礦中Li2O含量較低，分別為0.89%和0.92%；異構(gòu)C13醚胺選擇性顯著高于前兩者，但其捕收能力較差，所得精礦中Li2O回收率較低，僅為55.43%。陰陽(yáng)離子組合捕收劑中，G-1選擇性較差，所得精礦中Li2O含量較低（1.25%），未能發(fā)揮陰離子與陽(yáng)離子捕收劑間的協(xié)同作用；捕收劑YS-620獲得的精礦中Li2O的品位和回收率分別為1.22%和53.14%，選擇性與捕收能力均低于FX-01和JYM；FX-01選擇性與JYM相當(dāng)，但捕收能力低于JYM?？傮w而言，使用捕收劑JYM獲得的精礦中Li2O品位為1.55%、回收率為68.38%，選別指標(biāo)最佳。

2.1.2 捕收劑用量對(duì)鋰浮選指標(biāo)的影響

以陰陽(yáng)離子組合捕收劑JYM為鋰云母捕收劑，考察了其用量對(duì)鋰云母浮選指標(biāo)的影響，試驗(yàn)?zāi)サV細(xì)度≤0.074 mm、粒級(jí)含量40%、脫泥粒度0.038 mm、分散劑六偏磷酸鈉用量100 g/t，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 捕收劑JYM用量條件試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Results of collector dosage conditions

由圖3可見，隨捕收劑用量增加，鋰云母精礦Li2O品位總體呈下降趨勢(shì)，但變化并不顯著，而Li2O回收率逐漸上升后保持平穩(wěn)，其較優(yōu)捕收劑用量為400 g/t，此時(shí)可獲得Li2O品位為1.59%、回收率為72.66%的粗精礦。

2.1.3 脫泥粒度的確定

由于該礦石易風(fēng)化蝕變，在碎磨過程中，長(zhǎng)石等極易泥化，所產(chǎn)生的細(xì)泥表面積較大且表面能高，因而具有強(qiáng)烈的吸附特性，在鋰云母浮選過程中易吸附大量藥劑而上浮，并使鋰云母表面因缺藥而沉槽；同時(shí)，細(xì)泥無選擇性罩蓋礦物表面，進(jìn)一步惡化了浮選分離環(huán)境[1,9]。為保證鋰云母與脈石分離效果，需將細(xì)泥脫除。固定分散劑六偏磷酸鈉用量為100 g/t、捕收劑JYM用量為400 g/t，考察了脫泥粒度對(duì)鋰云母浮選指標(biāo)的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 脫泥粒度條件試驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Results of desliming size condition

由圖4可見，全泥浮選條件下，因細(xì)泥強(qiáng)烈的吸附作用，精礦Li2O回收率較低，隨著脫泥粒度升高，細(xì)泥中Li2O品位與回收率均逐漸升高，但浮選礦漿中微細(xì)顆粒含量降低，精礦品位與回收率均呈現(xiàn)升高趨勢(shì)，當(dāng)脫泥粒度大于0.031 mm時(shí)，精礦品位升高趨勢(shì)不再明顯，而細(xì)泥中Li2O的損失量快速增加，致使精礦回收率急劇降低，因此較優(yōu)脫泥粒度為0.031 mm。

2.1.4 磨礦細(xì)度對(duì)鋰浮選指標(biāo)的影響

磨礦細(xì)度的選擇決定了磨礦產(chǎn)品中鋰云母片徑大小、藥劑主要作用表面（001）面占比以及其單體解離效果[13,18]。磨礦細(xì)度過低，易使大片徑鋰云母沉槽，無法上??；磨礦細(xì)度過高，易導(dǎo)致長(zhǎng)石等礦物泥化嚴(yán)重，同時(shí)產(chǎn)生大量微細(xì)粒鋰云母，致使細(xì)泥中鋰損失量升高。固定脫泥粒度為0.031 mm，分散劑六偏磷酸鈉用量為100 g/t，捕收劑JYM用量為400 g/t，本研究考察了磨礦細(xì)度對(duì)鋰云母浮選指標(biāo)的影響，結(jié)果見圖5。

圖5 磨礦細(xì)度條件試驗(yàn)結(jié)果Fig.5 Results of grinding fineness conditions

由圖5所示，隨著磨礦細(xì)度升高，細(xì)泥中Li2O品位均逐漸降低，細(xì)泥中的Li2O損失量快速增大，精礦中Li2O品位呈下降趨勢(shì)，這與入選物料整體粒度組成降低有關(guān)，精礦Li2O回收率呈先上升后下降趨勢(shì)，原因?yàn)槟サV細(xì)度降低時(shí)，存在大量大片徑云母礦物顆粒，其粒度大、重量大，難以粘附泡沫而沉槽，提高磨礦細(xì)度后，此現(xiàn)象顯著改善，但過高的磨礦細(xì)度致使鋰隨細(xì)泥損失量升高，精礦Li2O回收率降低，因此最佳磨礦細(xì)度為≤0.074 mm粒級(jí)含量40%。

2.2 鋰云母浮選閉路流程試驗(yàn)

在上述優(yōu)化實(shí)驗(yàn)所得的實(shí)驗(yàn)條件下，開展了閉路試驗(yàn)流程，以確定其完整選礦流程及可獲得的選礦指標(biāo)，閉路試驗(yàn)流程見圖6，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 鋰云母浮選閉路流程試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Results of closed-circuit flotation process test of lepidolite

圖6 鋰云母浮選閉路試驗(yàn)流程Fig.6 Process of lepidolite flotation closed-circuit test

由表5可知，針對(duì)江西宜豐圳口里低品位鋰瓷石礦，在陰陽(yáng)離子組合捕收劑JYM體系下，采用脫泥-浮選工藝，經(jīng)過“一粗兩精兩掃”的選礦工藝流程，獲得了Li2O品位1.75%、Li2O回收率80.70%的鋰云母精礦，精礦品位與LA-ICP-MS分析所得的理論品位相近，表明鋰云母精礦純度較高，并且Li2O回收率較高，獲得了良好的選別指標(biāo)，本研究開發(fā)的工藝流程可較好地實(shí)現(xiàn)低品位鋰瓷石礦資源的開發(fā)利用。

3 結(jié) 論

1）江西宜豐圳口里鋰瓷石礦主要由鋰云母、長(zhǎng)石、石英組成，伴生少量鉭、鈮、錫、銣、銫等稀有金屬。該礦石品位較低，云母礦物中鉀含量較高，而鋰取代度較低，主要表現(xiàn)為白云母/絹云母性質(zhì)，云母中Li2O理論品位僅為1.72%左右，限制了精礦品位的提高。

2）針對(duì)該礦石性質(zhì)，陰陽(yáng)離子組合捕收劑JYM對(duì)其具有良好適應(yīng)性，其選擇性與捕收能力均較強(qiáng)，在該捕收劑體系下，采用脫泥-浮選工藝，控制磨礦細(xì)度≤0.074 mm粒級(jí)含量40%、脫泥粒度0.031 mm，以“一粗兩精兩掃”的工藝流程，可在原礦含0.31%Li2O的條件下獲得Li2O品位1.75%、Li2O回收率80.70%的鋰云母精礦，精礦純度較高，選別指標(biāo)良好。