某鋰輝石礦選礦廠工藝研究及設(shè)計(jì)實(shí)踐

王聞單，趙紅星，蒲雪麗，胡航嘉，文 婭

(1.昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司，云南 昆明 650051；2.中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038)

0 引言

四川某鋰輝石礦床主要有用礦物以鋰輝石為主，其次有極少量的磷鋰鋁石、鋰云母，還有微量的鈮鐵礦、鈮鉭鐵礦、鉭鈮鐵礦、鉭鐵礦可供綜合利用。為綜合利用該鋰輝石礦資源，需新建一座規(guī)模為2 000 t/d的鋰輝石選礦廠。設(shè)計(jì)流程采用“浮選+磁選+重選”的聯(lián)合工藝，對(duì)礦石中的鋰輝石、鉭鈮礦石進(jìn)行綜合回收利用。該鋰輝石礦選礦廠現(xiàn)已建成投產(chǎn)，投產(chǎn)后生產(chǎn)穩(wěn)定，選別指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，實(shí)際生產(chǎn)指標(biāo)為原礦Li2O品位1.20%，鋰精礦Li2O品位5.48%，Li2O回收率75.44%。

1 礦石性質(zhì)

1)原礦礦石類(lèi)型。礦石類(lèi)型為花崗偉晶巖型鋰輝石礦石，以原生礦石為主。

2)礦石礦物組成及含量。礦石中主要礦物種類(lèi)及含量見(jiàn)表1。

表1 礦石中礦物種類(lèi)

3)礦石化學(xué)成分。原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 礦石中礦物種類(lèi) %

4)礦石中Li2O的賦存狀態(tài)。礦石中Li2O主要分布在鋰輝石中，鋰的元素配分表見(jiàn)表3。

表3 鋰的元素配分表 %

2 選礦試驗(yàn)

試驗(yàn)單位根據(jù)工藝礦物學(xué)研究的結(jié)果，對(duì)該鋰輝石礦樣進(jìn)行了方案探索試驗(yàn)、系統(tǒng)的條件試驗(yàn)及全流程閉路試驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)大聯(lián)系選礦試驗(yàn)[1]。擴(kuò)大連續(xù)全流程試驗(yàn)最終獲得的選礦指標(biāo)見(jiàn)表4，試驗(yàn)流程見(jiàn)圖1。

圖1 試驗(yàn)流程圖

表4 某鋰多金屬礦選礦擴(kuò)大連續(xù)試驗(yàn)全流程結(jié)果 %

1)試驗(yàn)推薦采用“鋰、鈮鉭混浮—混浮精礦弱磁除鐵—強(qiáng)磁分離鋰和鉭鈮、重選精選鈮鉭的工藝”對(duì)該鋰礦中的有價(jià)金屬進(jìn)行選礦回收。

2)該試驗(yàn)在常溫(20～25 ℃)條件下進(jìn)行，所獲得的選礦指標(biāo)較好，推薦的工藝流程簡(jiǎn)單、穩(wěn)定，精礦雜質(zhì)含量也符合精礦標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 選礦工藝設(shè)計(jì)方案

3.1 工藝流程的確定

選礦廠設(shè)計(jì)規(guī)模為2 000 t/d，服務(wù)年限14年。礦山供礦由露采和地采同時(shí)供礦，另有部分外購(gòu)礦石，通過(guò)汽車(chē)運(yùn)輸至選礦廠原礦堆場(chǎng)，供礦最大塊為700 mm。選礦廠工作制度：每年工作270天，每天3班，每班8小時(shí)。

破碎采用三段一閉路破碎流程，磨礦采用兩段閉路磨礦，選礦采用鋰鉭鈮浮選—混浮精礦弱磁除鐵—強(qiáng)磁、重選分離鈮鉭聯(lián)合工藝流程，選礦工藝流程見(jiàn)圖2，設(shè)計(jì)指標(biāo)見(jiàn)表5。鉭鈮精礦采用沉淀池脫水，鋰精礦、尾礦脫水均采用濃縮壓濾兩段脫水。浮選藥劑包括碳酸鈉、氫氧化鈉、氯化鈣、EM-PN5、硫酸亞鐵。

圖2 設(shè)計(jì)工藝流程圖

表5 選礦設(shè)計(jì)指標(biāo) %

3.2 碎礦系統(tǒng)

根據(jù)類(lèi)似礦山生產(chǎn)實(shí)踐，選礦廠能耗主要為磨礦作業(yè)，為了盡量降低磨礦功耗，碎礦流程的確定本著“多碎少磨”的原則，碎礦最終采用的是三段一閉路碎礦流程，最終碎礦產(chǎn)品粒度為-10 mm。粗破碎選用C120顎式破碎機(jī)，中細(xì)碎設(shè)備選用GP100S圓錐破碎機(jī)和HP300圓錐破碎機(jī)，篩分設(shè)備選用2DYK3060圓振動(dòng)篩。整個(gè)破碎系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)試產(chǎn)時(shí)即達(dá)到了設(shè)計(jì)產(chǎn)能要求。

3.3 磨礦、選別系統(tǒng)

磨礦采用兩段閉路磨礦流程。磨礦細(xì)度為-200目占75%～78 %。磨礦系統(tǒng)單系列配置，一段磨礦、二段磨礦均采用了3.6 m×4.5 m溢流型球磨機(jī)，一段磨礦分級(jí)采用4-Φ500旋流器組，二段磨礦分級(jí)采用6-Φ350旋流器組。

浮選流程采用鋰、鉭鈮礦混合粗選—四次精選—兩次掃選工藝。弱磁除鐵后的混合精礦采用高梯度強(qiáng)磁機(jī)分離鋰精礦、鉭鈮礦，最后鉭鈮礦重選提質(zhì)。從工藝上考慮選擇充氣機(jī)攪拌式浮選機(jī)，風(fēng)量可調(diào)節(jié)范圍大，有利于選礦過(guò)程中根據(jù)原礦性質(zhì)的變化而調(diào)整泡沫層厚度。因此，設(shè)計(jì)浮選設(shè)備選擇充氣攪拌式浮選機(jī)，對(duì)于日處理量2 000 t的單系列浮選設(shè)備，選擇容積為16 m3/8 m3組合的浮選機(jī)較為適宜。粗選、掃選Ⅰ和掃選Ⅱ選用16 m3浮選機(jī)共10槽，配置為4+3+3；精選Ⅰ、精選Ⅱ、精選Ⅲ和精選Ⅳ選用8 m3浮選機(jī)共10槽，配置為3+3+2+2。

3.4 脫水系統(tǒng)

鉭鈮精礦采用沉淀池脫水，鋰精礦、尾礦脫水均采用濃縮壓濾兩段脫水。值得注意的是，在鋰精礦、尾礦礦漿自然沉降試驗(yàn)中沒(méi)有較為明顯的澄清層出現(xiàn)，這可能是因?yàn)樵谀サV過(guò)程中，鋰輝石、鉭鈮礦、錫石礦等易細(xì)化，同時(shí)由于浮選過(guò)程中加入大量的堿，導(dǎo)致細(xì)泥分散程度高。故在脫水設(shè)備的選擇時(shí)考慮了礦泥的影響，參照類(lèi)似選廠的設(shè)備選取脫水設(shè)備型號(hào)：鋰精礦濃縮NXZ-30J高效濃縮機(jī)1臺(tái)；鋰精礦壓濾HMZGF220/1600-UK隔膜壓濾機(jī)2臺(tái)；尾礦濃縮NXZ-38高效濃縮機(jī)1臺(tái)；尾礦壓濾XMZ500/2000-U隔膜壓濾機(jī)4臺(tái)[2]。

4 設(shè)計(jì)過(guò)程中的關(guān)鍵因素分析

1)合理的工藝流程。針對(duì)“貧、細(xì)、雜”鋰輝石選礦，常用的工藝有“重磁選鈮鉭—重選尾礦浮選鋰輝石”和“鋰鉭鈮浮選—混浮精礦弱磁除鐵—強(qiáng)磁、重選分離鈮鉭聯(lián)合工藝”。后者相對(duì)于前者而言，其工藝在確保較好地回收鋰輝石的同時(shí)，有效實(shí)現(xiàn)了伴生鈮鉭礦物的綜合利用；且該工藝流程簡(jiǎn)單，可大幅減少鈮鉭礦的處理量，工業(yè)生產(chǎn)中選礦成本低。同時(shí)，該工藝流程靈活性較強(qiáng)，在原礦鈮鉭品位較低或市場(chǎng)鋰金屬價(jià)格較高時(shí)，可隨時(shí)停止后續(xù)選鈮鉭作業(yè)，以保證鋰輝石的回收，故設(shè)計(jì)流程選擇了“浮選+磁選+重選”的聯(lián)合工藝。

2)合適的作業(yè)條件。影響鋰輝石選礦的因素有很多，如磨礦細(xì)度、礦泥及易浮雜質(zhì)、合理的藥劑制度等，各因素之間又相互影響[3]。其中，合適的磨礦細(xì)度是礦物實(shí)現(xiàn)有效分選的關(guān)鍵，當(dāng)磨礦粒度過(guò)細(xì)時(shí)，由于該鋰輝石礦石含有云母、高嶺土、錫石等礦物，這些礦物在磨礦過(guò)程中，易泥化，從而惡化浮選環(huán)境。此外，在浮選過(guò)程中為避免礦泥對(duì)浮選的影響，所添加大量的堿或分散劑常會(huì)造成精礦、尾礦中礦泥沉降困難，因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮磨礦細(xì)度、藥劑制度、是否預(yù)處理等因素，以確定最佳選別條件。設(shè)計(jì)在充分分析試驗(yàn)報(bào)告后，確定磨礦細(xì)度為-200目占75%～78 %，對(duì)礦泥不做預(yù)處理，但是預(yù)留出脫泥設(shè)備位置，視后續(xù)生產(chǎn)情況進(jìn)行增加。

3)加溫浮選。項(xiàng)目建設(shè)地海拔約3 500 m，年平均氣溫約12.7 ℃，無(wú)霜期僅216天，10月～次年4月中旬為冰雪期，生產(chǎn)用水平均氣溫約為5～10 ℃。脂肪酸類(lèi)及胺類(lèi)等鋰輝石浮選捕收劑的性能受溫度影響較大，在與試驗(yàn)單位溝通后，試驗(yàn)單位補(bǔ)做了溫度條件試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著溫度的降低，浮選捕收劑的性能受到一定影響，溫度由30 ℃降至6 ℃時(shí)，鋰輝石精礦Li2O品位由4.43%降到4.03%，Li2O回收率則降低了近20個(gè)百分點(diǎn)，尾礦中鋰的損失大幅增加。

表6 低溫浮選對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

設(shè)計(jì)初期考慮采用加溫浮選，以盡量降低溫度對(duì)浮選指標(biāo)的影響，同時(shí)也進(jìn)行了加溫浮選經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的初步測(cè)算，測(cè)算結(jié)果表明加溫至30℃時(shí)，綜合經(jīng)濟(jì)效益較不加溫好。但是由于當(dāng)?shù)責(zé)o碳排放指標(biāo)，故設(shè)計(jì)采用不加溫浮選工藝，僅在藥劑制備時(shí)加溫。在設(shè)計(jì)指標(biāo)選取時(shí)也充分考慮了溫度影響因素。

5 結(jié)語(yǔ)

該礦山位于高寒、高海拔地區(qū)，設(shè)計(jì)充分考慮了當(dāng)?shù)氐淖匀坏乩憝h(huán)境及其相關(guān)政策，對(duì)原礦性質(zhì)及相關(guān)的試驗(yàn)研究進(jìn)行了分析，并結(jié)合周邊類(lèi)似礦山生產(chǎn)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，確定了合理的工藝流裎及工藝指標(biāo)。項(xiàng)目建成投產(chǎn)后，為企業(yè)和當(dāng)?shù)貛?lái)了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。同時(shí)，也為同類(lèi)型的鋰輝石選礦廠設(shè)計(jì)提供參考。