湖南某鋰云母與長石綜合選礦試驗研究*

彭少偉 王兆連 張洪秀 劉風(fēng)亮 王 前 盧 昊魏守江 竇海濤 王寶春 白子嬌 金寶靜

(1 山東華特磁電科技股份有限公司 山東 濰坊 262600)

(2 山東省磁力應(yīng)用技術(shù)裝備重點實驗 山東 濰坊 262600)

我國是重要的鋰資源大國,已探明的鋰礦資源工業(yè)儲量位于全球第二位,主要分布于四川、江西、新疆、青海、西藏、湖南、湖北、河南及福建等[1]。具有工業(yè)利用價值的含鋰礦物主要為鋰輝石、鋰云母及鹽湖鹵水等,其中鋰云母是最常見的含鋰礦物,一般產(chǎn)于花崗偉晶巖中,常伴有長石、石英、黑云母、鉭鈮礦、錫石、氧化鐵等礦物。鋰云母作為提取金屬鋰、碳酸鋰和鋰化學(xué)制品的主要原料,廣泛地應(yīng)用于鋰電池、冶金、玻璃、陶瓷、醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域[2]。近年來,隨著綠色環(huán)保的新能源快速發(fā)展,對鋰電池原材料的需求量隨之大幅度地增加。目前,國內(nèi)鋰云母加工企業(yè)主要采用“磨礦—脫泥—浮選”工藝進行選礦回收,在浮選前需以水力旋流器預(yù)先脫除影響浮選指標(biāo)的細(xì)泥,部分細(xì)片狀鋰云母同時損失于溢流的細(xì)泥中,降低鋰金屬量的回收率;同時浮選藥劑對水、土壤、空氣等環(huán)境形成一定的影響[3]。隨著立環(huán)、電磁漿料、超導(dǎo)等強磁選設(shè)備工藝與技術(shù)的發(fā)展及綠色環(huán)保政策的落實,越來越多的生產(chǎn)企業(yè)開始選擇“磁選+浮選”工藝進行鋰云母及長石的綜合回收。

湖南某鋰云母選礦廠采用“脫泥—浮選”的常規(guī)工藝,脫除的細(xì)泥中鋰損失率約17%,一粗二掃三精選的浮選回收率約70%,長石精礦產(chǎn)率約50%。筆者主要通過常規(guī)磁選、分級磁選、浮選提純等工藝與常規(guī)“脫泥—浮選”的對比研究,在提高鋰回收率的同時,產(chǎn)出兩種粒度高品質(zhì)長石精礦產(chǎn)品,大幅度降低了尾礦排放量,使鋰云母與長石及細(xì)泥得到綜合回收和利用。

1 原礦性質(zhì)

礦樣取自湖南臨武鋰云母生產(chǎn)現(xiàn)場,原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果(見表1),其主要礦物組成及含量(見表2)。由表1 可知,樣品中的有益元素為Li2O、SiO2、Al2O3、K2O、Na2O 等,有 害 元 素 為Fe2O3、CaO、Mg O、S、P、CaF2等。由表2可知,樣品中有價礦物為鋰云母、鐵鋰云母、鋰輝石、石英、鉀長石、鈉長石等。此外,還分布有少量的白云母、螢石、黑云母、褐鐵礦、鐵白云石、角閃石、磁鐵礦、黃鐵礦、錫石等。鋰云母、鐵鋰云母、白云母、黑云母等礦物均呈鱗片狀構(gòu)造,與石英、長石等礦物之間單體解離程度高,主要賦存于+0.038 mm 粗粒中。主要雜質(zhì)礦物:褐鐵礦、黑云母、磁鐵礦、鐵白云石、角閃石、磷灰石、硫鐵礦、螢石等含量較低。

表1 原礦多元素分析結(jié)果(質(zhì)量%)

表2 原礦主要礦物組成及含量(質(zhì)量%)

2 試驗研究

2.1 試驗方案

鋰云母的可浮性與云母相近,浮選工藝不僅在酸性介質(zhì)中采用陽離子捕收劑浮選;而且在堿性介質(zhì)中采用陰離子捕收劑進行浮選。兩種工藝均需預(yù)先脫泥,以降低細(xì)泥質(zhì)對浮選過程的影響,且需多次精選[4]。鋰云母呈片狀構(gòu)造常含有少量的鐵、錳、鈦,尤其是鐵鋰云母,分子式中含有一定量的鐵,故具有弱磁性,可采用高梯度磁選機進行強磁選回收。目前常用的強磁選設(shè)備主要為立環(huán)高梯度磁選機、電磁漿料高梯度磁選機及超導(dǎo)磁選機等[5]。

磁選工藝主要選擇處理量大、能耗低的立環(huán)和電磁漿料高梯度磁選機進行磨礦細(xì)度、場強、粗選、掃選、精選、分級磁選等條件對比,采用不同的磁選工藝對鋰云母及長石進行綜合回收。

2.2 磨礦細(xì)度試驗

將鋰云母礦石分別破碎、磨礦至-200 目52%、64%、76%三種細(xì)度、礦漿濃度為30%、選擇立環(huán)高梯度磁選機的磁場強度為1.2 T、15 Hz脈動等條件進行一次粗選對比試驗,以確定合適的磨礦細(xì)度條件。對比試驗選礦指標(biāo)(見表3)。磨礦細(xì)度對比指標(biāo)顯示,鋰精礦品位隨著細(xì)度的增加而降低,回收率隨著細(xì)度的增加而提高,尾礦鋰含量相對降低。說明在粗磨礦條件下,礦物間解離度不足,在細(xì)磨礦條件下,礦物產(chǎn)生泥化現(xiàn)象;綜合各選礦指標(biāo),以-200目64%的磨礦細(xì)度條件較為適宜。尾礦中Li2O 含量為0.20%,提高磁選時的磁場強度,以提高選礦回收率指標(biāo)。

表3 磨礦細(xì)度對比試驗結(jié)果

2.3 磁選強度試驗

磨礦細(xì)度-200目64%、30%礦漿濃度等條件,選擇立環(huán)高梯度磁選機分別做1.2 T、1.4 T、1.6 T 等不同磁場強度條件一次粗選對比試驗,場強對比選礦指標(biāo)(見表4)。

表4 磁場強度對比試驗結(jié)果

通過提高磁場強度對比試驗指標(biāo)顯示,精礦品位隨著場強的提高而逐步降低,回收率則逐步提高,其中1.4 T 場強時的選礦效果較優(yōu),可獲得產(chǎn)率為25.93%、Li2O 品位為1.08%、回收率為68.29%的粗精礦產(chǎn)品。

3種條件所得尾礦中,Li2O 含量最低為0.18%,需考慮增加掃選流程并提高磁場強度以提高回收率;立環(huán)強磁選出的粗掃精合并精選,以提高精礦品位。

2.4 常規(guī)磁選試驗

采用30%礦漿濃度、-200目64%細(xì)度,立環(huán)高梯度磁選機經(jīng)1.4 T 一次粗選、1.6 T 一次掃選,混合粗精礦再經(jīng)1.4 T 一次精選的試驗流程進行鋰云母與長石的常規(guī)磁選綜合回收,選礦工藝流程(見圖1),選礦試驗指標(biāo)(見表5)。

圖1 常規(guī)強磁選鋰試驗流程

表5 強磁粗掃精選試驗結(jié)果

采用立環(huán)高梯度磁選機一粗一掃一精選的開路試驗流程,可分別得到產(chǎn)率為16.58%,Li2O 為品位1.63%、Li2O 回收率為64.29%的鋰精礦產(chǎn)品,及產(chǎn)率為69.06%、Fe2O3為0.69%、白度為42.68%的長石精礦產(chǎn)品。從常規(guī)強磁選工藝指標(biāo)分析,精礦中Li2O 回收率不高,中礦所含的Li2O 可以返回粗選再次回收,鋰的回收率還有待提高。但所獲得的長石精礦中Li2O 含量仍較多為0.14%、Fe2O3含量同樣較高為0.69%,在1 200℃所測白度僅為40.68%,說明一部分鋰云母及其他含鐵礦物沒有得到有效選別。

2.5 粒度篩析試驗

對磨礦細(xì)度-200目64% 經(jīng)立環(huán)一粗一掃選所獲得的長石精礦產(chǎn)品進行粒度篩析,其結(jié)果(見表6)。長石精礦粒級篩析結(jié)果顯示,+0.074 mm 粗粒級和0.074～0.038中粒級中Li2O 含量低于給礦品位,說明立環(huán)高梯度磁選機對粗、中粒級鋰云母有較好選別效果。而-0.038 mm 細(xì)粒級中Li2O 含量為0.23%,遠(yuǎn)高于給礦品位,分布率為59.71%,說明常規(guī)磁選對這部分細(xì)粒級鋰云母難以回收,選擇電磁漿料高梯度磁選機強化對細(xì)粒中鋰云母及其他含鐵礦物綜合選別。

表6 粒度篩析結(jié)果

2.6 分級磁選試驗

-200目64%細(xì)度原礦經(jīng)立環(huán)高梯度磁選機一次粗選,尾礦以水力旋流器分級,其中+0.038 mm 中粒級產(chǎn)品經(jīng)立環(huán)高梯度一次掃選,立環(huán)粗掃精合并后再經(jīng)立環(huán)一次精選;-0.038 mm 細(xì)泥經(jīng)電磁漿料磁選機一次粗選+一次精選,分別獲得中、細(xì)粒兩份鋰云母精礦產(chǎn)品及中、細(xì)粒兩份長石精礦產(chǎn)品。試驗流程見圖2,選礦指標(biāo)(見表7)。

圖2 分級磁選試驗工藝流程

表7 分級磁選試驗結(jié)果

原礦經(jīng)立環(huán)將易選的鋰云母選出,磁尾分級粗粒和細(xì)粒兩種細(xì)度,分別選擇適于粗粒級礦物選別的立環(huán)磁選機和適用于細(xì)粒級礦物選別的電磁漿料磁選機進行分級磁選,能取得較好的選礦指標(biāo),鋰的總回收率達(dá)到87.79%,較常規(guī)磁選回收率78.57%提高至9.22%;粗細(xì)粒兩種長石精礦中的Li2O 含量分別降為0.04%、0.09%,白度分別達(dá)到61.53%、42.70%,高于常規(guī)磁選的長石質(zhì)量;中礦Li2O 含量為0.68%,可返回粗選作業(yè)進行回收。

2.7 磁+浮與脫泥浮選對比試驗

原礦分級強磁選出的粗細(xì)?；旌箱嚧志V采用堿性介質(zhì)、陰離子HT 作捕收劑、一粗一掃一精選的流程。分級磁選+浮選閉路試驗流程見圖3,與常規(guī)脫泥一粗一掃一精選的浮選試驗對比結(jié)果(見表8)。

圖3 分級磁選+浮選提精閉路試驗流程

表8 磁+浮與脫泥浮選對比試驗結(jié)果

常規(guī)“脫泥—浮選”工藝中,細(xì)泥質(zhì)中的Li2O 損失率占17.07%,鋰精礦品位達(dá)到2.65%、回收率為70.73%,所得長石精礦產(chǎn)率為49.61%、白度為62.05%;采用分級磁選+浮選工藝,鋰精礦品位達(dá)到2.57%、回收率為82.93%。較常規(guī)“脫泥—浮選”工藝相比,分級磁選+浮選工藝所獲得鋰精礦品位相近,回收率提高了12.20%;分級磁選工藝可強化鋰云母及弱磁性氧化礦物的回收,分別獲得白度為60.68%、41.82%的粗細(xì)粒兩種長石精礦產(chǎn)品,長石精礦總產(chǎn)率較常規(guī)“脫泥—浮選”工藝提高了25.06%,同時降低27.81%的尾礦排放量。

綜上所述:①花崗偉晶巖型鋰云母礦中主要有價礦物為鋰云母、鐵鋰云母、長石、石英等,主要雜質(zhì)礦物為氧化鐵、硅酸鐵等。采用常規(guī)浮選工藝時需提前脫除影響浮選過程的細(xì)泥質(zhì),部分呈細(xì)片、微細(xì)片狀鋰云母與細(xì)泥隨著上升水流經(jīng)溢流排出,造成鋰金屬量的損失;浮選時需添加大量的調(diào)整劑、抑制劑、捕收劑,增加生產(chǎn)成本,加大環(huán)保壓力。②采用強磁選工藝及設(shè)備可有效地回收鋰云母,尤其是選擇立環(huán)和電磁漿料高梯度磁選機等強磁選設(shè)備,進行粗細(xì)粒分級分選,可大幅度地提高鋰云母的回收率及長石的品質(zhì);分級強磁選+浮選組合工藝,可獲得產(chǎn)率為13.25%、Li2O 品位為2.57%、Li2O 回收率為82.93%的鋰精礦產(chǎn)品;粗細(xì)粒分級磁選工藝強化弱磁性雜質(zhì)礦物的選別,可獲得產(chǎn)率為44.51%、Fe2O3為0.15%、白度為60.68%的粗粒長石精礦及產(chǎn)率為30.16%、Fe2O3為0.53%、白度為41.82%的細(xì)粒長石精粉等兩種產(chǎn)品,使有價礦物得到充分地綜合回收利用,可節(jié)省浮選藥劑成本,減少尾礦排放量,為礦山企業(yè)創(chuàng)造更高的生產(chǎn)效益。