勞德平，申士富，李崇德，康文澤，劉海營(yíng)，王金玲

鱗片石墨礦階段磨浮—預(yù)先分目工藝流程研究

勞德平1，申士富2，李崇德2，康文澤1，劉海營(yíng)2，王金玲2

（1.黑龍江科技大學(xué)石墨新材料工程研究院，黑龍江 哈爾濱 150022；2.北京礦冶研究總院礦物加工科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102600）

黑龍江雞西地區(qū)的典型區(qū)域變質(zhì)型石墨礦床，富含晶質(zhì)大鱗片石墨。結(jié)合礦石的工藝礦物學(xué)研究，確定采用一段鋼球粗磨粗選，粗精礦空白精選后再經(jīng)二段再磨四次精選，通過篩分獲得+0.147mm的大鱗片產(chǎn)品，繼續(xù)兩段再磨五次精選得到高品位產(chǎn)品。最終得到大鱗片產(chǎn)品品位95.16%、回收率17.17%，細(xì)鱗片產(chǎn)品品位96.29%、回收率73.50%，合計(jì)精礦回收率為90.67%。

鱗片石墨；階段磨礦—浮選；再磨介質(zhì)；預(yù)先分目

石墨為碳元素的結(jié)晶礦物之一，因其具有眾多優(yōu)異的物理化學(xué)特性，在國(guó)防、冶金、機(jī)械、化工、航天電子、耐火材料等行業(yè)中都起著不可忽視的作用。其中，晶質(zhì)石墨中的正目大鱗片石墨(+0.147mm)尤其具有很高的應(yīng)用價(jià)值，如制造石墨坩堝、作可膨脹石墨的原料、作鋰離子電池負(fù)極原料等。因此，保護(hù)石墨大鱗片是石墨選礦相對(duì)于其他礦物選別的一個(gè)特殊要求。盡管鱗片石墨具有良好的天然可浮性， 用浮選法可使其與脈石礦物分離， 但為了進(jìn)一步提高精礦品位和回收率， 以及正目鱗片石墨的回收率，需根據(jù)原礦礦物組成和石墨在礦石中的賦存狀態(tài)， 對(duì)傳統(tǒng)選礦工藝進(jìn)行調(diào)整[1]，以達(dá)到更理想的選別效果。

1 工藝礦物學(xué)研究

1.1 原礦化學(xué)分析

原礦主要化學(xué)成分為(%)：SiO255.26、CaO 3.19、Al2O313.36、MgO 2.82、NaO20.30、K2O 3.02、TiO20.37、P 0.054、S 0.06、Fe 4.51、固定碳 6.82、揮發(fā)分 7.82。從中可看出主要有用礦物為石墨，大部分為硅鋁酸鹽類以及含K、Ca、Mg、Ti、S等元素的脈石礦物，此部分需要在選礦過程中加以剔除。

1.2 礦石中石墨的粒度組成

礦石中目的礦物石墨的嵌布粒度是確定礦石磨礦工藝和磨礦細(xì)度的重要依據(jù)，其粒度組成見表1。結(jié)果表明，礦石中石墨主要以中、細(xì)粒嵌布為主，即細(xì)粒級(jí)0.010～0.074mm占39.00%，中等粒級(jí)0.074～0.300mm占48.70%，另有1.92%的微細(xì)顆粒和10.38%的粗顆粒，+0.147mm的大鱗片部分為31.04%，含量較多。

1.3 原礦主要礦物組成及石墨嵌布特性

礦石中主要有用礦物為石墨，另有少量金屬礦物褐鐵礦、金紅石等，非金屬礦物石英、長(zhǎng)石、白云石、綠泥石、方解石、白云母、黑云母、磷灰石以及微量其他礦物。

表1 礦石中石墨的粒度組成

礦石中石墨主要以片狀或片狀集合體的形式嵌布，其次以不規(guī)則狀嵌布于脈石礦物中，少量以微細(xì)粒片狀浸染于脈石礦物中，有時(shí)可見細(xì)片狀石墨與褐鐵礦密切的嵌布在一起，此外，部分粗粒的石墨中可見脈石等礦物的細(xì)粒包裹體。

2 選礦試驗(yàn)研究

通過以上工藝礦物學(xué)研究，礦石中的石墨主要以中、細(xì)粒嵌布為主，嵌布關(guān)系較復(fù)雜，其中大鱗片石墨(+0.147mm)含量為31.04%。為了提高經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值，需盡量保護(hù)大鱗片。

2.1 粗選條件試驗(yàn)

粗選條件試驗(yàn)流程圖見圖1。

圖1 粗選條件試驗(yàn)流程

2.1.1 磨礦細(xì)度

粗磨粗選在整個(gè)工藝流程中起著重要的作用，不僅要使石墨與脈石礦物充分單體解離保證回收率，而且要防止過磨造成大鱗片石墨的損失[2]。粗選條件為：捕收劑煤油40g/t、柴油40g/t、起泡劑BK201為64g/t、礦漿濃度42%、浮選時(shí)間8min。試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

由圖2可知：隨著磨礦細(xì)度的增加，精礦品位先增加后趨平，在-0.147mm粒級(jí)含量為60%時(shí)，回收率達(dá)到最大。石墨選礦過程中須考慮大鱗片破損情況，故一段磨礦細(xì)度不宜過大，只能進(jìn)行粗磨，綜合考慮粗選在于提高回收率以及從保護(hù)大鱗片出發(fā)，最終磨礦細(xì)度確定為-0.147mm粒級(jí)含量占60%，通過其解離度測(cè)定結(jié)果表明，石墨單體含量占46.85%，此時(shí)精礦產(chǎn)品中正目率為65.31%。

圖2 粗選磨礦細(xì)度試驗(yàn)

2.1.2 捕收劑用量

確定磨礦細(xì)度為-0.147mm含量60%，為了使浮選效果更佳，采用兩種捕收劑混合使用，分別探索其用量。固定柴油用量為40g/t、改變煤油用量、BK201為64g/t、礦漿濃度42%、浮選時(shí)間8min，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 粗選煤油用量試驗(yàn)

由圖3可以看出，隨著煤油用量增加精礦品位下降，回收率上升，在煤油用量為32g/t時(shí)。粗選具有最高的回收率，繼續(xù)增加用量，回收率有下降的趨勢(shì)。固定煤油用量為32g/t，改變柴油用量，其他試驗(yàn)條件同上，試驗(yàn)結(jié)果見圖4，可知，柴油用量為64g/t時(shí)，粗選指標(biāo)較好。

2.1.3 起泡劑用量

起泡劑BK201用量試驗(yàn)結(jié)果見圖5，其他試驗(yàn)條件同上。由圖5可知，隨著起泡劑用量的增加，精礦品位不斷下降，回收率呈上升趨勢(shì)，當(dāng)其用量為96g/t時(shí)，粗選具有較高回收率。

圖4 粗選柴油用量試驗(yàn)

圖5 粗選起泡劑BK201用量試驗(yàn)

2.2 階段磨礦階段選別預(yù)先分目試驗(yàn)

粗精礦中含有部分硬度較石墨大的脈石礦物，這部分礦物在磨礦過程中容易與鱗片石墨表面摩擦碰撞，對(duì)其造成極大破壞。因此，再磨時(shí)間不宜過長(zhǎng)，且必須盡早將已單體解離的鱗片石墨浮選分離出來，再對(duì)其進(jìn)行下一段再磨，直到精礦中+0.147mm粒級(jí)品位達(dá)到篩分分離目的為止，然后對(duì)-0.147mm粒級(jí)單獨(dú)磨礦選別，更有效地提高了產(chǎn)品質(zhì)量。采用階段磨礦階段選別預(yù)先分目工藝進(jìn)行選別，不僅提高了石墨品位，而且較好地保護(hù)了石墨大鱗片[3]。

2.2.1 再磨介質(zhì)選別

為了對(duì)比不同磨礦介質(zhì)下的再磨效果，對(duì)經(jīng)過一次空白精選后的精礦分別選用鋼球和鋯球作為再磨介質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖6、圖7。

圖6 鋼球介質(zhì)再磨試驗(yàn)

圖7 鋯球介質(zhì)再磨試驗(yàn)

分別從再磨前后一定級(jí)別產(chǎn)率的減少與品位提高的比值ω 來表征磨礦效果的好壞，公式如下：

式中：γ前、γ后——再磨前后一定級(jí)別產(chǎn)率(%)；

β前、β后——再磨前后一定級(jí)別品位(%)。綜合考慮大鱗片的產(chǎn)率和品位兩方面變化：再磨后某一級(jí)別大鱗片產(chǎn)率降低的越少，保護(hù)大鱗片的效果就越好；再磨時(shí)連生體解離的越充分，品位提高越大，效果也就越好[4]。故ω值越小，磨礦效果就越好。

根據(jù)圖6、圖7中再磨前后+0.147mm粒級(jí)產(chǎn)率和品位的變化，由以上公式計(jì)算得出，在磨礦時(shí)間為5、8、11、14min時(shí)，鋼球介質(zhì)得出ω值分別為1.48、1.20、1.20、1.21；鋯球介質(zhì)得出ω值分別為1.71、1.18、1.17、1.14。由此得出以下結(jié)論：①磨礦時(shí)間短時(shí)，鋼球ω值小于鋯球，即選用鋼球磨礦效果要好于鋯球，主要體現(xiàn)在鋼球?qū)υ倌ズ蟠篦[片產(chǎn)率降低幅度小；②磨礦時(shí)間長(zhǎng)時(shí)，鋯球ω值小于鋼球，即選用鋯球磨礦效果要好于鋼球，主要體現(xiàn)在鋯球?qū)μ岣咂肺惠^為有效；③所以確定一段再磨選擇鋼球，二段再磨選擇鋯球。

2.2.2 階段磨浮預(yù)先分目

試驗(yàn)中，在每段磨礦后首次精選統(tǒng)一添加少許藥劑，用量為煤油8g/t、柴油16g/t、起泡劑24g/t。這樣可以保證在對(duì)精礦品位影響不大的前提下盡量提高精礦回收率，減少中礦返回量，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

由表2可知，一段再磨再選后精礦中還不足以篩出合格品位的大鱗片，故對(duì)其進(jìn)行二段再磨再選，篩析結(jié)果可以看出，+0.147mm部分品位達(dá)95.36%，正目率為17.48%，考慮到保護(hù)大鱗片的目的，可對(duì)其進(jìn)行篩分，減少再磨對(duì)大鱗片的破壞；而-0.147mm部分雖產(chǎn)率大，但固定碳含量不達(dá)標(biāo)，接下來試驗(yàn)中可將其單獨(dú)再磨再選，經(jīng)過一定磨礦段數(shù)和精選次數(shù)來提高最終篩下產(chǎn)品質(zhì)量。

表2 精礦再磨再選試驗(yàn)結(jié)果

2.3 閉路試驗(yàn)

根據(jù)各中礦含量和性質(zhì)以及前述各試驗(yàn)流程結(jié)構(gòu)，最終確定閉路試驗(yàn)數(shù)質(zhì)量流程如圖8所示，篩下細(xì)鱗片采用二段再磨五次精選，使其在多次再磨選別過程中對(duì)鱗片表面粘附的或還未徹底解離的脈石礦物形成擦洗和剝離作用，以此獲得更高品位的石墨精礦。閉路試驗(yàn)中產(chǎn)生的中礦依次返回上一個(gè)試驗(yàn)礦樣，分別為：中礦1～5返回精選3，中礦6、7返回一段球磨再磨，中礦8～11返回粗選。

按照該閉路流程進(jìn)行到第5個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)時(shí)系統(tǒng)達(dá)到平衡[5]，閉路試驗(yàn)結(jié)果見表3，精礦1品位為95.16%，回收率為17.17%；精礦2品位為96.29%，回收率為73.50%，總回收率達(dá)90.67%，大鱗片占精礦比例為19.12%，此時(shí)正目有效保護(hù)率為62%。

圖8 閉路試驗(yàn)數(shù)質(zhì)量流程圖

表3 閉路試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

(1) 礦石中主要礦物為石墨、石英、長(zhǎng)石、白云母，兼有其他少量金屬礦物褐鐵礦、金紅石，易泥化的綠泥石和高嶺石。其中石墨嵌布形式主要為片狀或片狀集合體存在，原礦固定碳含量為6.82%，石墨大鱗片占有率為31.04%，有用礦物主要以中細(xì)粒嵌布，也有少量石墨分布在微細(xì)粒級(jí)別中，由于磨礦原因，一般較難回收。

(2) 采用一次粗磨粗選，一次掃選，粗精礦空白精選一次再經(jīng)過兩段不同磨礦介質(zhì)磨礦，四次精選后篩出合格大鱗片；篩下細(xì)鱗片再經(jīng)兩段再磨五次精選。最終經(jīng)閉路試驗(yàn)結(jié)果得到大鱗片品位95.16%，回收率17.17%，細(xì)鱗片品位96.29%，回收率73.50%，總的精礦回收率達(dá)90.67%；尾礦品位0.75%，回收率僅為9.33%的良好選別指標(biāo)。試驗(yàn)各指標(biāo)均達(dá)到了GB/T 3518-2008中高碳石墨的要求。

(3) 階段磨礦階段選別預(yù)先分目工藝不僅提高了最終產(chǎn)品的品位，且可有效的使石墨大鱗片損失程度降到最低，本文中正目有效保護(hù)率達(dá)62%。

[1]佟紅格爾，孫敬鋒，王林祥，等.預(yù)先選別法保護(hù)鱗片石墨選礦工藝研究[J].礦產(chǎn)保護(hù)與利用，2010(6)：37-39.

[2]張凌燕，邱楊率，黃雯，等.鞍山地區(qū)某石墨礦選礦試驗(yàn)研究[J].非金屬礦，2011，34(5)：21-23.

[3]劉渝燕，劉建國(guó)，魏健.某晶質(zhì)石墨礦提高精礦大片產(chǎn)率及品位的選礦工藝研究[J].非金屬礦，2003，26(1)：50-51.

[4]楊香風(fēng).石墨選礦及晶體保護(hù)試驗(yàn)研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2010.

[5]許時(shí).礦石可選性研究[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2010.

Study on Technological Process of Stage Grinding-flotation and Mesh Separation Beforehand for Flake Graphite Ore

LAO De-ping1, SHEN Shi-fu2, LI Chong-de2, KANG Wen-ze1, LIU Hai-ying2, WANG Jin-ling2
(1. Engineering Institute of Graphite New Materials, Heilongjiang University of Science and Technology, Harbin 150022, China; 2. State Key Laboratory of Mineral Processing, Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy, Beijing 102600, China)

Typical regional metamorphic graphite deposit in Heilongjiang Jixi area, which rich in amorphous big flaky graphite. Based on the study of ore process mineralogy, determined to adopt the technological process which contain one stage ball coarse grinding-roughing, rough concentrate by one blank cleaning, then through two stage regrinding and four times selection, through screening to obtain large scale products of +0.147mm, minus sieve through two stage regrinding and five times of cleaning until obtain high carbon product. Finally obtained good beneficiate index that the large flake product grade of 95.16%, recovery rate of 17.17%, fine scale product grade of 96.29%, recovery rate of 73.50%, total concentrate recovery rate reached 90.67%.

flake graphite; stage grinding-flotation; regrinding medium; mesh separation beforehand

TD975.2

A

1007-9386(2014)06-0032-04

2014-07-16

“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：2013BAE04B01)。