李 鳳 宋永勝 李文娟 蔡镠璐 陳 勇

(1.北京有色金屬研究總院，北京100088;2.生物冶金國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，北京100088)

我國(guó)目前開采的鱗片石墨礦固定碳品位大多在6% ～10%之間，但在實(shí)際生產(chǎn)中，缺乏資源與環(huán)境保護(hù)意識(shí)的礦山，大都采用采富棄貧、簡(jiǎn)單加工的方式去追求利潤(rùn)最大化的目標(biāo)。入選礦石固定碳品位在10%以上、尾礦固定碳品位在5%左右的石墨選礦廠目前仍不鮮見，在選礦技術(shù)尚不成熟的過去，這種狀況更加突出。

按我國(guó)年均排放石墨尾礦250萬t計(jì)，我國(guó)目前至少堆存有1億t石墨尾礦［1］。因此，類似上述情況的歷史石墨礦山的尾礦和現(xiàn)役石墨礦山的早期尾礦中就儲(chǔ)藏有大量的二次石墨資源。

而從我國(guó)石墨礦的區(qū)域分布特征看，這些礦山大多集中在黑龍江的雞西和蘿北、山東的青島等地區(qū)。這些地區(qū)普遍地勢(shì)較平坦，土地較肥沃，是我國(guó)糧食和經(jīng)濟(jì)作物的主產(chǎn)區(qū)。大量堆存的石墨尾礦不僅占用良田、污染水土，而且尾礦庫(kù)是下游安全的重大隱患。因此，對(duì)這些石墨尾礦進(jìn)行資源化、減量化研究與應(yīng)用，既符合國(guó)家的環(huán)境與資源政策，也可為社會(huì)創(chuàng)造大量的財(cái)富。

1 試樣性質(zhì)

1.1 試樣成分分析

試樣取自黑龍江省蘿北縣石墨礦區(qū)某尾礦庫(kù)［1-2］，灰色粉末狀。試樣主要化學(xué)成分分析結(jié)果見表1，主要礦物組成見表2。

表1 試樣主要化學(xué)成分分析結(jié)果Table 1 Main chemical component analysis of the sample %

表2 試樣主要礦物組成Table 2 Main mineral composition of the ore %

從表1可以看出，試樣中有回收價(jià)值的元素為固定碳，含量為4.98%。

從表2可以看出，試樣中礦物種類復(fù)雜，除含有4.87%的目的礦物石墨外，其他礦物以石英和絹云母含量最高，其余礦物還有鉀長(zhǎng)石、石榴石、鈣長(zhǎng)石、黑云母、鈉長(zhǎng)石、磁黃鐵礦、透閃石、輝石、方解石、透輝石、褐鐵礦、高嶺石、磁鐵礦等。

1.2 試樣粒度分析

試樣粒度分布結(jié)果見表3。

表3 試樣粒度分布結(jié)果Table 3 Size distribution of the sample

從表3可以看出，試樣－0.074 mm占89.48%，粒度較細(xì);各粒級(jí)石墨含量差異較大，0.030 mm以上各粒級(jí)石墨含量明顯較高，－0.030 mm粒級(jí)石墨含量雖然較低，但因－0.030 mm粒級(jí)產(chǎn)率高達(dá)70.02%，因而石墨分布率仍高達(dá)49.40%;除+0.074 mm粒級(jí)石墨單體解離度極低，其他各粒級(jí)石墨單體解離度基本相當(dāng)，試樣總單體解離度為75.59%。

1.3 試樣中主要礦物的嵌布特征

試樣中的石墨為無定形石墨，多以鱗片狀或平行狀石墨集合體及粒狀單體形式存在，具有強(qiáng)非均質(zhì)性;黑云母和絹云母均呈片狀、條帶狀分布，部分與石墨連生;石英多呈他形粒狀分布，部分和石墨連生。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

石墨具有密度小、天然可浮性好的特點(diǎn)，因此，既可以用重選工藝回收，也可以用浮選工藝回收［3-6］。相比較而言，重選工藝適合回收粗粒級(jí)片狀石墨，而浮選工藝適合回收細(xì)粒級(jí)石墨［7-8］。由于試樣中－0.030 mm粒級(jí)產(chǎn)率為70.02%，石墨分布率為49.40%，因此，本試驗(yàn)采用浮選工藝回收石墨。

2.1 粗選條件試驗(yàn)

2.1.1 煤油用量試驗(yàn)

石墨屬于非極性礦物，表面不易被水潤(rùn)濕，具有較好的天然可浮性［9］?；诿河蛯?duì)石墨的良好捕收性能，因此，選擇煤油為石墨浮選的捕收劑。煤油用量試驗(yàn)采用1次粗選流程，試驗(yàn)固定礦漿濃度為27%，起泡劑2#油用量為60 g/t，試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 煤油用量對(duì)石墨粗精礦指標(biāo)的影響Fig.1 Influence of kerosene dosage on rough concentrate index

從圖1可見，隨著煤油用量的增大，石墨粗精礦固定碳含量下降、回收率上升。綜合考慮，確定粗選作業(yè)的煤油用量為100 g/t。

2.1.2 2#油用量試驗(yàn)

2#油用量試驗(yàn)固定礦漿濃度為27%，煤油用量100 g/t，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 2#油用量對(duì)石墨粗精礦指標(biāo)的影響Fig.2 Influence of 2#oil dosage on rough concentrate index

從圖2可見，隨著2#油用量的增加，石墨粗精礦固定碳含量下降、回收率上升。綜合考慮，確定粗選作業(yè)2#油用量為60 g/t。

2.1.3 礦漿濃度試驗(yàn)

礦漿濃度試驗(yàn)固定煤油用量100 g/t，2#用量60 g/t，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 礦漿濃度對(duì)石墨粗精礦指標(biāo)的影響Fig.3 Influence of slurry concentration on rough concentrate index

從圖3可見，隨著礦漿濃度的提高，石墨粗精礦固定碳含量下降、回收率上升。綜合考慮，確定粗選礦漿濃度為25%。

2.2 精選1水玻璃用量試驗(yàn)

從粗選條件試驗(yàn)結(jié)果看，石墨粗精礦固定碳含量不高，要大幅度提高精礦固定碳含量，必須有效抑制礦漿中的脈石礦物，而水玻璃是硅酸鹽等脈石礦物的高效抑制劑［10］。在精選1添加水玻璃，可以有效抑制部分易浮脈石礦物，減少中間精礦再磨產(chǎn)生的次生礦泥對(duì)石墨精礦品質(zhì)的影響。

精選1水玻璃用量試驗(yàn)流程見圖4，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖4 精選1水玻璃用量試驗(yàn)流程Fig.4 Test flowsheet on dosage of sodium silicate for cleaning-1

從圖5可見，隨著水玻璃用量的增大，石墨精礦1固定碳含量先顯著上升后微幅下降，回收率先顯著下降后微幅上升。綜合考慮，確定精選1水玻璃用量為1 000 g/t。

圖5 精選1水玻璃用量對(duì)精礦1指標(biāo)的影響Fig.5 Influence of concentrate-1 index on dosage of sodium silicate for cleaning-1

2.3 一段磨礦細(xì)度試驗(yàn)

從2.2節(jié)試驗(yàn)結(jié)果看，石墨精礦1固定碳含量還不足41%。上述試驗(yàn)結(jié)果以及大量的研究和生產(chǎn)實(shí)踐表明，藥劑制度與工藝參數(shù)的優(yōu)化，以及選別段數(shù)的增加均有利于提高精礦品位，但提高有用礦物的解離度是提高精礦指標(biāo)的根本手段［11］。一段磨礦細(xì)度試驗(yàn)流程見圖6，試驗(yàn)結(jié)果見圖7。

圖6 一段磨礦細(xì)度試驗(yàn)流程Fig.6 Test flowsheet for primary grinding

圖7 一段磨礦細(xì)度對(duì)精礦2指標(biāo)的影響Fig.7 Influence of primary grinding fineness on concentrate-2 index

從圖7可見，隨著一段磨礦細(xì)度的提高，石墨精礦2固定碳含量和回收率均先上升后下降，高點(diǎn)均在磨礦細(xì)度為－0.074 mm占95.32%時(shí)。因此，確定一段磨礦細(xì)度為－0.074 mm占95.32%。

2.4 開路試驗(yàn)

石英和絹云母等在結(jié)構(gòu)上的差異，決定了絹云母等較石英等礦物難以與石墨解離。因此，不可能一次性完成石墨與各種脈石礦物的解離而不造成石墨過磨。為了盡量提高石墨的解離度并減少其過磨，石墨選礦通常采用多階段弱強(qiáng)度磨礦—浮選工藝。試樣開路試驗(yàn)流程見圖8，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

圖8 開路試驗(yàn)流程Fig.8 Flowsheet of open circuit tests

表4 開路試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Result of open circuit tests %

從表4可見，試樣經(jīng)1粗1精4階段磨礦5階段精選流程處理，獲得的最終精礦固定碳含量為87.32%、回收率為56.75%;中礦1～中礦4總固定碳回收率為31.27%、固定碳含量為10.92%。

為了確保精礦質(zhì)量和固定碳回收率，減少已單體解離的脈石礦物返回對(duì)再磨再選作業(yè)的影響，在低品位中礦(中礦1～中礦4)返回前先進(jìn)行了單獨(dú)再選試驗(yàn)。

2.5 低品位中礦再選試驗(yàn)

低品位中礦再選試驗(yàn)流程見圖9，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

圖9 低品位中礦再選試驗(yàn)流程Fig.9 Flowsheet of secondary experiment on low grade middling

表5 低品位中礦再選試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Results of secondary experiment on low grade middling %

從表5可見，低品位中礦經(jīng)1次掃精選，可以拋出作業(yè)產(chǎn)率為73.63%、固定碳含量為0.56%的合格尾礦，大大減少了中礦再磨量，有利于減少脈石礦物泥化對(duì)后續(xù)精選的影響。

2.6 閉路試驗(yàn)

在開路試驗(yàn)及低品位中礦掃精選試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行了全流程閉路試驗(yàn)，試驗(yàn)流程見圖10，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

圖10 閉路試驗(yàn)流程Fig.10 Flowsheet of closed circuit tests

從表6可見，采用圖10所示的流程處理該試樣，可獲得固定碳含量為85.65%、回收率為66.22%的石墨精礦。該精礦質(zhì)量滿足GB3519—83規(guī)定的耐火級(jí)石墨材料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

表6 閉路試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Results of closed circuit tests

3 結(jié)論

(1)黑龍江蘿北某石墨礦尾礦庫(kù)內(nèi)尾砂粒度較細(xì)，－0.074 mm占89.48%，有用礦物石墨含量為4.87%，脈石礦物種類較多，以石英和絹云母為主，含量均在20%左右;該尾砂各粒級(jí)石墨含量差異較大，0.030 mm以上各粒級(jí)石墨含量明顯較高，－0.030 mm粒級(jí)石墨含量雖然較低，但因該粒級(jí)產(chǎn)率高達(dá)70.02%，因而石墨分布率仍高達(dá) 49.40%;除 +0.074 mm粒級(jí)石墨單體解離度極低，其他各粒級(jí)石墨單體解離度基本均在80%左右;試樣中的石墨為無定形石墨，多以鱗片狀或平行狀石墨集合體及粒狀單體形式存在，具有強(qiáng)非均質(zhì)性;黑云母和絹云母均呈片狀、條帶狀分布，部分與石墨連生;石英多呈他形粒狀分布，部分和石墨連生。

(2)采用1粗1精—4階段磨礦5階段精選—高品位中礦直接返回—低品位中礦集中1次掃精選后返回流程處理該試樣，最終獲得了固定碳含量為85.65%、回收率為66.22%的石墨精礦，該精礦質(zhì)量滿足GB3519—83規(guī)定的耐火級(jí)石墨材料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

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