李亞，初靜波 ，王英凱，張旭，牛艷萍

（黑龍江省地質(zhì)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)測試研究中心，黑龍江 哈爾濱 150036）

石墨具有多種優(yōu)良的理化特性，隨著石墨科技發(fā)展，石墨烯等新材料的研制與應(yīng)用日新月異，而天然石墨是批量化生產(chǎn)石墨烯的廉價(jià)原料[1]。石墨根據(jù)結(jié)晶形態(tài)不同分為晶質(zhì)石墨和隱晶質(zhì)石墨[2]，截至2013年，全球已探明的天然石墨儲量約1.3億t[3]。石墨礦是黑龍江省最具優(yōu)勢的非金屬礦產(chǎn)資源，黑龍江東部石墨礦區(qū)晶質(zhì)石墨儲量巨大，鱗片狀態(tài)類型多樣，品質(zhì)差異較大。風(fēng)化蝕變帶中礦石因風(fēng)化使得礦物組成更為復(fù)雜，易對選礦實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生不利影響[4]，造成石墨礦物資源的浪費(fèi)。針對風(fēng)化帶礦石樣品的實(shí)驗(yàn)研究，對同類型石墨礦的選礦提純有一定參考意義。

1 礦石性質(zhì)

實(shí)驗(yàn)礦樣取自黑龍江某晶質(zhì)石墨礦風(fēng)化帶，礦石礦物組成有石墨、磁鐵礦、石英、長石、白云母（絹云母）、綠泥石等。礦石中固定碳含量為9.3%。石墨粒度一般大于0.1 mm，粒度較粗，且多呈自形片狀，晶形較好，石墨層間包裹有少量的白云母等雜質(zhì)礦物主要礦物成分見表 1。

表1 主要礦物組成Table 1 Main mineral composition

2 浮選條件實(shí)驗(yàn)

浮選是石墨礦常用的選別方法。實(shí)驗(yàn)擬采用煤油作為捕收劑，2#油作為起泡劑。該礦樣原礦硫含量偏低，僅為0.02%，因此調(diào)整劑方面未選用常用的氧化鈣。探索性實(shí)驗(yàn)中，有針對地對原礦中白云母等雜質(zhì)選用六偏磷酸鈉作為調(diào)整抑制劑，并做了用量實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明加入不同濃度的六偏磷酸鈉，對精礦品位和回收率并沒有明顯影響，不加入調(diào)整劑也可以得到較為理想的粗精礦指標(biāo)。

2.1 磨礦細(xì)度實(shí)驗(yàn)

在磨礦濃度為50%、煤油用量為93 g/t、2#油用量為112 g/t的條件下，采用一次粗選流程，分別針對-75 μm 50% ~ 90%區(qū)間五個(gè)不同磨礦細(xì)度進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖 1。

圖 1 磨礦細(xì)度對浮選指標(biāo)的影響Fig.1 Influence of grinding fineness on flotation index

由圖 1可知，隨著原礦-75 μm含量的提高，粗精礦產(chǎn)品固定碳含量呈上升趨勢，當(dāng)磨礦細(xì)度為-75 μm 60%時(shí)，粗選回收率達(dá)到96.20%。

鱗片石墨指+0.15 mm的鱗片狀石墨。在石墨浮選過程中應(yīng)特別注意鱗片石墨的保護(hù)，即在保證精礦品位要求的同時(shí)還要盡量提高大鱗片石墨的產(chǎn)率[5]。

為考查磨礦細(xì)度-75 μm 60%粗精礦中+石墨鱗片含量，將粗精礦用鹽酸、氫氟酸浸取、洗滌，至重量恒定后，實(shí)體鏡下檢查純度達(dá)到99%，測定+0.095 mm、+0.15 mm篩上鱗片石墨固定碳含量，并與-2 mm原礦酸浸結(jié)果對比，對比結(jié)果見表 2。

表2 原礦與粗精礦酸浸實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Test results of acid leaching of raw ore and coarse concentrate

酸浸實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果表明，-75 μm 60%粗精礦相比-2 mm原礦中+0.095 mm石墨鱗片品位有所提高，回收率僅略有下降。石墨礦選礦提高精礦質(zhì)量的常規(guī)途徑為多磨多選以保護(hù)大鱗片石墨，因此，暫定磨礦細(xì)度-75 μm 60%為后續(xù)實(shí)驗(yàn)所用磨礦細(xì)度條件。

2.2 捕收劑及起泡劑用量實(shí)驗(yàn)

在磨礦細(xì)度-75 μm 60%、2#油用量為112 g/t的條件下，考查捕收劑用量的改變對粗精礦指標(biāo)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖 2。

圖 2 捕收劑用量對浮選指標(biāo)的影響Fig.2 Influence of the amount of collector on the flotation index

圖2表明，隨煤油用量的增加，精礦固定碳回收率并未出現(xiàn)較大的變化，粗精礦品位介于29.5% ~ 32%之間變化，精礦產(chǎn)率為30%左右。

表 3 開路流程實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 Experimental results of open circuit process

石墨浮選常根據(jù)浮選現(xiàn)象及指標(biāo)同時(shí)調(diào)整捕收劑與起泡劑用量。2#油是常用的起泡劑，起泡性強(qiáng)，能生成大小均勻、粘度中等和穩(wěn)定性合適的氣泡，在石墨浮選中采用，常有較好的分選效果。在相同的磨礦細(xì)度條件下，煤油用量為52 g/t的條件下，考查2#油對浮選指標(biāo)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖 3。

圖 3 2#油用量對浮選指標(biāo)的影響Fig.3 Influence of 2# oil consumption on flotation index

從圖 3結(jié)果看，隨著起泡劑用量增加，精礦回收率也逐漸增加，但同時(shí)精礦固定碳品位也在下降。綜合考慮，煤油與2#油用量為分別有31 g/t和112 g/t、52 g/t和56 g/t兩種組合，品位及回收率指標(biāo)相當(dāng)，對應(yīng)粗精礦產(chǎn)率分別為29.08%和23.74%，從粗精礦產(chǎn)率角度分析，較少的起泡劑用量條件有利于降低再磨精選壓力，因此選定煤油用量為52 g/t、2#油用量56 g/t為后續(xù)實(shí)驗(yàn)條件。

2.3 一次再磨時(shí)間實(shí)驗(yàn)

石墨粒度主要分布于+0.1mm，約占總石墨量的78%，且與周圍礦物接觸平直，有利于其選礦初步富集。部分石墨層間包裹有雜質(zhì)，對礦石精礦品位會有一定影響，進(jìn)行多次精礦再磨浮選工藝有利于提高精礦品位。實(shí)驗(yàn)采用前述實(shí)驗(yàn)條件粗精礦作為入選礦物，經(jīng)過一次再磨一次粗選三次精選，考查再磨時(shí)間（再磨細(xì)度）對精礦指標(biāo)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖 4。

圖 4 一次再磨時(shí)間對浮選指標(biāo)的影響Fi.4 Influence of the regrind time on the flotation index

從圖 4結(jié)果可以看出，通過精礦再磨過程，精礦品位有了明顯的提高，石墨精礦需要延長再磨時(shí)間，以達(dá)到合適的浮選粒度。一次再磨10 min后，再磨細(xì)度達(dá)到-75 μm 76.96%時(shí)，精選后精礦品位達(dá)到83.28%，作業(yè)回收率為62.64%，指標(biāo)較為理想，選擇此條件進(jìn)行后續(xù)開路實(shí)驗(yàn)，同時(shí)增加再磨次數(shù)。

3 流程實(shí)驗(yàn)

3.1 開路流程實(shí)驗(yàn)

因石墨特有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通常需采用多段磨礦選別作業(yè)[6-9]，通過反復(fù)精選清洗富集，從而分段剝離層狀石墨，以期獲得大鱗片、高品位精礦產(chǎn)品。根據(jù)原礦多元素分析及礦物組成研究，參考探索性實(shí)驗(yàn)與條件實(shí)驗(yàn)，并借鑒國內(nèi)類似礦種選礦經(jīng)驗(yàn)及理論研究，確定了一段粗磨一段粗選兩段掃選，粗精礦經(jīng)過五段再磨六段精選的開路實(shí)驗(yàn)流程。

由表 3結(jié)果可知，固定碳含量為9.45%的實(shí)驗(yàn)樣品，通過開路實(shí)驗(yàn)，精礦固定碳品位為94.66%。經(jīng)各中礦產(chǎn)品分析，閉路流程選用循序返回流程即可達(dá)到較好的中礦循環(huán)入選品位，以保證理想的精礦產(chǎn)品回收率。

3.2 閉路流程實(shí)驗(yàn)及產(chǎn)品分析

通過條件實(shí)驗(yàn)及開路實(shí)驗(yàn)，確定了階段磨礦階段選別流程。在粗選磨礦細(xì)度為-75 μm 60%的條件下，進(jìn)行一段粗選兩段掃選、粗精礦五段再磨六段精選，中礦循序返回的閉路實(shí)驗(yàn)流程，閉路實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表 4。

表 4 閉路實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)Table 4 Statistics results of closed-ciracit test

對閉路流程精礦產(chǎn)品進(jìn)行粒度分析，分別考查+0.15 mm、-0.15+0.095 mm、-0.095+0.045 mm、-0.045 mm各粒級固定碳指標(biāo)，分析結(jié)果見表 5。

表 5 精礦產(chǎn)品粒度分析Table 5 Granularity analysis of concentrate products

粒度分析結(jié)果表明，各粒級品位隨著粒度減少而降低，+0.045 mm石墨均達(dá)到高碳石墨精礦指標(biāo)。+0.15 mm鱗片石墨固定碳品位96.12%，分布率10.11%，+0.15 mm大鱗片保護(hù)率37.09%。

尾礦粒度分析及鏡下檢查結(jié)果表明，石墨在尾礦中主要損失于-0.042 mm細(xì)粒級，絕大部分與脈石礦物連體或被脈石礦物包裹，單體含量極低。

4 結(jié) 論

（1）實(shí)驗(yàn)礦樣取自黑龍江某晶質(zhì)石墨礦風(fēng)化帶，礦石中石墨含量為9.3%，是主要的有用礦物。石墨粒度一般大于0.1 mm，粒度較粗，且多呈自形片狀，晶形較好，石墨層間包裹有少量的白云母等雜質(zhì)礦物。

（2）在粗選磨礦細(xì)度為-0.075 mm 60%的條件下，確定了一段粗選兩段掃選、粗精礦五段再磨六段精選，中礦循序返回的閉路實(shí)驗(yàn)流程，最終獲得產(chǎn)率9.19%，固定碳品位94.08%，回收率94.82%的石墨精礦產(chǎn)品。為該地區(qū)石墨資源的地質(zhì)評價(jià)及高效節(jié)約利用提供參考依據(jù)。