吳 堯,鄧朝安,常亮亮

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司,北京 100038)

石墨具有良好的耐高溫性及導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能,且具有良好的潤滑性和化學(xué)穩(wěn)定性。在冶金工業(yè)中主要用作耐火材料;在鑄造業(yè)中用作鑄模和防銹涂料;在電氣工業(yè)中用于生產(chǎn)碳素電極、電極碳棒、電池,制成的石墨乳可用作電視機(jī)顯像管涂料,制成的碳素制品可用于發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、通訊器材等諸多方面。在機(jī)械工業(yè)中用作飛機(jī)、輪船、火車等高速運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械的潤滑劑;在化學(xué)工業(yè)中用于制造各種抗腐蝕器皿和設(shè)備;在核工業(yè)中用作原子反應(yīng)堆中的中子減速劑和防護(hù)材料等;在航天工業(yè)中可做火箭發(fā)動機(jī)尾噴管喉襯,火箭、導(dǎo)彈的隔熱、耐熱材料以及人造衛(wèi)星上的無線電連接信號和導(dǎo)電結(jié)構(gòu)材料。此外,石墨還是輕工業(yè)中玻璃和造紙的磨光劑和防銹劑,制造鉛筆、墨汁、黑漆、油墨和人造金剛石的原料。隨著科技和工業(yè)的發(fā)展,石墨的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷拓寬,已成為高科技領(lǐng)域中新型復(fù)合材料的重要原料,在國民經(jīng)濟(jì)中具有重要作用[1]。

我國是世界上石墨儲量、產(chǎn)量最大的國家之一,其石墨選礦技術(shù)和相關(guān)裝備水平也長期處于世界領(lǐng)先地位。隨著新能源、新材料產(chǎn)業(yè)的崛起,石墨產(chǎn)品尤其是下游深加工制品越來越引起關(guān)注,正逐漸成為國防、航天、新材料等領(lǐng)域不可替代的重要材料。我國工業(yè)和信息化部發(fā)布的《石墨行業(yè)準(zhǔn)入條件》也對當(dāng)前的石墨市場乃至整個(gè)石墨行業(yè)的未來發(fā)展形成種種利好[2]。

本文通過對石墨礦選礦技術(shù)特點(diǎn)的總結(jié)分析,以某國內(nèi)大型石墨礦項(xiàng)目的開發(fā)、建設(shè)和生產(chǎn)工作為例進(jìn)行探討和研究。

1 石墨礦礦物學(xué)特性

石墨礦石自然類型主要有兩大類:石墨片巖型石墨礦石、石墨變粒巖型石墨礦石,其次為片麻巖型石墨礦石、混合巖型石墨礦石和含石墨大理巖型石墨礦石。

國內(nèi)大部分石墨礦屬于晶質(zhì)鱗片狀石墨礦,按其風(fēng)化程度又可分為2 個(gè)亞類:風(fēng)化石墨礦石和原生石墨礦石。礦石礦物成分較為單一,為石墨,黑灰—銀灰色,偏光鏡下為煙灰色,顯晶質(zhì)片狀或片狀集合體。脈石礦物種類很多,其中石英、云母、長石占80%～90%以上,礦石類型為含石墨大理巖時(shí),方解石為主要脈石礦物。某國內(nèi)大型石墨礦的原礦礦物組成及相對含量如表1 所示,原礦主要化學(xué)成分分析如表2 所示。

表1 礦物組成及相對含量表

表2 主要化學(xué)成分分析結(jié)果表

2 石墨選礦工藝特點(diǎn)

石墨礦石相對于常見的黑色金屬及有色金屬,既要求石墨礦具備較高的精礦品位,又應(yīng)盡可能保護(hù)石墨礦物的晶體結(jié)構(gòu)。因此,對其選礦技術(shù)和工藝方案提出了不同要求。

(1)由于石墨礦石硬度一般為中硬或中硬偏軟,因此選廠的破碎流程較為簡單常采用兩段、三段的開路破碎,也有新建的較大型選礦廠采用三段一閉路破碎流程。

(2)石墨礦準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)中石墨精礦中大鱗片含量要求、保護(hù)石墨鱗片自然結(jié)晶狀態(tài),石墨選礦中磨礦工藝的制定非常重要?？紤]到大直徑磨機(jī)拋落作用更強(qiáng)、對石墨礦沖擊更大、更易破壞石墨的鱗片狀態(tài),現(xiàn)場生產(chǎn)中一般采用直徑2.7 m 以下規(guī)格球磨機(jī),目前國內(nèi)僅有個(gè)別現(xiàn)場嘗試采用直徑3.6 m 規(guī)格球磨機(jī),具體使用效果尚不理想。

(3)石墨礦多采用粗精礦多段再磨、多段選別、中礦順序(或幾種、或分段集中)返回的流程進(jìn)行分選。因?yàn)槭蛇x性較好,經(jīng)多段再磨再選后基本上可得到品位90%以上、回收率80%以上的石墨精礦。采用多段再磨主要是出于保護(hù)石墨大鱗片少受損壞[3]。

國內(nèi)常見大鱗片石墨礦石的選礦工藝流程圖,如圖1 所示。

圖1 國內(nèi)石墨礦石常規(guī)工藝流程圖

3 國內(nèi)某大型石墨礦選礦實(shí)例

國內(nèi)某大型石墨礦山石墨礦床屬沉積變質(zhì)礦床,礦床工業(yè)類型為中-深變質(zhì)巖晶質(zhì)石墨礦床。礦石自然類型主要有兩大類:石墨片巖型石墨礦石、石墨變粒巖型石墨礦石,其次為片麻巖型石墨礦石、混合巖型石墨礦石和含石墨大理巖型石墨礦石。礦石工業(yè)類型屬于晶質(zhì)鱗片狀石墨礦,按其風(fēng)化程度又可分為2 個(gè)亞類:風(fēng)化石墨礦石和原生石墨礦石。風(fēng)化石墨礦石松軟,分布于地表深度至45.82 m。其下為原生礦石,礦石較堅(jiān)硬,礦石礦物石墨為鱗片狀、葉片狀結(jié)構(gòu)。石墨與共生脈石礦物構(gòu)成片狀、團(tuán)塊狀和條帶狀構(gòu)造。經(jīng)試驗(yàn)研究,為該礦山制定了“三段一閉路-階段磨礦階段選別-再磨再選段八磨九選-單段脫水”的原則流程,并最終得到了品位95%、回收率85% 的石墨精礦,其中0.045 mm(-325 目)的粒級含量≤35%,石墨精礦含水≤25%,后續(xù)經(jīng)過干燥作業(yè)能達(dá)到水分含量≤5%。具體流程如圖2 所示。

圖2 國內(nèi)某大型石墨選廠工藝流程圖

在該石墨礦選礦廠建設(shè)中,針對石墨礦選礦技術(shù)特點(diǎn),應(yīng)用了以下針對性的技術(shù)措施:

(1)為兼顧選礦回收率指標(biāo)和最終產(chǎn)品的成品率,從保護(hù)石墨礦鱗片,避免過磨的角度考慮,將粗磨作業(yè)由傳統(tǒng)的一段閉路磨礦調(diào)整為兩段閉路磨礦,一段磨礦細(xì)度為-0.15 mm 占50%,磨礦產(chǎn)品經(jīng)一段粗選、一段精選產(chǎn)出粗精礦1;二段磨礦細(xì)度為-0.074 mm 占60%,二段磨礦給礦為一段粗選尾礦,磨礦產(chǎn)品經(jīng)一粗、二掃產(chǎn)出粗精礦2 和最終尾礦。粗精礦1 經(jīng)一段再磨進(jìn)入精選1 及后續(xù)作業(yè),粗精礦2 直接進(jìn)入精選1 及后續(xù)作業(yè)。此工藝流程調(diào)整充分考慮了石墨選礦技術(shù)特點(diǎn),一方面實(shí)現(xiàn)了快速回收石墨礦物優(yōu)先進(jìn)入后續(xù)再磨再選工序,減少過磨,減少最終石墨精礦細(xì)粒級含量,提高產(chǎn)品成品率;另一方面通過二段磨礦,提高最終拋尾精度,進(jìn)而提高選礦回收率。

(2)精選作業(yè)采用八次再磨九段精選,再磨設(shè)備一段再磨采用球磨機(jī),其它均采用立式攪拌磨機(jī),立式攪拌磨磨礦介質(zhì)采用中鋁陶瓷球。采用立式攪拌磨機(jī)能很好的剝離石墨精礦表面,提高石墨可浮性增加浮選效率。磨礦介質(zhì)采用中鋁陶瓷球比鵝卵石更優(yōu),鵝卵石易碎,一方面影響磨礦效率,另一方面脫落石英會污染石墨表面,最終降低石墨精礦品位。

(3)石墨精礦密度輕、粒度細(xì)且呈鱗片狀,不易沉降。經(jīng)國內(nèi)石墨選礦廠多年生產(chǎn)實(shí)踐證明,濃縮機(jī)很難達(dá)到脫水目的,其溢流水“跑渾”現(xiàn)場嚴(yán)重。石墨精礦通常采用一段脫水工藝,即浮選精礦不經(jīng)濃縮直接采用過濾脫水工藝。一段脫水的過濾設(shè)備經(jīng)國內(nèi)外石墨選礦生產(chǎn)實(shí)踐表明,采用帶壓榨、吹干工藝的壓濾機(jī)對精礦濾餅水份控制最好。

4 小結(jié)

(1)目前國內(nèi)在石墨選礦行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范文件較其他有色金屬和黑色金屬仍不充足,亟待進(jìn)一步對石墨礦選礦工藝的生產(chǎn)規(guī)范化、合理化。

(2)石墨礦選廠的產(chǎn)品因主要功效不同關(guān)注的核心參數(shù)也不盡相同,但最終精礦中固定粒級的含量對石墨礦選別中的設(shè)備選擇有重要影響,此方面的研究工作仍顯不足。

(3)目前國內(nèi)的石墨礦缺少大規(guī)模、規(guī)范化、現(xiàn)代化的選廠,大多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)組織較為落后、選用設(shè)備較為老舊、自動化程度普遍不足,在目前礦山行業(yè)普遍走向大型化、智能化的時(shí)代背景下仍顯不足。