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        石墨再磨介質(zhì)球?qū)Ρ仍囼炑芯竣?/h1>
        2022-11-10 06:24:36張國旺
        礦冶工程 2022年5期

        龍 淵,張國旺,肖 驍,劉 瑜,趙 湘,石 立

        (1.長沙礦冶研究院有限責任公司,湖南 長沙 410012;2.湖南金磨科技有限責任公司,湖南 長沙 410012)

        鱗片石墨是一種重要的非金屬礦物材料,它具有耐高溫、熱電導性、抗熱震及潤滑性等優(yōu)良特性,被廣泛應用于冶金、機械、能源材料、航空航天等工業(yè)[1-2]。鱗片石墨具有特殊的片層狀結(jié)構(gòu),其鱗片結(jié)構(gòu)越完整[3]、表面光潔度越好,深加工制備材料性能[4]也越好。因此,在石墨的磨礦[5]、選別過程中,減少鱗片結(jié)構(gòu)破壞[6],保持石墨結(jié)構(gòu)完整性及合適的粒度分布,具有重要意義。

        黑龍江蘿北地區(qū)有豐富的鱗片石墨資源,產(chǎn)出的粒度-0.147 mm、固定碳含量95%以上的產(chǎn)品(簡稱-195磷片石墨)被廣泛用來制備球形石墨作為負極材料使用。在生產(chǎn)過程中,使用攪拌磨[7]作為再磨設(shè)備,鵝卵石作為磨礦介質(zhì),通過9~10段磨礦選別,最終產(chǎn)出-195鱗片石墨。球形石墨原料要求石墨精礦中細粒級(-45 μm)含量在35%以下,且要求粒度分布要集中,然而,當?shù)厥V中-45 μm粒級含量達45%且石墨分級難度大,嚴重影響球形石墨成球率及產(chǎn)品經(jīng)濟效益。本文采用立式攪拌磨進行介質(zhì)球?qū)Ρ鹊哪サV研究,旨在研究出好的介質(zhì)球參數(shù),在磨礦過程中,降低石墨過磨現(xiàn)象,為工業(yè)應用提供技術(shù)指導。

        1 試驗儀器及原料制備

        主要設(shè)備及儀器包括錐形球磨機(XMQ-Φ250×90型)、立式攪拌磨機(JM-50L型)、浮選機(XFD-3L型)、真空過濾機(XTLZ-Φ260/Φ200)和數(shù)顯鼓風干燥箱(GZX-9240MBE)、泰勒篩(Φ200×50型)、超聲波清洗機(HT-1000型)等。依照國標GB 3251—2008石墨化學分析方法分析固定碳含量。

        試驗原料為黑龍江蘿北地區(qū)的石墨礦,粒度在20 mm以下,其原礦主要化學成分分析結(jié)果如表1所示,其中固定碳含量12.29%,主要脈石為石英與鋁硅酸鹽類物質(zhì)。

        表1 石墨原礦主要化學成分(質(zhì)量分數(shù)) %

        按圖1所示工藝流程進行粗精礦制備,為后續(xù)試驗提供再磨原料。分析化驗結(jié)果顯示,粗精礦固定碳含量55.23%,尾礦固定碳含量1.31%。

        圖1 粗精礦制備流程

        對制備的粗精礦進行了粒度篩分分析,結(jié)果見表2。

        表2 粗精礦粒度分析結(jié)果

        由表2看出,制得的粗精礦中,+150 μm粒級含量5.98%,-75 μm粒級含量69.87%,-45 μm粒級含量50.21%。將該制備好的石墨粗精礦樣烘干混樣均勻后,進行后續(xù)再磨介質(zhì)球磨礦對比研究。

        2 介質(zhì)球種類對比試驗研究

        2.1 磨礦產(chǎn)品粒度分布

        試驗條件:磨礦設(shè)備采用LXM-50L型立式攪拌磨機,取上述制備的粗精礦樣4份,每份2 kg,分別采用直徑15~20 mm的鋼球(7.8 g/cm3)、微晶球(4.0 g/cm3)、褐瓷球(3.0 g/cm3)以及鵝卵石(2.6 g/cm3,大小不均)4種介質(zhì)球作為磨礦介質(zhì)進行磨礦,介質(zhì)填充率55%,磨機轉(zhuǎn)速150 r/min,磨礦濃度25%。將石墨粗精礦細磨至產(chǎn)品細度-75 μm粒級占80%,不同介質(zhì)球所需磨礦時間見表3。

        表3 不同介質(zhì)球磨礦時間對比

        從表3可以看出,不同介質(zhì)球磨礦效率不同,密度越大,磨礦效率越高,在4種介質(zhì)球中,鋼球磨礦效率最高,3.0 min即可磨至指定細度,鵝卵石因外形不規(guī)則,磨礦效率最低,需5.8 min。

        同時,對磨礦產(chǎn)品在超聲波清洗機中進行多粒級篩分,不同介質(zhì)球所得磨礦產(chǎn)品粒度分析結(jié)果見表4。

        表4 磨礦產(chǎn)品粒度分析結(jié)果

        從表4可以看出,采用不同介質(zhì)球進行粗精礦磨礦,在細磨至-75 μm粒級占80%左右時,鋼球作為磨礦介質(zhì),-38 μm粒級含量達到了63.95%,過磨相對嚴重;鵝卵石作為磨礦介質(zhì),其-38 μm粒級含量僅58.23%;微晶球與褐瓷球磨礦效果相近,處于中間值。

        2.2 介質(zhì)球磨耗對比

        在研究不同介質(zhì)球磨礦效果的同時,也對磨礦后的介質(zhì)球進行了磨耗(損失率)分析,即磨礦前稱重與磨礦后烘干稱重對比,結(jié)果見表5。

        表5 不同介質(zhì)球磨礦損耗對比

        由表5可以看出,在實驗室磨機中,磨礦至同一目標細度時,鵝卵石相對易磨損,損失率達2.72%,

        2.3 磨礦產(chǎn)品浮選對比試驗

        為了評價不同介質(zhì)球?qū)κ志V剝片解離效果的影響,取4種不同介質(zhì)球的粗精礦磨礦產(chǎn)品500 g,其細度為-75 μm粒級占80%,然后按圖2所示流程進行浮選,結(jié)果見表6。

        圖2 粗精礦再磨再選流程

        表6 粗精礦再磨再選結(jié)果

        從表6可以看出,采用褐瓷球作為磨礦介質(zhì),較其他幾種介質(zhì)球而言,浮選獲得的精礦產(chǎn)率與回收率最高,分別為71.68%與97.57%,且精礦固定碳含量為75.69%。采用鋼球作為磨礦介質(zhì),磨礦產(chǎn)品細粒級含量高,浮選難度增大,細粒級不易上浮,影響浮選指標。采用鵝卵石作為磨礦介質(zhì),產(chǎn)率較褐瓷球低3.58個百分點,說明解離效果偏差。此外,粗精礦產(chǎn)品固定碳含量間接反映了介質(zhì)磨損的細塊在磨礦過程中持續(xù)變細后成為粉料進入到石墨磨礦產(chǎn)品中。

        2.4 浮選精礦產(chǎn)品分析

        對4種不同介質(zhì)磨礦浮選所得的精礦1分別進行了粒度組成分析,結(jié)果見表7。對4種介質(zhì)球磨礦浮選獲得的精礦1,選取+38 μm粒級產(chǎn)品進行掃描電鏡分析,結(jié)果見圖3。

        表7 精礦1粒度分析結(jié)果

        圖3 不同介質(zhì)球磨礦浮選所得精礦1掃描電鏡照片

        從表7和圖3可知,采用鋼球作介質(zhì)球時,精礦產(chǎn)品粗粒級含量少、細粒級含量多,且因鋼球密度大,在磨礦過程中對鱗片破壞較大,動能大,石墨鱗片上即將脫落細碎鱗片多,鱗片邊緣斷裂與沖擊損傷較為明顯。采用微晶球、褐瓷球及鵝卵石作介質(zhì)球時,精礦產(chǎn)品粒度分布情況相近;微晶球作介質(zhì)球獲得的精礦產(chǎn)品鱗片邊緣上也有一定的細小鱗片,但較鋼球而言,鱗片輪廓較規(guī)則一些;褐瓷球作介質(zhì)球獲得的精礦產(chǎn)品石墨鱗片表面劃痕少,邊緣輪廓清楚且較規(guī)整;鵝卵石作介質(zhì)球時精礦表面粗糙、形狀不規(guī)則,運轉(zhuǎn)過程中有較多的擠壓力,造成精礦鱗片表面劃痕與缺陷較多。綜上,褐瓷球在磨礦過程對石墨精礦的結(jié)構(gòu)保護效果較好。

        3 結(jié) 論

        1)通過磨礦對比試驗,將石墨礦細磨至-75 μm粒級占80%左右時,介質(zhì)球密度越大,磨礦效率越高;鋼球作為介質(zhì)球時,產(chǎn)品細粒級含量高,過粉碎相對嚴重;鵝卵石作為介質(zhì)球時,產(chǎn)品中細粒級含量低,但磨礦效率較低且在磨礦過程中磨損率高;微晶球與褐瓷球作為介質(zhì)球時產(chǎn)品細粒級含量處于中間水平。

        2)對磨礦后產(chǎn)品進行浮選,與其他介質(zhì)球相比,采用褐瓷球作為磨礦介質(zhì),浮選獲得的精礦產(chǎn)率與回收率指標均較好,分別為71.68%與97.57%,精礦固定碳含量為75.69%。

        3)精礦產(chǎn)品微觀分析結(jié)果表明,采用褐瓷球作為磨礦介質(zhì)時,磨礦產(chǎn)品粒度分布較好,浮選指標較優(yōu),得到的精礦表面結(jié)構(gòu)更為規(guī)則完整。綜合磨礦效率、介質(zhì)磨損率、過磨程度、產(chǎn)品鱗片結(jié)構(gòu)完整性等因素,在工業(yè)應用中,建議采用形狀規(guī)則、密度適宜、耐磨性較好的褐瓷球作為石墨再磨介質(zhì)。

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