余利紅 ，高玉德 ，張國范 ，孟慶波 ，吳迪 ，李雙棵

（1.中南大學資源加工與生物工程學院，湖南 長沙 410000；2.廣東省科學院資源利用與稀土開發(fā)研究所，稀有金屬分離與綜合利用國家重點實驗室，廣東 廣州 510000）

鋰在20世紀初期開始商業(yè)化生產(chǎn)之后，被廣泛應用于電池、陶瓷、玻璃、潤滑劑、制冷液、核工業(yè)和光電等行業(yè)領域，是國防科技及民用工業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略性資源[1-3]。目前，偉晶巖型鋰礦和鹽湖鹵水型鋰礦是鋰資源主要的來源，鹵水中鋰資源儲量豐富但開發(fā)利用相對困難，因此從賦存于偉晶巖型鋰礦中的鋰輝石等礦物中提取鋰仍然是獲取鋰原料的重要途徑[4-5]。然而，由于近年來對鋰輝石礦的大量開發(fā)，高品位易分選鋰輝石礦已經(jīng)越來越少，目前可開發(fā)利用的鋰輝石礦大多品位低，含泥量高，賦存狀態(tài)復雜。因此，對低品位難選鋰輝石分選技術(shù)的研究對國民經(jīng)濟的發(fā)展尤為重要[6-8]。

非洲某偉晶巖型鋰輝石礦儲量豐富，開采容易，具有較高的開發(fā)利用價值。但是原礦Li2O品位僅有0.87%，屬于低品位鋰輝石礦，同時原礦中含有綠泥石等泥質(zhì)礦物，礦物分選難度大。為了能夠更好地實現(xiàn)該鋰礦資源的綜合利用，本文采用組合捕收劑在不脫泥的情況下對其展開了選礦實驗研究。

1 礦石性質(zhì)

對原礦進行多元素分析，結(jié)果見表1。結(jié)果顯示，該礦樣具有回收價值的金屬元素主要為鋰，含量為0.87%，其次是錫和鈮，但是含量均很低未達到綜合回收標準，因此該礦石屬于低品位含鋰礦石。

表1 原礦多元素分析結(jié)果/%Table 1 Multi-elements analysis results of the ore sample

采用MLA礦物自動定量檢測系統(tǒng)對原礦的礦物組成及含量進行測定，結(jié)果見表2。原礦中鋰礦物以鋰輝石為主，同時含有少量鋰云母及微量的磷鋰錳礦，鋰輝石中的鋰約占原礦中鋰含量的86.09%。脈石礦物以石英和鈉長石為主，其次為鉀長石和白云母。鋰輝石是分選工藝回收的主要礦物，理論含Li2O量8.03%左右，混有少量的鈉和鐵。通過掃描電鏡觀察可以發(fā)現(xiàn)鋰輝石顆粒較粗，呈板狀或不規(guī)則狀，與白云母、鉀長石、石英等脈石礦物連生，見圖1。

圖1 鋰輝石工藝礦物學特征Fig.1 Process characteristics of spodumene

表2 原礦中主要礦物及含量%Table 2 Mineral composition and contents in the ore sample

2 結(jié)果與討論

2.1 實驗方法

目前對于鋰輝石與脈石礦物的分選以正浮選為主，藥劑制度經(jīng)過不斷發(fā)展也形成了“三堿兩皂”的經(jīng)典組合[9]。根據(jù)本礦樣的礦石性質(zhì)，確定實驗選用堿法不脫泥正浮選工藝，并通過磁選法對浮選獲得的鋰粗精礦進行提純。使用Na2CO3、NaOH和CaCl2作為調(diào)整劑，YA-1為主要捕收劑，YA-2、油酸皂和環(huán)烷酸皂作為輔助捕收劑，對該鋰礦浮選藥劑制度進行實驗研究。實驗條件探索流程見圖2。

圖2 浮選實驗條件探索流程Fig.2 Flowsheet of flotation experiment

2.2 實驗結(jié)果及分析

2.2.1 磨礦細度實驗

合適的磨礦細度能促進目的礦物與脈石的解離，增大顆粒晶面的暴露程度和反應活性，是浮選分離的必要條件，但是磨礦細度過細時又會產(chǎn)生大量礦泥，阻礙浮選分離的進行[10]。因此，確定合適的磨礦細度具有重要的意義。根據(jù)工藝礦物學研究結(jié)果，本礦石中有部分鋰輝石與石英、長石和云母等脈石礦物連生，同時還有少量脈石礦物包含于鋰輝石中，因此需要通過磨礦來使其分離以保證浮選粗精礦的品位和回收率。在粗選Na2CO3用量500 g/t、NaOH用量100 g/t、CaCl2用量100 g/t、主捕收劑YA-1和輔助捕收劑YA-2用量分別為1600 g/t和800 g/t，掃選YA-1用量800 g/t、YA-2用量400 g/t條件下，對不同磨礦細度的原礦進行浮選實驗，對浮選精礦進行分析，研究磨礦細度對鋰輝石浮選的影響。

從圖3可以發(fā)現(xiàn)，當磨礦粒度較粗時，鋰輝石粗精礦的品位較高，但是由于粗粒礦物上浮困難，粗精礦產(chǎn)率較低，Li2O回收率只有36.56%。隨著-0.074 mm粒級含量的增大，Li2O品位先快速降低然后在-0.074 mm粒級含量占比達到65%左右時又迅速地升高。Li2O回收率隨著磨礦細度的變細逐漸升高，并在-0.074 mm粒級含量75%～80%時達到極大值。當磨礦細度繼續(xù)增大到80%以上時，鋰粗精礦泡沫礦化較差，泡沫上浮量大，礦泥夾帶嚴重，不利于精選。故綜合考慮，-0.074 mm粒級占比75%時分選效果較佳。

圖3 磨礦細度對鋰輝石浮選的影響Fig.3 Effect of grinding fineness on spodumene flotation

2.2.2 NaOH用量實驗

鋰輝石在弱堿性環(huán)境中具有較好的可浮性，添加氫氧化鈉能調(diào)節(jié)礦漿pH值，改善鋰輝石的浮選，同時有研究表明氫氧化鈉對鋰輝石表面具有選擇性溶蝕作用，能讓鋰輝石表面暴露出更多的金屬離子活性質(zhì)點強化與捕收劑的作用[11]。在磨礦細度-0.074 mm 75%條件下，調(diào)節(jié)NaOH用量研究其對鋰輝石浮選的影響。從圖4可以看出，隨著氫氧化鈉用量的增加，精礦Li2O品位不斷提高。在氫氧化鈉用量為0～40 g/t時，鋰浮選尾礦損失較少，但是浮選過程中泡沫礦化較差，礦泥夾帶嚴重，粗精礦Li2O品位較低不利于精選。粗精礦Li2O品位隨著NaOH用量的增加在逐漸增大，但是回收率逐漸降低。當NaOH用量為100 g/t時，鋰粗精礦Li2O 品位為3.54%，回收率為65.65%，繼續(xù)增大氫氧化鈉用量，鋰粗精礦產(chǎn)率降低至10%以下，掃選精礦產(chǎn)率大于鋰粗精礦產(chǎn)率，鋰輝石上浮滯后。綜合考慮，NaOH的用量100 g/t為宜。

圖4 NaOH用量對鋰輝石浮選的影響Fig.4 Effect of NaOH dosage on the flotation of spodumene

2.2.3 輔助捕收劑實驗

在磨礦細度-0.074 mm 75%，Na2CO3用量500 g/t，NaOH用量100 g/t，CaCl2用量100 g/t的條件下，采用鋰輝石常用捕收劑YA-1作為主捕收劑，分別選擇環(huán)烷酸皂、油酸皂、脂肪皂類YA-2作為輔助捕收劑，進行輔助捕收劑種類探索實驗。從圖5可以看出，環(huán)烷酸皂與YA-1混合使用，選擇性捕收能力較差；油酸皂和YA-2分別與YA-1混合使用，對本礦樣鋰輝石的浮選選擇性捕收能力較強。在相同的藥劑用量下，相較于油酸皂，YA-1與YA-2混合使用對本礦樣中鋰輝石捕收能力更強。故針對本礦樣選擇YA-2作為輔助捕收劑。

圖5 輔助捕收劑對鋰輝石浮選的影響Fig.5 Effect of auxiliary collectors on the flotation of spodumene

選擇YA-1作為主捕收劑，YA-2作為輔助捕收劑，在捕收劑總用量為2400 g/t的條件下，調(diào)整主捕收劑與輔助捕收劑的配比研究輔助捕收劑YA-2的用量對鋰輝石浮選的影響，見圖6。由圖6可以發(fā)現(xiàn)，隨著輔助捕收劑YA-2用量的增大，鋰精礦的品位降低，回收率則先增大然后又降低，當捕收劑配比達到1∶1時達到了極大值。當輔助捕收劑用量為800 g/t時，鋰精礦品位降低不大，而回收率已經(jīng)接近極大值，繼續(xù)增大用量會使得精礦Li2O品位嚴重降低，不僅使得產(chǎn)品質(zhì)量降低而且使得生產(chǎn)成本增加，因此確定輔助捕收劑用量為800 g/t。

圖6 捕收劑配比對鋰輝石浮選的影響Fig.6 Effect of collector ratio on flotation of spodumene

2.3 浮選閉路實驗

根據(jù)條件實驗確定的藥劑制度及工藝流程，使用1∶1的YA-1和YA-2作為捕收劑進行一粗二掃三精的浮選閉路實驗，閉路實驗流程見圖7，閉路實驗結(jié)果見表3。最終實驗獲得Li2O品位6.03%，回收率70.14%的鋰輝石精礦。

圖7 浮選閉路實驗流程Fig.7 Flowsheet of closed-circuit test

表3 浮選閉路實驗結(jié)果Table 3 Results of closed-circuit test

2.4 磁選實驗

對浮選閉路鋰精礦進行雜質(zhì)元素分析，結(jié)果見表4。經(jīng)分析結(jié)果與鋰輝石精礦質(zhì)量標準《鋰輝石精礦》YS/T-261-2011品級要求對比，發(fā)現(xiàn)Li2O含量6.03%達到化工—1級要求，但是Fe2O3含量超標，達到了4.80%。

表4 鋰粗精礦主要元素分析/%Table 4 Main elements of lithium concentrate

采用高梯度磁選對該鋰輝石精礦進行除鐵實驗，結(jié)果見表5。從表5可知，經(jīng)0.2 T磁選，鋰輝石精礦Li2O品位為6.42%，F(xiàn)e2O3含量為2.14%，屬化工級-1產(chǎn)品，鋰作業(yè)回收率為79.41%；經(jīng)0.6 T磁選，鋰輝石精礦Li2O品位為6.74%， Fe2O3含量為0.60%，屬陶瓷級產(chǎn)品，鋰作業(yè)回收率為65.24%。對磁場強度為0.2 T時的磁選精礦在顯微鏡下觀察，見圖8?？梢钥闯?，部分細粒鋰輝石與鐵磁性礦物團聚在一起，夾雜進入磁性產(chǎn)品中，造成鋰粗精礦磁選作業(yè)回收率偏低，通過在磁選前加入H2SO4充分攪拌使鋰輝石與鐵磁性礦物分離可以有效提高回收率。

圖8 0.2 T磁場下磁選精礦Fig.8 Magnetic separation concentrate under 0.2 T magnetic field

表5 鋰精礦磁選實驗結(jié)果Table 5 Results of lithium concentrate magnetic separation experiment

3 結(jié) 論

（1）工藝礦物學研究結(jié)果表明，該樣品中鋰礦物含量較多且種類繁多，以鋰輝石為主，還含有少量鋰云母和磷鋰錳礦等。礦樣中鋰輝石平均含Li2O 7.97%，呈板狀或不規(guī)則狀，與白云母、鉀長石、石英等脈石礦物連生。脈石礦物以石英、鈉長石為主，其次為鉀長石和白云母。

（2）通過選擇性調(diào)漿-鋰輝石浮選工藝流程，實現(xiàn)了鋰的高效回收。對含Li2O 0.87%的礦樣，使用碳酸鈉作為脈石抑制劑、氯化鈣作為鋰浮選活化劑、YA-1/YA-2作為捕收劑，經(jīng)過一粗二掃三精浮選流程，得到Li2O 品位6.03%、回收率70.14%的鋰輝石浮選精礦。

（3）采用高梯度磁選對浮選得到的鋰粗精礦進行除雜，當磁場強度為0.2 T時，得到的鋰輝石精礦Li2O品位為6.42%，F(xiàn)e2O3含量為1.46%，符合化工級-1產(chǎn)品要求；當磁場強度為0.6 T時，得到的鋰輝石精礦Li2O品位為6.74%，F(xiàn)e2O3含量為0.60%，符合陶瓷級產(chǎn)品要求。