湖北某地石墨礦選礦工藝研究

李桂玲

(中南冶金地質研究所,湖北 宜昌 443003)

湖北某地石墨礦選礦工藝研究

李桂玲

(中南冶金地質研究所,湖北 宜昌 443003)

通過對該石墨礦工藝礦物學、選礦的影響因素及選礦工藝流程的探索，研究該礦石的可選性；經過一次粗磨兩次掃選，粗精礦四次再磨五次精選，獲得固定碳含量為92.16%的石墨精礦,精礦回收率為88.00%,選別效果理想。

石墨;浮選;粗選;精選;掃選;再磨

中國石墨資源豐富,種類齊全,品位中等,質佳易選;且開采簡單,運輸方便,對發展石墨生產極為有利。全國石墨產量每年以5%左右速度增長。1987年產量29.66萬t,1988年已達35.57萬t,出口量為11萬t,占世界貿易量43%左右;1989年產量約35萬t,出口量為16.6萬t,占世界貿易量50%以上;2014年產量約70萬t。在全國非金屬礦出口產品中,位居第四位,僅次于菱鎂礦、螢石、鋁釩土。

石墨屬于可浮性較好的非金屬礦物,由于不同的用途對產品有不同的要求,這使石墨的選礦與金屬礦選礦相比顯得難度更大。石墨選礦不僅要保證精礦品位和回收率較高,還必需盡量保護石墨的鱗片[1]。

本研究以湖北某地石墨礦為原料,對石墨浮選的影響因素進行了探索,確定了一套適宜的選別工藝流程,為該礦石的合理開發利用提供依據。

1 礦石工藝礦物學研究

1.1 礦石化學組成

原礦化學分析結果見表1。

表1 原礦化學多項分析結果(%)

1.2 原礦礦物組成

1.2.1 原礦XRD組成

原礦XRD組成分析結果如圖1。由分析結果可知,礦物組成主要礦物為:石英、云母類(黑云母和白云母)、石墨、長石類和綠泥石。

圖1 石墨原礦XRD圖譜Fig.1 XRD map of graphite raw ore

1.2.2 原礦礦物組成及產出特征

礦石肉眼觀察呈灰黑色—深灰色,片麻狀構造,鱗片變晶結構,肉眼可見石墨、石英、云母類。

原礦磨制薄片和光片,鏡下鑒定顯示:礦石主要組成礦物為石墨、黑云母、白云母、石英、長石類、綠泥石。

石墨:片狀或條狀,大小不均,揉皺明顯,分布具有一定的方向,和片麻理的方向一致,石墨片的延長方向和云母片一致。最大片徑0.6 mm,最小0.001 mm,一般0.074～0.203 mm,最厚0.091 mm,一般在0.010～0.050 mm,最薄0.000 5 mm。石墨含量5%左右。

石英:無色,半自形—他形的粒狀,大小不均,透鏡狀和集合體的石英單體大,揉皺強烈的區域石英顆粒相對較小。石英最大0.6 mm,最小0.001 mm,一般0.050～0.15 mm,石英集合體總體呈透鏡狀或香腸狀,與富含石墨和云母類的條帶相間分布,石英的含量約38%。

白云母:無色,條狀或片狀,明顯揉皺,與石墨、黑云母“平行”連生,單體一般片徑0.050～0.105 mm,最大0.8 mm,最小0.001 mm,含量約為20%;黑云母:褐色,片狀或條狀,少部分綠泥石化。片徑最大0.9 mm,最小0.002 mm,一般在0.050～0.6 mm;黑云母片最厚0.4 mm,一般0.05 mm。與石英共生的較新鮮,與石墨、白云母共生的揉皺明顯的多水化或綠泥石化。黑云母約含30%。

長石類礦物較少,<5%。

綠泥石:和絹云母都是蝕變礦物,呈黑云母和長石的假象存在。含量<1%。

金屬礦物主要是黃鐵礦:他形粒狀,大小不均,黃色反射色,星點狀分布,最大0.8 mm,最小0.002 mm,一般0.5～0.1 mm,礦物含量1%。

磁鐵礦:他形粒狀,零星分布,最大0.34 mm×1.3 mm,一般0.2～0.08 mm,含量<1%[2]。

2 選礦工藝研究

石墨選礦的產品鱗片粒度以粗細兩頭產品價值高,尤以粗鱗片用途廣,選礦過程中應盡量保護大鱗片石墨不受破壞。

石墨選礦一般采用浮選法,為保護鱗片,工藝流程為一段粗磨-100目占40%～60%,對粗精礦進行3～5段再磨;磨礦時采用低轉速和低充填率的長筒溢流型磨礦機。精選次數為5～7次,精選濃度4%～7%。原生粒度較細的鱗片石墨選礦時應以獲得高品位精礦為主,使石墨精礦品位達90%～95%。石墨選礦只能在粒度較寬的范圍內進行,采用多段磨礦、多段選別流程。因此中礦返回次數多,性質差異大,中礦返回地點的選擇,直接關系著流程結構的合理性[3]。

該礦石為細磷片石墨礦,根據石墨礦選礦技術發展現狀和本礦石性質特征,為盡量保護石墨晶體鱗片完整性,采用了以下工藝技術:

(1) 選擇棒磨。以沖擊力較小的磨礦介質進行磨礦,并同時加入礦泥分散劑和助磨劑,以減少磨礦對石墨鱗片的破壞。磨礦筒體直徑/長度值應盡可能小,更多地利用磨礦介質的磨削力進行礦物解離而規避磨礦介質對石墨鱗片的沖擊力。

(2) 粗磨粗選,選擇粗精礦多次再磨精選階段的磨選工藝流程。石英等硬度較大的脈石礦物,會垂直切削石墨鱗片使之受損,通過粗磨粗選盡可能早地拋除這些脈石;同時,階段磨礦—階段浮選,也可有效地提高石墨精礦品位,提升產品品質。

試驗將通過對石墨礦浮選的各種影響因素的研究及開、閉路試驗探索,最終確定一套合適的選礦工藝流程。

2.1 粗選條件試驗

2.1.1 磨礦細度試驗

固定粗選條件為:捕收劑煤油用量300 g/t,2#油用量75 g/t,生石灰用量為2 000 g/t(此時礦漿pH調至8～9),選用1.5 L浮選槽,浮選濃度為26.67%,變化粗磨磨礦時間為30 s、50 s、70 s、90 s。按照圖2所示流程進行試驗,所得精礦進行干篩分級,分為兩個粒級:+100目和-100目,試驗結果見表2。

圖2 磨礦細度條件試驗流程圖Fig.2 Flow chart of condition test of grinding fineness

表2 磨礦細度條件試驗結果

Table 2 Test results of grinding fineness condition

磨礦時間/s-100目含量/%產物名稱產率/%固定碳含量/%回收率/%3063．26精礦(+100目)11．0030．1651．22精礦(-100目)6．2628．9227．96尾礦82．741．6320．825071．96精礦(+100目)11．4529．6359．22精礦(-100目)7．1227．3333．96尾礦81．440．486．827080．17精礦(+100目)10．1433．4355．13精礦(-100目)7．3828．9234．68尾礦82．480．7610．199083．75精礦(+100目)6．7446．352．87精礦(-100目)9．7825．5542．32尾礦83．480．344．81

由表2數據反算以上條件下粗選所得總體精礦各項指標,所得結果見表3和圖3。

由表3和圖3可知,隨著磨礦細度的逐漸增加,精礦固定碳含量先降低后逐漸升高,精礦回收率呈現波動趨勢。當-100目粒級含量83.75%時,精礦回收率最高,但是從保護石墨大鱗片角度考慮粗磨磨礦細度不能太細,因此確定粗選磨礦細度-100目粒級含量71.96%,此時精礦回收率較高,并且+100目精礦回收率最高。

表3 磨礦細度條件試驗精礦分析結果

圖3 磨礦細度條件試驗精礦分析結果Fig.3 Concentrate analysis results of condition test of grinding fineness

2.1.2 捕收劑煤油用量試驗

按照2.1.1的方法,固定試驗條件為:磨礦細度為-100目粒級含量71.96%,2#油用量75 g/t,生石灰用量為2 000 g/t(此時礦漿pH調至8～9),選用1.5 L浮選槽,浮選濃度為26.67%,變化捕收劑煤油用量為200 g/t、250 g/t、300 g/t和350 g/t。

試驗所得精礦分析結果如圖4。確定粗選煤油用量為300 g/t。

圖4 煤油用量條件試驗精礦分析結果Fig.4 Concentrate analysis results of condition test of kerosene amount

2.1.3 起泡劑2#油用量試驗

同樣的方法,固定試驗條件為:磨礦細度為-100目粒級含量71.96%,煤油用量300 g/t,生石灰用量為2 000 g/t(此時礦漿pH調至8～9),選用1.5 L浮選槽,浮選濃度為26.67%,變化起泡劑2#油用量為56.25 g/t、75 g/t、93.75 g/t和112.5 g/t。

試驗所得精礦分析結果如圖5。確定粗選2#油用量為75 g/t。

圖5 2#油用量條件試驗精礦分析結果Fig.5 Concentrate analysis results of condition test of No.2 oil amount

2.1.4 浮選濃度試驗

同樣的方法,固定粗選條件為:磨礦細度為-100目粒級含量71.96%,煤油用量300 g/t,2#油用量75 g/t,生石灰用量為2 000 g/t(此時礦漿pH調至8～9),選用1.5 L浮選槽,變化粗選浮選濃度為20%、26.67%和33.33%。

試驗所得精礦分析結果如圖6。確定粗選浮選濃度為26.67%。

圖6 浮選濃度條件試驗精礦分析結果Fig.6 Concentrate analysis results of condition test of

2.1.5 最終粗選條件

通過以上一系列的粗選條件試驗,確定最優粗選條件:磨礦細度為-100目粒級含量71.96%,生石灰用量2 000 g/t,礦漿pH為8～9,煤油用量300 g/t,2#油用量75 g/t。粗選精礦固定碳含量達到29%左右,回收率可達約93%,+100目精礦回收率約為59%。

2.2 開路試驗研究

實驗室粗磨磨礦設備為XMB-70型三輥四筒棒磨機,磨筒容積為2.0 L,每次給礦量為400 g,磨礦濃度為50%。再磨磨礦設備為XMB-70型三輥四筒棒磨機(磨筒容積為0.5 L)和XMQ-67Φ 240×90錐型球磨機。浮選設備為RK/FD單槽浮選機,粗選選用1.5 L浮選槽,精選選用1 L浮選槽。

在最優粗選條件的基礎上,實驗室試驗采用兩種不同的四次再磨五次精選試驗流程,最后確定再磨Ⅰ和再磨Ⅱ采用XMB-70型三輥四筒棒磨機,再磨Ⅲ和再磨Ⅳ采用XMQ-67Φ 240×90錐型球磨機。并適當增加再磨時間的試驗流程。試驗流程如圖7,試驗結果如表4。

圖7 四次再磨五次精選試驗流程圖Fig.7 Flow chart of cleaning test

由表4可知,精礦固定碳含量較理想,計算所得精礦總的固定碳含量為94.06%,大鱗片(+100目)產率為1.63%,回收率為26.91%,占精礦總質量的49.73%。

表4 四次再磨五次精選試驗結果

2.3 閉路試驗

2.3.1 中礦處理試驗

由表4結果可知,中礦1和中礦2混合產率為10.74%,固定碳含量為4.22%,回收率為7.92%,產率較大,固定碳含量較低,因此考慮將中礦1和中礦2集中再磨再選。試驗流程如圖8,試驗結果見表5。

圖8 中礦處理試驗流程圖Fig.8 Flow chart of middling treatment test

由表5可知,中礦1、中礦2集中混合掃選的精礦(即中礦6)的固定碳含量為20.58%,回收率為8.75%;尾礦1的固定碳含量0.67%,回收率為9.43%;尾礦2的固定碳含量0.98%,回收率為1.30%,可以直接進行拋尾。因此可以將尾礦1和尾礦2直接進行拋尾,中礦6直接返回至粗選。

表5 中礦處理試驗結果

2.3.2 閉路試驗

開路試驗確定了四次再磨五次精選為較優流程(圖7)。中礦1、中礦2集中混合掃選的精礦(即中礦6)的固定碳含量為20.58%,回收率為8.75%,中礦6直接返回至粗選。尾礦1、尾礦2直接進行拋尾。中礦3返至精選Ⅰ,中礦4返至精選Ⅱ,中礦5返至精選Ⅳ。閉路試驗流程見圖9,結果見表6。

圖9 閉路試驗流程圖Fig.9 Flow chart of closed-circuit test

表6 閉路試驗結果

Table 6 Results of closed-circuit test

產品名稱產率/%固定碳/%回收率/%精礦4．7692．1688．00尾礦184．530．579．66尾礦210．711．092．34原礦100．004．92100．00

由表6可知,對該礦石采用一次粗磨兩次掃選,粗精礦四次再磨五次精選的工藝流程,可獲得固定碳含量為92.16%,精礦回收率為88.00%的石墨精礦。

閉路試驗精礦粒度分析結果如表7。

表7 閉路試驗精礦各粒級產品分析結果

該礦石為細鱗片石墨礦,選礦的主要目的是提高精礦質量,并使精礦中+100目產率達到5%～20%。研究中最終精礦品位為92.16%,回收率為88.00%(表6),+100目產率為21.85%(表7),研究結果較理想。

3 結語

(1) 通過對該石墨礦進行工藝礦物學研究,確定原礦固定碳含量4.9%,并明確了礦石物質組成及產出特征。

(2) 通過一系列試驗,確定了一次粗磨兩次掃選,粗精礦四次再磨五次精選為該石墨礦最佳選礦工藝流程。

[1] 葛鵬，王化軍，解琳，等.石墨提純方法進展[J].金屬礦山,2010(11):38-42.

[2] 賀愛平，李桂玲，尤大海，等.湖北興山東沖河石墨礦選礦試驗報告[R].宜昌:中南冶金地質研究所,2015.

[3] 李哲.鱗片石墨浮選特性及工藝研究[D].北京:中國礦業大學(北京),2010.

(責任編輯：陳文寶)

Research on Graphite Mineral Processing Technology in Hubei

LI Guiling

(CentreSouthInstituteofMetallurgicalGeology,Yichang,Hubei443003)

By exploring the influence factors of graphite mineral processing,technological mineralogy and mineral processing technology ,the author studies ore beneficiability. After a coarse grinding and twice scavenging,the paper obtains a fixed carbon content of 92.16% graphite concentrate,concentrate recovery rate is 88.00%,flotation result is ideal.

graphite; flotation; roughing; concentrating; scavenging; regrinding

2016-04-13;改回日期:2016-07-13

李桂玲(1966-),女,助理工程師,選礦專業,從事選礦工藝、工業礦物材料等研究工作。E-mail:993648929@qq.com

TD97

A

1671-1211(2016)04-0654-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.04.025

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160707.1528.036.html 數字出版日期:2016-07-07 15:28