黑龍江衛(wèi)東石墨礦選礦研究

武 捷，高程珍

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心黑龍江總隊(duì)，黑龍江 哈爾濱 150040）

為了充分開發(fā)黑龍江衛(wèi)東石墨資源，蘇州中材非金屬礦工業(yè)設(shè)計(jì)研究院對衛(wèi)東三種石墨礦試驗(yàn)樣品(探槽樣、圍巖樣、鉆孔樣)開展了原礦工藝礦物學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)室選礦試驗(yàn)。針對礦石中目的礦物石墨鱗片較細(xì)、可浮性好等特點(diǎn)，開展了條件試驗(yàn)、開路流程試驗(yàn)、閉路流程試驗(yàn)，目標(biāo)為獲得固定碳含量≥95%、回收率≥90%的石墨精礦產(chǎn)品，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果推薦了最佳工藝流程。

1 試樣準(zhǔn)備及理化分析

1.1 試樣準(zhǔn)備與制備

本次試驗(yàn)樣品采自TC4203探槽和42、46線上的兩個鉆孔內(nèi)的巖心。礦樣重量分別為鉆孔樣82kg、探槽樣100kg和圍巖樣60kg。試驗(yàn)將鉆孔樣、探槽樣和圍巖樣分別經(jīng)鄂式破碎機(jī)粗碎、對輥破碎細(xì)碎至-2mm，經(jīng)混勻、縮分，一半用作備樣，另一半繼續(xù)混勻、縮分，制成試驗(yàn)樣、分析樣。試驗(yàn)結(jié)果僅對所送礦樣負(fù)責(zé)。

1.2 試樣理化性質(zhì)分析

對本次礦樣分別進(jìn)行了化學(xué)元素分析、礦物組成分析等理化性質(zhì)分析，為工藝試驗(yàn)提供依據(jù)。試樣外觀肉眼觀察呈黃褐色，粒度大小不一。試樣的粒度組成分析結(jié)果見表1。將經(jīng)過縮分的物化檢測樣放入105℃的烘箱中烘干到恒重，測得試樣含水率為1.45%。

將一定質(zhì)量的試樣(m)從一定高度自由落下充滿一定容積的量筒(V1)中，然后向裝滿試樣的量筒中緩緩加水直至液面與量筒刻度線、試樣平面齊平時，加入水的總體積為V2，ρ堆=m/V1即為試樣的堆積密度，ρ真=m/(V1-V2)為試樣的真密度。經(jīng)測試，試樣的堆密度為1.36g/cm3，真密度為2.01g/cm3。試樣化學(xué)成分分析結(jié)果見表2。

表1 試樣的粒度組成分析(%)

表2 試樣化學(xué)多元素分析(%)

由表2可知，試樣的主要化學(xué)成分為S i O2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO，含量分別為54.42%、12.42%、7.13%、4.46%、2.27%；同時，含有1.82%的K2O、1.03%的Na2O和0.65%的TiO2，燒失量為15.29%。根據(jù)石墨礦固定碳測量方法，測得試樣固定碳含量為11.71%。

2 工藝試驗(yàn)

2.1 粗選條件試驗(yàn)

粗選是石墨選礦的第一道處理作業(yè)，對以后的再磨再選作業(yè)影響較大，粗選作業(yè)條件的選擇適宜與否，直接影響到流程結(jié)構(gòu)和精礦產(chǎn)品的固定碳含量和回收率。本次試驗(yàn)做了詳細(xì)的粗磨和粗選條件試驗(yàn)，目的是盡可能的降低尾礦中損失的固定碳回收率。

通過粗選條件試驗(yàn)，確定了最佳的粗選條件：采用RK/BM三輥四筒棒磨機(jī)，介質(zhì)為鋼棒，充填率40%，-0.15mm含量71.63%，生石灰1 000g/t，煤油120g/t，2#油75g/t，浮選濃度25%，浮選時間5min。固定碳含量為0.64%，回收率為3.03%。

2.2 掃選試驗(yàn)

為進(jìn)一步提高固定碳回收率，降低尾礦中損失的回收率，在最佳粗選條件的基礎(chǔ)上對粗尾礦進(jìn)行了掃選試驗(yàn)。掃選試驗(yàn)條件為：煤油60g/t，2#油30g/t，浮選時間5min，掃選試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 掃選試驗(yàn)結(jié)果(%)

由表3可知，經(jīng)過掃選試驗(yàn)后，尾礦中固定碳的含量從0.64%降低到0.33%，回收率從3.03%降低到1.47%。掃選得到產(chǎn)率為3.14%、固定碳為5.93%、回收率為1.58%的中0產(chǎn)品。

2.3 開路流程試驗(yàn)

為了進(jìn)一步的提高精礦中固定碳含量，在最佳粗選條件的基礎(chǔ)上，對粗精礦進(jìn)行再磨再選的精選作業(yè)，目的是獲得固定碳含量＞95%、回收率較高的精礦產(chǎn)品，確定適宜的開路流程，為閉路流程試驗(yàn)做準(zhǔn)備。開路流程試驗(yàn)依次探索了藥劑用量、再磨時間、再磨段數(shù)等條件試驗(yàn)，最佳開路工藝流程如圖1所示，開路試驗(yàn)結(jié)果見表4。

圖1 最佳開路工藝流程圖

表4 開路流程試驗(yàn)結(jié)果(%)

由表4可知，經(jīng)過開路流程四，獲得產(chǎn)率為6.77%、固定碳含量為96.06%、回收率為55.38%的精礦產(chǎn)品，滿足閉路要求。

2.4 閉路流程試驗(yàn)

開路流程取得了較好的精礦指標(biāo)，滿足了閉路試驗(yàn)的要求。根據(jù)開路流程，確定了閉路流程，其中：中0～中2固定碳含量較低，合并后產(chǎn)率為37.36%、固定碳含量為8.83%，考慮返回粗磨；中3～中6固定碳含量較高，合并后產(chǎn)率為2.65%，固定碳含量為66.57%，考慮返回再磨Ⅱ；同時，由于中礦中殘留有浮選藥劑，因此各段浮選藥劑用量均有相應(yīng)的調(diào)整。目標(biāo)是獲得固定碳含量≥95%、回收率＞90%的閉路精礦產(chǎn)品。閉路試驗(yàn)工藝流程如圖2所示，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

圖2 閉路試驗(yàn)工藝流程圖

表5 閉路試驗(yàn)結(jié)果(%)

由圖2和表5可知，試樣原礦經(jīng)過一次粗磨一次粗選、一次掃選、五次再磨、六次精選、中礦返回的閉路流程，獲得的第一次閉路的精礦產(chǎn)率為6.79%、固定碳含量為96.05%、回收率為55.27%，尾礦產(chǎn)率為53.32%、固定碳含量為0.33%、回收率為1.49%；隨著閉路次數(shù)的增加，精礦產(chǎn)率逐漸增加、固定碳含量逐漸下降、回收率逐漸升高，尾礦產(chǎn)率逐漸增加、固定碳含量逐漸上升、回收率逐漸升高；第三次閉路后，精礦產(chǎn)率、固定碳含量、回收率和尾礦產(chǎn)率、固定碳含量、回收率趨于平穩(wěn)；最后獲得產(chǎn)率為11.84%、固定碳含量為95.20%、回收率為95.45%的閉路精礦產(chǎn)品，尾礦產(chǎn)率為88.16%、固定碳含量為0.61%、回收率為4.55%，達(dá)到試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。

2.5 推薦工藝流程

通過上述試驗(yàn)結(jié)果可知，推薦工藝流程如圖2所示，數(shù)質(zhì)量流程如圖3所示。

圖3 推薦工藝數(shù)質(zhì)量流程圖

3 精礦質(zhì)量分析

閉路精礦化學(xué)元素分析結(jié)果見表6。

表6 閉路精礦化學(xué)多元素分析結(jié)果(%)

由表6可知，閉路精礦產(chǎn)品中燒失量為96.08%，說明精礦中主要成為為固定碳，經(jīng)檢測，固定碳含量為95.20%。閉路精礦產(chǎn)品中含有少量的SiO2、Al2O3、Fe2O3，含量分別為1.96%、0.94%、0.62%。另含有0.04%的TiO2、0.09%的CaO、0.10%的MgO、0.11%的K2O、0.06%的Na2O。

閉路精礦礦物組成見表7。

表7 閉路精礦礦物組成(%)

4 尾礦質(zhì)量分析

4.1 尾礦化學(xué)成分分析

尾礦化學(xué)元素分析結(jié)果見表8。

表8 閉路尾礦化學(xué)多元素分析結(jié)果(%)

由表8可知，閉路尾礦中主要的化學(xué)成分為SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO，含量分別為61.37%、15.19%、7.58%、5.52%；另含有少量的MgO、K2O、Na2O、TiO2，含量分別為2.47%、2.23%、1.14%、0.75%；燒失量為3.73%，固定碳含量僅為0.62%。

閉路尾礦礦物組成見表9。

表9 閉路尾礦礦物組成

4.2 尾礦綜合利用

為了減少尾礦的排放，根據(jù)以上試驗(yàn)檢測情況，最終尾礦主要化學(xué)成分為SiO2和Al2O3，主要礦物組成為石英、云母類和長石類，-0.045mm粒級的分布率超過50%，建議直接用作建筑用磚的原料和建筑陶瓷的填料，雖然附加值不高，但生產(chǎn)成本低，還可以減少尾礦的堆放及由此對環(huán)境造成的影響，爭取做到資源零尾礦利用，建成新型環(huán)境友好型礦山。

5 結(jié)論

(1) 試樣的主要化學(xué)成分為54.42% SiO2、12.42%Al2O3、7.13% Fe2O3、4.46% CaO、2.27% MgO，另含有少量的K2O、Na2O和TiO2；試樣主要礦物組成為石墨、石英、云母類(白云母和黑云母)、長石類(鈉長石和正長石)、透閃石、石榴石、赤褐鐵礦，另含有少量絹云母、金紅石、黃鐵礦、高嶺石等；試樣石墨粒度特征偏細(xì)，-0.15mm粒級累計(jì)分布率為85.51%，當(dāng)磨礦細(xì)度達(dá)到-0.037mm時，石墨單體解離度超過90%。

(2) 試樣最佳粗選條件為：采用RK/BM三輥四筒棒磨機(jī)，介質(zhì)為鋼棒，充填率40%，-0.15mm含量71.63%，生石灰1 000g/t，煤油120g/t，2#油75g/t，浮選濃度25%，浮選時間5min。

(3) 試樣在最佳粗選條件下經(jīng)過一次粗磨一次粗選、一次掃選、五次再磨、六次精選、中礦返回的閉路流程，獲得產(chǎn)率為11.84%、固定碳含量為95.20%、回收率為95.45%的閉路精礦產(chǎn)品。

(4) 試樣閉路尾礦-0.15mm粒級分布率為94.17%，-0.045mm粒級的分布率為55.83%；沉降速度較快，30min內(nèi)大部分都已沉降，60min內(nèi)基本都已完全沉降；主要的化學(xué)成分為61.37% SiO2、15.19% Al2O3、7.58% Fe2O3、5.52% CaO，另含有少量的MgO、K2O、Na2O、TiO2；主要礦物組成為43%石英、23%的云母類、16%的長石類、6%透閃石、3%石榴石、2%赤褐鐵礦、1%的石墨，另含有3%其他礦物。

(5) 閉路精礦中燒失量為96.08%，另含有少量的SiO2、Al2O3、Fe2O3和微量的TiO2、CaO、MgO、K2O、Na2O；主要礦物組成為95%石墨、2%云母類、1%石英、1%赤褐鐵礦，另含有1%其他礦物；閉路精礦粒度較細(xì)，+0.15mm分布率僅為3.88%，-0.045mm粒級分布率超過40%，-0.074mm粒級分布率超過80%。

(6) 在NaOH用量50%、煅燒溫度800℃、煅燒時間為1.5h堿熔條件下以及過量5% HCl、反應(yīng)溫度80℃、反應(yīng)時間6h的酸浸條件下，浮選精礦產(chǎn)品固定碳含量從95.46%提高到99.92%；在混酸處理?xiàng)l件下，浮選精礦產(chǎn)品固定碳含量從95.46%提高到99.94%。