某石墨礦選礦工藝優(yōu)化研究與應用

張延軍

(北京東方燕京工程技術有限責任公司)

隨著現(xiàn)代科學技術和工業(yè)的發(fā)展，石墨的應用領域不斷拓寬，己成為高科技領域中新型復合材料的重要原料，在國民經(jīng)濟中具有重要的作用。為合理開發(fā)利用石墨礦產(chǎn)資源，解決企業(yè)生產(chǎn)存在的能耗高、技術指標低等一些列問題，對選廠生產(chǎn)進行了詳細的流程分析診斷，并結合北礦院提供的試驗研究報告及實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對其進行了全面的工藝優(yōu)化研究，以期提高選廠技術經(jīng)濟指標，提高資源利用效率，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益和社會效益，同時也為企業(yè)后續(xù)選廠300萬t/a擴建提供依據(jù)。

1 選礦廠現(xiàn)狀

某石墨礦企業(yè)目前擁有3個選礦廠，合計精礦產(chǎn)量約6萬t/a，原礦處理量約60萬t/a。選廠入選原礦品位13.5%，精礦品位95%，尾礦品位約2%，回收率約70%。選廠生產(chǎn)工藝流程為破碎—階段磨礦—階段浮選—脫水—干燥。

破碎系統(tǒng)原設計為3段開路破碎，選廠生產(chǎn)實際破碎流程為兩段開路破碎，破碎產(chǎn)品粒度較粗，達70～80 mm。磨礦浮選采用階段磨礦階段選別工藝，一段磨礦為球磨機和螺旋分級機組成閉路磨礦，產(chǎn)品粒度-0.15 mm約占60%～65%，后經(jīng)1粗1掃11精得到石墨精礦，其中每1次精選作業(yè)前先進行開路磨礦再進行精選。精礦脫水采用折帶式真空過濾機，濾餅含水約35%，并給入回轉(zhuǎn)窯干燥。

選廠存在的主要問題包括：①破碎作業(yè)產(chǎn)品粒度粗，磨礦能耗高；②磨礦次數(shù)多、濃度低、效率低，能耗高；③選礦回收率低；④精礦過濾濾餅水分高，干燥作業(yè)能耗高；⑤設備臺數(shù)多，效率低，裝備水平低，技術經(jīng)濟指標低。

2 礦石性質(zhì)

原礦主要化學成分分析結果見表1。

表1 原礦主要化學成分分析結果 %

某石墨礦礦物組成簡單，該礦石主要由石墨、石英、長石和絹云母等礦物組成。礦石中的金屬礦物數(shù)量很少，主要有黃鐵礦、磁黃鐵礦、磁鐵礦、褐鐵礦等礦物。石墨主要呈鱗片狀或者是片狀集合體嵌布在脈石礦物中，多數(shù)石墨定向分布在脈石礦物的裂隙中，對選礦十分有利；粗粒度的石墨片狀集合體中往往嵌布有細粒的脈石礦物及褐鐵礦，這將是影響精礦品位的主要因素。

3 選礦工藝優(yōu)化與研究

北京礦冶研究總院對該礦石進行了選礦試驗研究工作[1]。由于該礦為單一石墨礦，考慮到石墨礦具有良好的天然可浮性，而且石墨鱗片的大小影響石墨產(chǎn)品的質(zhì)量，所以在盡可能保護石墨鱗片尺寸的前提下，試驗采用非極性油類捕收劑在粗磨條件下得到石墨粗精礦，然后通過細磨精選獲得合格石墨產(chǎn)品。

為了避免過磨造成的降低石墨精礦鱗片的大片率，試驗確定了階段磨礦階段選別流程，其中磨礦包括1段粗磨、2段再磨，浮選為1次粗選7次精選2次掃選。試驗流程及藥劑制度見圖1，試驗結果見表2。

圖1 選礦試驗流程

實際生產(chǎn)原礦品位與試驗樣品品位有所差別，工藝優(yōu)化研究需要參照選礦廠目前生產(chǎn)實際情況，對試驗流程進行結構調(diào)整及優(yōu)化。

3.1 破碎篩分工藝優(yōu)化

根據(jù)石墨礦石硬度偏軟、易破碎的性質(zhì)，為保護大尺寸石墨鱗片，同時降低磨礦能耗，便于生產(chǎn)、操作及管理。設計碎礦工藝為兩段一閉路破碎[2]。設備選用進口反擊破碎機和圓錐破碎機，設計給礦粒度1 000～0 mm，產(chǎn)品粒度-15 mm。設計破碎工藝流程具有投資省、占地面積小、流程簡單、配置方便等優(yōu)點，對比選廠目前生產(chǎn)流程，可大幅減小入磨礦石粒度，減少磨礦能耗，降低選礦成本，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。設計破碎篩分工藝流程見圖2。

圖2 破碎篩分工藝流程

3.2 磨礦選別工藝優(yōu)化

3.2.1 石墨選礦的特點

石墨表面疏水性較好，因此對其富集采用非常有效的浮選選別工藝。當前石墨選礦采用常規(guī)磨礦浮選工藝流程，石墨精礦品位偏低，進一步提高難度很大，采用酸堿處理的化學法成本高，生產(chǎn)上不易實現(xiàn)。石墨選礦的精礦除要求品位和回收率高，還須保護石墨的鱗片，不同鱗片的市場價格相差很多，因此，在選礦過程中如何減少鱗片的破損，一直是石墨選礦中重要的技術問題。雖然石墨可浮性較好，選礦仍具有相當難度，一般采用多段再磨和多段選別的工藝流程，達到將石墨連生體中的石墨逐步選擇性地與脈石礦物分離的目的。

3.2.2 磨礦工藝設計

選礦試驗結果表明，采用階段磨礦階段選別工藝可以得到很好的工藝指標。對試驗結果和現(xiàn)場生產(chǎn)實際情況分析研究，認為多次精選是很有必要的，但磨礦次數(shù)不宜過多。考慮到日后生產(chǎn)便于管理操作、盡量減少作業(yè)環(huán)節(jié)，提高選別作業(yè)質(zhì)量及節(jié)能降耗等，優(yōu)化后的選別工藝為5磨10選流程。設計一段粗磨采用低轉(zhuǎn)速和低充填率的長筒溢流型磨機和螺旋分級機組成閉路磨礦，可避免大鱗片受到破壞，又能保證合適的磨礦細度，設計粗磨磨礦細度為-0.15 mm 60%。二段磨礦采用球磨機和螺旋分級機組成的閉路磨礦流程，防止已滿足粒度要求且已單體解離的石墨鱗片再次進入磨機，可有效減少對大鱗片的破壞，同時選用鋼鍛代替鋼球作為磨礦介質(zhì)，同樣可減少對大鱗片的破壞。

二段磨礦后經(jīng)2次精選，石墨粗精礦品位達70%以上。根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)情況，當石墨精礦品位達70%以上時，粗精礦很難分級和濃縮，因此3段及以后再磨作業(yè)無法選用閉路磨礦流程。由于粗精礦中石墨比重較輕，不易沉降濃縮，所以導致再磨濃度較低，因此選擇合適的再磨設備是保證選別指標和磨礦指標的關鍵。目前，國內(nèi)石墨精礦再磨設備主要有長筒形球磨機、振動磨機、塔(立)磨機、立式螺旋攪拌磨機[3]，4種磨機指標對比結果見表3。

表3 4種磨機石墨再磨精礦指標對比

結合表3和企業(yè)實際生產(chǎn)使用情況，3～5次磨礦選用立式螺旋攪拌磨機開路磨礦，該磨機剝磨能力高于普通磨機幾十倍，且不存在撞擊力，磨機筒體直立，不轉(zhuǎn)動，通過主軸旋轉(zhuǎn)，使磨礦介質(zhì)和石墨既作軸向運動，又作徑向運動，因速差關系，互相作旋轉(zhuǎn)型摩擦，形成磨削力，將石墨與脈石等剝離，因而對石墨鱗片起到良好的保護作用，同時可以滿足較低磨礦濃度的需要。

3.2.3 浮選工藝設計

石墨選礦采用多段磨礦多段選別流程，因此中礦返回次數(shù)多、性質(zhì)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。該設計根據(jù)浮選中礦的品位和流程結構集中返回，不依次返回，流程結構相對簡單，有利于提高最終選別指標，同時減少泵的使用，降低能耗，及對石墨鱗片的機械破損。

石墨浮選過程中泡沫量大，因此泡沫產(chǎn)品能否及時排出將影響選別指標，選廠擴建規(guī)模為300萬t/a，若選用小型浮選機，雖然能解決及時排礦的問題，但設備數(shù)量眾多，不利于生產(chǎn)操作管理，因此設計選用50 m3大型圓形浮選機[3]。選礦設計工藝流程見圖3，選礦設計指標見表4。

表4 選礦設計指標 %

3.3 三選廠工藝應用效果

圖3 選礦設計工藝流程

為驗證工藝優(yōu)化研究的效果和300萬t/a選廠擴建的預期指標，對該石墨礦三選廠進行了工藝優(yōu)化改造：破碎系統(tǒng)改造為兩段一閉路破碎，分別選用反擊式破碎機、圓錐破碎機和圓振篩；磨浮系統(tǒng)由原來的9磨11選改為5磨10選，并選用立式螺旋攪拌磨作為再磨設備。改造后浮選精礦品位達到95.50%，回收率為85.00%～87.00%，生產(chǎn)指標達到合格要求，同時產(chǎn)品大片率有所增加，工藝優(yōu)化達到預期成果，同時后續(xù)300萬t/a規(guī)模的擴建也已具備工業(yè)實踐條件。

4 結 論

(1)某石墨礦通過工藝優(yōu)化最終確定選礦工藝流程為階段磨礦階段選別流程，其中破碎篩分流程為兩段一閉路工藝，磨礦選別為5次磨礦10次選別工藝。

(2)優(yōu)化后工藝流程特點：①采用兩段一閉路破碎流程，最終產(chǎn)品粒度-15 mm,具有投資省，占地少，流程簡單，配置方便等優(yōu)點；②階段磨礦階段選別工藝可有效防止石墨鱗片的破壞，減少再磨機負荷，降低磨礦能耗；③磨礦工藝為1次粗磨、4次再磨流程，其中3段再磨設備選用立式攪拌磨機，既減少了磨礦作業(yè)段數(shù)，有效保護鱗片大小，又可提高各段磨礦效率，簡化流程結構，降低能耗；④浮選中礦根據(jù)品位和流程結構集中返回，不依次返回，流程結構相對簡單，有利于提高最終選別指標，同時減少了泵的使用，降低了能耗。

(3)三選廠優(yōu)化后工藝技術指標表明產(chǎn)品品位及回收率等生產(chǎn)指標達到要求，同時產(chǎn)品大片率有所增加，工藝優(yōu)化研究及應用成果顯著，可為選廠300萬t/a的擴建提供堅實的依據(jù)。