某低品位偉晶巖型鋰輝石選礦試驗(yàn)*

劉廣學(xué) 戴科偉 常學(xué)勇 趙恒勤 翁成鈞

(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所；2.國(guó)土資源部多金屬礦評(píng)價(jià)與綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.江西西部資源鋰業(yè)有限公司)

某偉晶巖型鋰輝石礦工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采用原礦磨礦—脫泥—鋰輝石浮選選礦工藝流程，由于原礦品位低，在-0.074 mm 62%的磨礦細(xì)度下，僅能獲得Li2O品位大于4%的鋰輝石精礦，Li2O理論回收率在60%～65%，但實(shí)際回收率低于60%。在當(dāng)前鋰市場(chǎng)行情急轉(zhuǎn)直下的情況下，礦山企業(yè)舉步維艱。由于其所在集團(tuán)公司自有化工廠可處理Li2O品位為4%～5%的低檔鋰輝石精礦，企業(yè)對(duì)精礦品位要求不高，因此，提高鋰輝石精礦回收率成為企業(yè)迫切需要解決的問(wèn)題。為此，就如何高效開發(fā)利用該礦進(jìn)行了詳細(xì)的研究，并獲得了滿意的試驗(yàn)指標(biāo)。

1 礦石性質(zhì)

某偉晶巖型鋰輝石礦主要有價(jià)礦物為鋰輝石，脈石礦物主要為鈉長(zhǎng)石、石英、鉀長(zhǎng)石、云母，還有少量的綠泥石、透輝石等，原礦主要礦物組成及含量見(jiàn)表1。礦石中Li2O含量?jī)H為0.69%，屬低品位鋰輝石礦，該礦還伴生有少量鉭鈮，鉭鈮合量約為158 g/t，原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果見(jiàn)表2。

2 重介質(zhì)分選試驗(yàn)

表1 原礦礦物組成及含量分析結(jié)果 %

表2 原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果 %

鋰輝石的選礦方法有手選法、熱裂法、化學(xué)處理法、重懸浮液與重液選礦法、浮選法、磁選法及聯(lián)合選礦法等[1-2]。重液分選鋰輝石是一種簡(jiǎn)便且快速有效的預(yù)可選性考查方法,它能使人初步了解目的礦物在不同破碎粒度下的單體解離情況及采用重選方法進(jìn)行分選的可能性,從而作出可選性初步評(píng)價(jià)。

礦石中主要有價(jià)礦物鋰輝石密度為3.0～3.2 g/cm3，大部分脈石礦物長(zhǎng)石、石英和云母的密度為2.5～2.75 g/cm3，有價(jià)礦物與脈石礦物之間較大的密度差異為重介質(zhì)分選創(chuàng)造了有利條件。重液分選試驗(yàn)是用溴仿做主要重介質(zhì)[3]，輔以1-溴代萘調(diào)配比重，對(duì)分級(jí)后的給礦進(jìn)行的。

2.1 重液分選可選性試驗(yàn)

將礦石破碎至-8 mm，篩除-0.5 mm細(xì)粒部分后，將篩上部分分級(jí)成-8+4 mm、-4+2 mm、-2+1 mm、-1+0.5 mm 共4個(gè)粒級(jí)，分別進(jìn)行重液分選試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同粒級(jí)礦石重液分選試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知，隨著礦石粒度的減小，精礦品位和回收率基本呈上升趨勢(shì)，說(shuō)明礦石粒度的減小促進(jìn)了鋰輝石與脈石礦物的解離，有利于鋰輝石與脈石礦物的重懸浮液分離和分選指標(biāo)的提高。在密度為2.80 g/cm3的重液中進(jìn)行分選，-4 mm各粒級(jí)取得了較高的回收率，說(shuō)明該礦石中鋰輝石嵌布粒度較粗，具有較好的重選可選性。因此，將礦石破碎至-4 mm進(jìn)行后續(xù)的重液分選研究。

2.2 重液分選試驗(yàn)

將礦石破碎至-4 mm，采用0.5 mm標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分分級(jí)，-4 mm粒級(jí)礦石粒度分析結(jié)果見(jiàn)表4，將-4+0.5 mm粒級(jí)進(jìn)行重液分選試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表4 -4 mm粒級(jí)礦石粒度分析結(jié)果

由表4可知， 破碎后鋰輝石在-4+0.5 mm粒級(jí)中發(fā)生了一定富集，且在該粒級(jí)范圍內(nèi)Li2O金屬量分布達(dá)到了84.99%，有利于后續(xù)重介質(zhì)分選的進(jìn)行。

表5 -4+0.5 mm粒級(jí)礦石重液分選試驗(yàn)結(jié)果

由表5可知，隨著重液密度的降低，精礦Li2O品位降低，鋰輝石回收率提高。在密度為2.89 g/cm3的重液中獲得了Li2O品位為5.71%，Li2O回收率為63.82%的精礦；在密度為2.80 g/cm3的重液中獲得了Li2O品位為4.83%的精礦，且Li2O回收率可達(dá)72.05%。

2.3 重介質(zhì)旋流器分選預(yù)測(cè)

雖然重液可有效分選鋰輝石礦物，但限于工藝、成本及安全不能實(shí)際應(yīng)用，與之原理相近的重介質(zhì)旋流器分選已廣泛應(yīng)用于煤、螢石、紅柱石、磷灰石、石榴石等礦種，是一種選別效率較高的分選設(shè)備，且近期國(guó)內(nèi)已有礦山企業(yè)成功將重介質(zhì)旋流器應(yīng)用于分選鋰輝石的工業(yè)生產(chǎn)中。

根據(jù)表5試驗(yàn)結(jié)果，用計(jì)算機(jī)專用軟件預(yù)測(cè)采用重介質(zhì)旋流器分選該礦石所能取得的實(shí)際應(yīng)用結(jié)果，分選可能偏差E取值0.03～0.05，預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 -4+0.5 mm礦石兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選預(yù)測(cè)結(jié)果

由表6可知，在密度為2.80 g/cm3的重懸浮液中，實(shí)際無(wú)法獲得Li2O品位大于4%的鋰輝石精礦。在密度為2.89 g/cm3重懸浮液中，可以獲得Li2O品位為5.01%，回收率為64.51%的鋰輝石精礦。但此時(shí)Li2O含量為0.31%的尾礦品位仍然較高，無(wú)法直接丟尾，可采用兩產(chǎn)品兩段重介質(zhì)旋流器分選的方案進(jìn)行選別，該方案預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 -4+0.5 mm礦石兩產(chǎn)品兩段重介質(zhì)旋流器分選預(yù)測(cè)結(jié)果

由表7可知，兩段兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器連續(xù)分選，預(yù)測(cè)可獲得產(chǎn)率為9.52%，Li2O品位為5.25%，Li2O回收率為63.70%的鋰輝石精礦，可實(shí)現(xiàn)粗粒拋尾產(chǎn)率近70%(全流程產(chǎn)率占55%)。Li2O品位為0.60%的鋰輝石中礦可與-0.5 mm細(xì)粒級(jí)的礦石一起進(jìn)入浮選系統(tǒng)進(jìn)行回收。

3 浮選試驗(yàn)

到目前為止，浮選法仍然是工業(yè)生產(chǎn)中處理礦石鋰的主要分選方法。對(duì)鋰輝石浮選的研究共識(shí)為：采用油酸及其皂類做捕收劑，表面純凈的鋰輝石很容易浮起[4]，但礦石自然風(fēng)化、磨礦過(guò)程中的泥化、礦漿溫度低、云母污染、礦漿中Ca2+、Mg2+、Fe3+離子活化等因素的影響下，鋰輝石的浮選往往困難重重，需進(jìn)行詳細(xì)的浮選捕收劑、調(diào)整劑、活化劑等條件試驗(yàn)。浮選條件試驗(yàn)流程見(jiàn)圖1。

圖1 浮選條件試驗(yàn)流程

3.1 捕收劑條件試驗(yàn)

在磨礦細(xì)度為-0.074 mm 62%、調(diào)整劑碳酸鈉用量為1 200 g/t、氫氧化鈉用量為800 g/t、活化劑氯化鈣用量為200 g/t的條件下，試驗(yàn)考察了油酸(皂)、氧化石蠟皂、選廠捕收劑、自主研發(fā)捕收劑EL等多種鋰輝石浮選捕收劑在粗選階段的分選效果。試驗(yàn)工藝流程見(jiàn)圖1。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 捕收劑條件試驗(yàn)結(jié)果

由表8可知，雖然油酸(皂)浮選Li2O回收率較高，但其選擇性很差。氧化石蠟皂和選廠捕收劑在800 g/t用量下，選擇性較好，但Li2O回收率較低，隨捕收劑用量的提高，精礦Li2O品位急劇降低。而采用研發(fā)的EL捕收劑，精礦Li2O品位和回收率均有顯著提高，故選擇EL 1 000 g/t進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

3.2 碳酸鈉用量條件試驗(yàn)

碳酸鈉加入礦漿中，可以起到消除礦漿中Ca2+、Mg2+、Fe3+等金屬離子活化的作用[5]，即抑制外來(lái)金屬離子對(duì)脈石礦物的活化，提高鋰輝石精礦品位。在磨礦細(xì)度為-0.074 mm 62%、調(diào)整劑氫氧化鈉用量為800 g/t、活化劑氯化鈣用量為200 g/t、捕收劑EL用量為1 000 g/t的條件下進(jìn)行碳酸鈉用量條件試驗(yàn)。試驗(yàn)流程見(jiàn)圖1，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 碳酸鈉用量對(duì)鋰輝石浮選的影響

由圖2可見(jiàn)，隨碳酸鈉用量的增加精礦Li2O品位提高，但當(dāng)碳酸鈉用量超過(guò)400 g/t后，精礦Li2O回收率出現(xiàn)了較大幅度的下降；從提高精礦回收率的角度考慮，選擇碳酸鈉用量400 g/t較為適宜。

3.3 氫氧化鈉用量條件試驗(yàn)

在磨礦細(xì)度為-0.074 mm 62%、調(diào)整劑碳酸鈉用量為400 g/t、活化劑氯化鈣用量為200 g/t、捕收劑EL用量為1 000 g/t的條件下進(jìn)行氫氧化鈉用量試驗(yàn)。試驗(yàn)流程見(jiàn)圖1，結(jié)果見(jiàn)圖3。

一般認(rèn)為，氫氧化鈉在鋰輝石浮選中起調(diào)整礦漿pH值和活化的作用。由圖3可見(jiàn)，鋰輝石精礦回收率隨氫氧化鈉用量的增加呈上升趨勢(shì)[6]。試驗(yàn)結(jié)果印證了這一說(shuō)法，氫氧化鈉用量超過(guò)400 g/t后，精礦Li2O品位呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，綜合考慮精礦回收率和品位，氫氧化鈉用量選擇800 g/t為宜。

圖3 氫氧化鈉用量對(duì)鋰輝石浮選的影響

3.4 氯化鈣用量條件試驗(yàn)

鋰輝石礦物受到風(fēng)化侵蝕和在磨礦過(guò)程中受到污染，表面活性會(huì)顯著變差，加入CaCl2可使鋰輝石礦物表面活性增強(qiáng)，增大捕收劑在礦物表面的吸附量并可增強(qiáng)其牢固程度[7]。在磨礦細(xì)度為-0.074 mm 62%、碳酸鈉用量為400 g/t、氫氧化鈉用量為800 g/t、捕收劑EL用量為1 000 g/t的條件下進(jìn)行氯化鈣用量試驗(yàn)。試驗(yàn)流程見(jiàn)圖1，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 氯化鈣用量對(duì)鋰輝石浮選的影響

由圖4可見(jiàn)，當(dāng)氯化鈣加入100 g/t后，精礦回收率顯著提高，繼續(xù)加大用量，回收率提高幅度不明顯，但精礦品位卻受到了較大不良影響，因此氯化鈣用量選擇100 g/t為宜。

3.5 浮選閉路試驗(yàn)

在條件試驗(yàn)確定了各浮選藥劑最佳用量的基礎(chǔ)上，進(jìn)行全流程開路試驗(yàn)，試驗(yàn)工藝流程為1粗1掃4精1精掃選，開路試驗(yàn)獲得的精礦Li2O品位為4.53%，Li2O回收率為74.69%。根據(jù)開路試驗(yàn)結(jié)果，采用直接浮選—精選丟尾的工藝流程進(jìn)行閉路試驗(yàn)，試驗(yàn)流程及藥劑制度見(jiàn)圖5，結(jié)果見(jiàn)表9。

由表9可知，閉路試驗(yàn)獲得了精礦Li2O品位為4.12%，Li2O回收率為80.76%的良好指標(biāo)。尾礦粒度篩分結(jié)果顯示，精選尾礦中-31 μm 礦泥含量高達(dá)71.35%，而粗選尾礦中-31 μm 礦泥含量為23.75%，說(shuō)明大量粗選段上浮的礦泥從精選尾礦中排出，減輕了礦泥對(duì)精選的不良影響。

表9 鋰輝石浮選閉路試驗(yàn)結(jié)果 %

圖5 鋰輝石浮選閉路試驗(yàn)流程

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)某低品位鋰輝石礦預(yù)期可以通過(guò)重介質(zhì)分選獲得部分Li2O品位大于5%的鋰輝石精礦，同時(shí)拋棄產(chǎn)率近70%的粗粒尾礦，具有較好的重介質(zhì)分選可選性。該工藝運(yùn)行成本低、選礦效率高，且在國(guó)內(nèi)已有企業(yè)進(jìn)行了穩(wěn)定的工業(yè)生產(chǎn)，為企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益提出了一條有效的途徑。

(2)采用直接浮選工藝結(jié)合自主研發(fā)的高效鋰輝石捕收劑EL,取得了理想的技術(shù)指標(biāo)，在保證精礦Li2O品位大于4%的前提下，精礦Li2O回收率高達(dá)80.76%，該藥劑在選礦廠應(yīng)用，預(yù)期可以較大幅度的提高鋰輝石的實(shí)際回收率。

(3)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)從磨礦產(chǎn)品脫除的未經(jīng)選別的礦泥中Li2O金屬量達(dá)7%～10%，這也是現(xiàn)場(chǎng)回收率低的一個(gè)重要原因。采用直接浮選—精選丟尾的選礦工藝，可將礦泥中的鋰輝石進(jìn)行回收。同時(shí)，進(jìn)入精選的礦泥又可從精選尾礦中排出，減輕對(duì)精選的不利影響，該工藝流程對(duì)生產(chǎn)流程改造具有一定的指導(dǎo)意義。