黑龍江某晶質石墨風化樣分選實驗

李亞，初靜波 ，王英凱，張旭，牛艷萍

（黑龍江省地質礦產實驗測試研究中心，黑龍江 哈爾濱 150036）

石墨具有多種優良的理化特性，隨著石墨科技發展，石墨烯等新材料的研制與應用日新月異，而天然石墨是批量化生產石墨烯的廉價原料[1]。石墨根據結晶形態不同分為晶質石墨和隱晶質石墨[2]，截至2013年，全球已探明的天然石墨儲量約1.3億t[3]。石墨礦是黑龍江省最具優勢的非金屬礦產資源，黑龍江東部石墨礦區晶質石墨儲量巨大，鱗片狀態類型多樣，品質差異較大。風化蝕變帶中礦石因風化使得礦物組成更為復雜，易對選礦實驗產生不利影響[4]，造成石墨礦物資源的浪費。針對風化帶礦石樣品的實驗研究，對同類型石墨礦的選礦提純有一定參考意義。

1 礦石性質

實驗礦樣取自黑龍江某晶質石墨礦風化帶，礦石礦物組成有石墨、磁鐵礦、石英、長石、白云母（絹云母）、綠泥石等。礦石中固定碳含量為9.3%。石墨粒度一般大于0.1 mm，粒度較粗，且多呈自形片狀，晶形較好，石墨層間包裹有少量的白云母等雜質礦物主要礦物成分見表 1。

表1 主要礦物組成Table 1 Main mineral composition

2 浮選條件實驗

浮選是石墨礦常用的選別方法。實驗擬采用煤油作為捕收劑，2#油作為起泡劑。該礦樣原礦硫含量偏低，僅為0.02%，因此調整劑方面未選用常用的氧化鈣。探索性實驗中，有針對地對原礦中白云母等雜質選用六偏磷酸鈉作為調整抑制劑，并做了用量實驗，結果表明加入不同濃度的六偏磷酸鈉，對精礦品位和回收率并沒有明顯影響，不加入調整劑也可以得到較為理想的粗精礦指標。

2.1 磨礦細度實驗

在磨礦濃度為50%、煤油用量為93 g/t、2#油用量為112 g/t的條件下，采用一次粗選流程，分別針對-75 μm 50% ~ 90%區間五個不同磨礦細度進行對比實驗，實驗結果見圖 1。

圖 1 磨礦細度對浮選指標的影響Fig.1 Influence of grinding fineness on flotation index

由圖 1可知，隨著原礦-75 μm含量的提高，粗精礦產品固定碳含量呈上升趨勢，當磨礦細度為-75 μm 60%時，粗選回收率達到96.20%。

鱗片石墨指+0.15 mm的鱗片狀石墨。在石墨浮選過程中應特別注意鱗片石墨的保護，即在保證精礦品位要求的同時還要盡量提高大鱗片石墨的產率[5]。

為考查磨礦細度-75 μm 60%粗精礦中+石墨鱗片含量，將粗精礦用鹽酸、氫氟酸浸取、洗滌，至重量恒定后，實體鏡下檢查純度達到99%，測定+0.095 mm、+0.15 mm篩上鱗片石墨固定碳含量，并與-2 mm原礦酸浸結果對比，對比結果見表 2。

表2 原礦與粗精礦酸浸實驗結果Table 2 Test results of acid leaching of raw ore and coarse concentrate

酸浸實驗測試結果表明，-75 μm 60%粗精礦相比-2 mm原礦中+0.095 mm石墨鱗片品位有所提高，回收率僅略有下降。石墨礦選礦提高精礦質量的常規途徑為多磨多選以保護大鱗片石墨，因此，暫定磨礦細度-75 μm 60%為后續實驗所用磨礦細度條件。

2.2 捕收劑及起泡劑用量實驗

在磨礦細度-75 μm 60%、2#油用量為112 g/t的條件下，考查捕收劑用量的改變對粗精礦指標的影響，實驗結果見圖 2。

圖 2 捕收劑用量對浮選指標的影響Fig.2 Influence of the amount of collector on the flotation index

圖2表明，隨煤油用量的增加，精礦固定碳回收率并未出現較大的變化，粗精礦品位介于29.5% ~ 32%之間變化，精礦產率為30%左右。

表 3 開路流程實驗結果Table 3 Experimental results of open circuit process

石墨浮選常根據浮選現象及指標同時調整捕收劑與起泡劑用量。2#油是常用的起泡劑，起泡性強，能生成大小均勻、粘度中等和穩定性合適的氣泡，在石墨浮選中采用，常有較好的分選效果。在相同的磨礦細度條件下，煤油用量為52 g/t的條件下，考查2#油對浮選指標的影響，實驗結果見圖 3。

圖 3 2#油用量對浮選指標的影響Fig.3 Influence of 2# oil consumption on flotation index

從圖 3結果看，隨著起泡劑用量增加，精礦回收率也逐漸增加，但同時精礦固定碳品位也在下降。綜合考慮，煤油與2#油用量為分別有31 g/t和112 g/t、52 g/t和56 g/t兩種組合，品位及回收率指標相當，對應粗精礦產率分別為29.08%和23.74%，從粗精礦產率角度分析，較少的起泡劑用量條件有利于降低再磨精選壓力，因此選定煤油用量為52 g/t、2#油用量56 g/t為后續實驗條件。

2.3 一次再磨時間實驗

石墨粒度主要分布于+0.1mm，約占總石墨量的78%，且與周圍礦物接觸平直，有利于其選礦初步富集。部分石墨層間包裹有雜質，對礦石精礦品位會有一定影響，進行多次精礦再磨浮選工藝有利于提高精礦品位。實驗采用前述實驗條件粗精礦作為入選礦物，經過一次再磨一次粗選三次精選，考查再磨時間（再磨細度）對精礦指標的影響，實驗結果見圖 4。

圖 4 一次再磨時間對浮選指標的影響Fi.4 Influence of the regrind time on the flotation index

從圖 4結果可以看出，通過精礦再磨過程，精礦品位有了明顯的提高，石墨精礦需要延長再磨時間，以達到合適的浮選粒度。一次再磨10 min后，再磨細度達到-75 μm 76.96%時，精選后精礦品位達到83.28%，作業回收率為62.64%，指標較為理想，選擇此條件進行后續開路實驗，同時增加再磨次數。

3 流程實驗

3.1 開路流程實驗

因石墨特有的結構特點，通常需采用多段磨礦選別作業[6-9]，通過反復精選清洗富集，從而分段剝離層狀石墨，以期獲得大鱗片、高品位精礦產品。根據原礦多元素分析及礦物組成研究，參考探索性實驗與條件實驗，并借鑒國內類似礦種選礦經驗及理論研究，確定了一段粗磨一段粗選兩段掃選，粗精礦經過五段再磨六段精選的開路實驗流程。

由表 3結果可知，固定碳含量為9.45%的實驗樣品，通過開路實驗，精礦固定碳品位為94.66%。經各中礦產品分析，閉路流程選用循序返回流程即可達到較好的中礦循環入選品位，以保證理想的精礦產品回收率。

3.2 閉路流程實驗及產品分析

通過條件實驗及開路實驗，確定了階段磨礦階段選別流程。在粗選磨礦細度為-75 μm 60%的條件下，進行一段粗選兩段掃選、粗精礦五段再磨六段精選，中礦循序返回的閉路實驗流程，閉路實驗結果見表 4。

表 4 閉路實驗結果統計Table 4 Statistics results of closed-ciracit test

對閉路流程精礦產品進行粒度分析，分別考查+0.15 mm、-0.15+0.095 mm、-0.095+0.045 mm、-0.045 mm各粒級固定碳指標，分析結果見表 5。

表 5 精礦產品粒度分析Table 5 Granularity analysis of concentrate products

粒度分析結果表明，各粒級品位隨著粒度減少而降低，+0.045 mm石墨均達到高碳石墨精礦指標。+0.15 mm鱗片石墨固定碳品位96.12%，分布率10.11%，+0.15 mm大鱗片保護率37.09%。

尾礦粒度分析及鏡下檢查結果表明，石墨在尾礦中主要損失于-0.042 mm細粒級，絕大部分與脈石礦物連體或被脈石礦物包裹，單體含量極低。

4 結 論

（1）實驗礦樣取自黑龍江某晶質石墨礦風化帶，礦石中石墨含量為9.3%，是主要的有用礦物。石墨粒度一般大于0.1 mm，粒度較粗，且多呈自形片狀，晶形較好，石墨層間包裹有少量的白云母等雜質礦物。

（2）在粗選磨礦細度為-0.075 mm 60%的條件下，確定了一段粗選兩段掃選、粗精礦五段再磨六段精選，中礦循序返回的閉路實驗流程，最終獲得產率9.19%，固定碳品位94.08%，回收率94.82%的石墨精礦產品。為該地區石墨資源的地質評價及高效節約利用提供參考依據。