石墨礦選礦技術特點及應用

吳 堯,鄧朝安,常亮亮

(中國恩菲工程技術有限公司,北京 100038)

石墨具有良好的耐高溫性及導電、導熱性能,且具有良好的潤滑性和化學穩定性。在冶金工業中主要用作耐火材料;在鑄造業中用作鑄模和防銹涂料;在電氣工業中用于生產碳素電極、電極碳棒、電池,制成的石墨乳可用作電視機顯像管涂料,制成的碳素制品可用于發電機、電動機、通訊器材等諸多方面。在機械工業中用作飛機、輪船、火車等高速運轉機械的潤滑劑;在化學工業中用于制造各種抗腐蝕器皿和設備;在核工業中用作原子反應堆中的中子減速劑和防護材料等;在航天工業中可做火箭發動機尾噴管喉襯,火箭、導彈的隔熱、耐熱材料以及人造衛星上的無線電連接信號和導電結構材料。此外,石墨還是輕工業中玻璃和造紙的磨光劑和防銹劑,制造鉛筆、墨汁、黑漆、油墨和人造金剛石的原料。隨著科技和工業的發展,石墨的應用領域還在不斷拓寬,已成為高科技領域中新型復合材料的重要原料,在國民經濟中具有重要作用[1]。

我國是世界上石墨儲量、產量最大的國家之一,其石墨選礦技術和相關裝備水平也長期處于世界領先地位。隨著新能源、新材料產業的崛起,石墨產品尤其是下游深加工制品越來越引起關注,正逐漸成為國防、航天、新材料等領域不可替代的重要材料。我國工業和信息化部發布的《石墨行業準入條件》也對當前的石墨市場乃至整個石墨行業的未來發展形成種種利好[2]。

本文通過對石墨礦選礦技術特點的總結分析,以某國內大型石墨礦項目的開發、建設和生產工作為例進行探討和研究。

1 石墨礦礦物學特性

石墨礦石自然類型主要有兩大類:石墨片巖型石墨礦石、石墨變粒巖型石墨礦石,其次為片麻巖型石墨礦石、混合巖型石墨礦石和含石墨大理巖型石墨礦石。

國內大部分石墨礦屬于晶質鱗片狀石墨礦,按其風化程度又可分為2 個亞類:風化石墨礦石和原生石墨礦石。礦石礦物成分較為單一,為石墨,黑灰—銀灰色,偏光鏡下為煙灰色,顯晶質片狀或片狀集合體。脈石礦物種類很多,其中石英、云母、長石占80%～90%以上,礦石類型為含石墨大理巖時,方解石為主要脈石礦物。某國內大型石墨礦的原礦礦物組成及相對含量如表1 所示,原礦主要化學成分分析如表2 所示。

表1 礦物組成及相對含量表

表2 主要化學成分分析結果表

2 石墨選礦工藝特點

石墨礦石相對于常見的黑色金屬及有色金屬,既要求石墨礦具備較高的精礦品位,又應盡可能保護石墨礦物的晶體結構。因此,對其選礦技術和工藝方案提出了不同要求。

(1)由于石墨礦石硬度一般為中硬或中硬偏軟,因此選廠的破碎流程較為簡單常采用兩段、三段的開路破碎,也有新建的較大型選礦廠采用三段一閉路破碎流程。

(2)石墨礦準入標準中石墨精礦中大鱗片含量要求、保護石墨鱗片自然結晶狀態,石墨選礦中磨礦工藝的制定非常重要。考慮到大直徑磨機拋落作用更強、對石墨礦沖擊更大、更易破壞石墨的鱗片狀態,現場生產中一般采用直徑2.7 m 以下規格球磨機,目前國內僅有個別現場嘗試采用直徑3.6 m 規格球磨機,具體使用效果尚不理想。

(3)石墨礦多采用粗精礦多段再磨、多段選別、中礦順序(或幾種、或分段集中)返回的流程進行分選。因為石墨可選性較好,經多段再磨再選后基本上可得到品位90%以上、回收率80%以上的石墨精礦。采用多段再磨主要是出于保護石墨大鱗片少受損壞[3]。

國內常見大鱗片石墨礦石的選礦工藝流程圖,如圖1 所示。

圖1 國內石墨礦石常規工藝流程圖

3 國內某大型石墨礦選礦實例

國內某大型石墨礦山石墨礦床屬沉積變質礦床,礦床工業類型為中-深變質巖晶質石墨礦床。礦石自然類型主要有兩大類:石墨片巖型石墨礦石、石墨變粒巖型石墨礦石,其次為片麻巖型石墨礦石、混合巖型石墨礦石和含石墨大理巖型石墨礦石。礦石工業類型屬于晶質鱗片狀石墨礦,按其風化程度又可分為2 個亞類:風化石墨礦石和原生石墨礦石。風化石墨礦石松軟,分布于地表深度至45.82 m。其下為原生礦石,礦石較堅硬,礦石礦物石墨為鱗片狀、葉片狀結構。石墨與共生脈石礦物構成片狀、團塊狀和條帶狀構造。經試驗研究,為該礦山制定了“三段一閉路-階段磨礦階段選別-再磨再選段八磨九選-單段脫水”的原則流程,并最終得到了品位95%、回收率85% 的石墨精礦,其中0.045 mm(-325 目)的粒級含量≤35%,石墨精礦含水≤25%,后續經過干燥作業能達到水分含量≤5%。具體流程如圖2 所示。

圖2 國內某大型石墨選廠工藝流程圖

在該石墨礦選礦廠建設中,針對石墨礦選礦技術特點,應用了以下針對性的技術措施:

(1)為兼顧選礦回收率指標和最終產品的成品率,從保護石墨礦鱗片,避免過磨的角度考慮,將粗磨作業由傳統的一段閉路磨礦調整為兩段閉路磨礦,一段磨礦細度為-0.15 mm 占50%,磨礦產品經一段粗選、一段精選產出粗精礦1;二段磨礦細度為-0.074 mm 占60%,二段磨礦給礦為一段粗選尾礦,磨礦產品經一粗、二掃產出粗精礦2 和最終尾礦。粗精礦1 經一段再磨進入精選1 及后續作業,粗精礦2 直接進入精選1 及后續作業。此工藝流程調整充分考慮了石墨選礦技術特點,一方面實現了快速回收石墨礦物優先進入后續再磨再選工序,減少過磨,減少最終石墨精礦細粒級含量,提高產品成品率;另一方面通過二段磨礦,提高最終拋尾精度,進而提高選礦回收率。

(2)精選作業采用八次再磨九段精選,再磨設備一段再磨采用球磨機,其它均采用立式攪拌磨機,立式攪拌磨磨礦介質采用中鋁陶瓷球。采用立式攪拌磨機能很好的剝離石墨精礦表面,提高石墨可浮性增加浮選效率。磨礦介質采用中鋁陶瓷球比鵝卵石更優,鵝卵石易碎,一方面影響磨礦效率,另一方面脫落石英會污染石墨表面,最終降低石墨精礦品位。

(3)石墨精礦密度輕、粒度細且呈鱗片狀,不易沉降。經國內石墨選礦廠多年生產實踐證明,濃縮機很難達到脫水目的,其溢流水“跑渾”現場嚴重。石墨精礦通常采用一段脫水工藝,即浮選精礦不經濃縮直接采用過濾脫水工藝。一段脫水的過濾設備經國內外石墨選礦生產實踐表明,采用帶壓榨、吹干工藝的壓濾機對精礦濾餅水份控制最好。

4 小結

(1)目前國內在石墨選礦行業的標準及規范文件較其他有色金屬和黑色金屬仍不充足,亟待進一步對石墨礦選礦工藝的生產規范化、合理化。

(2)石墨礦選廠的產品因主要功效不同關注的核心參數也不盡相同,但最終精礦中固定粒級的含量對石墨礦選別中的設備選擇有重要影響,此方面的研究工作仍顯不足。

(3)目前國內的石墨礦缺少大規模、規范化、現代化的選廠,大多數企業生產組織較為落后、選用設備較為老舊、自動化程度普遍不足,在目前礦山行業普遍走向大型化、智能化的時代背景下仍顯不足。