石墨再磨介質(zhì)球?qū)Ρ仍囼?yàn)研究①

龍 淵，張國旺，肖 驍，劉 瑜，趙 湘，石 立

（1.長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410012；2.湖南金磨科技有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410012）

鱗片石墨是一種重要的非金屬礦物材料，它具有耐高溫、熱電導(dǎo)性、抗熱震及潤滑性等優(yōu)良特性，被廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、能源材料、航空航天等工業(yè)［1-2］。鱗片石墨具有特殊的片層狀結(jié)構(gòu)，其鱗片結(jié)構(gòu)越完整［3］、表面光潔度越好，深加工制備材料性能［4］也越好。因此，在石墨的磨礦［5］、選別過程中，減少鱗片結(jié)構(gòu)破壞［6］，保持石墨結(jié)構(gòu)完整性及合適的粒度分布，具有重要意義。

黑龍江蘿北地區(qū)有豐富的鱗片石墨資源，產(chǎn)出的粒度-0.147 mm、固定碳含量95%以上的產(chǎn)品（簡稱-195磷片石墨）被廣泛用來制備球形石墨作為負(fù)極材料使用。在生產(chǎn)過程中，使用攪拌磨［7］作為再磨設(shè)備，鵝卵石作為磨礦介質(zhì)，通過9～10段磨礦選別，最終產(chǎn)出-195鱗片石墨。球形石墨原料要求石墨精礦中細(xì)粒級(jí)（-45 μm）含量在35%以下，且要求粒度分布要集中，然而，當(dāng)?shù)厥V中-45 μm粒級(jí)含量達(dá)45%且石墨分級(jí)難度大，嚴(yán)重影響球形石墨成球率及產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益。本文采用立式攪拌磨進(jìn)行介質(zhì)球?qū)Ρ鹊哪サV研究，旨在研究出好的介質(zhì)球參數(shù)，在磨礦過程中，降低石墨過磨現(xiàn)象，為工業(yè)應(yīng)用提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)儀器及原料制備

主要設(shè)備及儀器包括錐形球磨機(jī)（XMQ-Φ250×90型）、立式攪拌磨機(jī)（JM-50L型）、浮選機(jī)（XFD-3L型）、真空過濾機(jī)（XTLZ-Φ260／Φ200）和數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱（GZX-9240MBE）、泰勒篩（Φ200×50型）、超聲波清洗機(jī)（HT-1000型）等。依照國標(biāo)GB 3251—2008石墨化學(xué)分析方法分析固定碳含量。

試驗(yàn)原料為黑龍江蘿北地區(qū)的石墨礦，粒度在20 mm以下，其原礦主要化學(xué)成分分析結(jié)果如表1所示，其中固定碳含量12.29%，主要脈石為石英與鋁硅酸鹽類物質(zhì)。

表1 石墨原礦主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

按圖1所示工藝流程進(jìn)行粗精礦制備，為后續(xù)試驗(yàn)提供再磨原料。分析化驗(yàn)結(jié)果顯示，粗精礦固定碳含量55.23%，尾礦固定碳含量1.31%。

圖1 粗精礦制備流程

對(duì)制備的粗精礦進(jìn)行了粒度篩分分析，結(jié)果見表2。

表2 粗精礦粒度分析結(jié)果

由表2看出，制得的粗精礦中，+150 μm粒級(jí)含量5.98%，-75 μm粒級(jí)含量69.87%，-45 μm粒級(jí)含量50.21%。將該制備好的石墨粗精礦樣烘干混樣均勻后，進(jìn)行后續(xù)再磨介質(zhì)球磨礦對(duì)比研究。

2 介質(zhì)球種類對(duì)比試驗(yàn)研究

2.1 磨礦產(chǎn)品粒度分布

試驗(yàn)條件：磨礦設(shè)備采用LXM-50L型立式攪拌磨機(jī)，取上述制備的粗精礦樣4份，每份2 kg，分別采用直徑15～20 mm的鋼球（7.8 g／cm3）、微晶球（4.0 g／cm3）、褐瓷球（3.0 g／cm3）以及鵝卵石（2.6 g／cm3，大小不均）4種介質(zhì)球作為磨礦介質(zhì)進(jìn)行磨礦，介質(zhì)填充率55%，磨機(jī)轉(zhuǎn)速150 r／min，磨礦濃度25%。將石墨粗精礦細(xì)磨至產(chǎn)品細(xì)度-75 μm粒級(jí)占80%，不同介質(zhì)球所需磨礦時(shí)間見表3。

表3 不同介質(zhì)球磨礦時(shí)間對(duì)比

從表3可以看出，不同介質(zhì)球磨礦效率不同，密度越大，磨礦效率越高，在4種介質(zhì)球中，鋼球磨礦效率最高，3.0 min即可磨至指定細(xì)度，鵝卵石因外形不規(guī)則，磨礦效率最低，需5.8 min。

同時(shí)，對(duì)磨礦產(chǎn)品在超聲波清洗機(jī)中進(jìn)行多粒級(jí)篩分，不同介質(zhì)球所得磨礦產(chǎn)品粒度分析結(jié)果見表4。

表4 磨礦產(chǎn)品粒度分析結(jié)果

從表4可以看出，采用不同介質(zhì)球進(jìn)行粗精礦磨礦，在細(xì)磨至-75 μm粒級(jí)占80%左右時(shí)，鋼球作為磨礦介質(zhì)，-38 μm粒級(jí)含量達(dá)到了63.95%，過磨相對(duì)嚴(yán)重；鵝卵石作為磨礦介質(zhì)，其-38 μm粒級(jí)含量僅58.23%；微晶球與褐瓷球磨礦效果相近，處于中間值。

2.2 介質(zhì)球磨耗對(duì)比

在研究不同介質(zhì)球磨礦效果的同時(shí)，也對(duì)磨礦后的介質(zhì)球進(jìn)行了磨耗（損失率）分析，即磨礦前稱重與磨礦后烘干稱重對(duì)比，結(jié)果見表5。

表5 不同介質(zhì)球磨礦損耗對(duì)比

由表5可以看出，在實(shí)驗(yàn)室磨機(jī)中，磨礦至同一目標(biāo)細(xì)度時(shí)，鵝卵石相對(duì)易磨損，損失率達(dá)2.72%，

2.3 磨礦產(chǎn)品浮選對(duì)比試驗(yàn)

為了評(píng)價(jià)不同介質(zhì)球?qū)κ志V剝片解離效果的影響，取4種不同介質(zhì)球的粗精礦磨礦產(chǎn)品500 g，其細(xì)度為-75 μm粒級(jí)占80%，然后按圖2所示流程進(jìn)行浮選，結(jié)果見表6。

圖2 粗精礦再磨再選流程

表6 粗精礦再磨再選結(jié)果

從表6可以看出，采用褐瓷球作為磨礦介質(zhì)，較其他幾種介質(zhì)球而言，浮選獲得的精礦產(chǎn)率與回收率最高，分別為71.68%與97.57%，且精礦固定碳含量為75.69%。采用鋼球作為磨礦介質(zhì)，磨礦產(chǎn)品細(xì)粒級(jí)含量高，浮選難度增大，細(xì)粒級(jí)不易上浮，影響浮選指標(biāo)。采用鵝卵石作為磨礦介質(zhì)，產(chǎn)率較褐瓷球低3.58個(gè)百分點(diǎn)，說明解離效果偏差。此外，粗精礦產(chǎn)品固定碳含量間接反映了介質(zhì)磨損的細(xì)塊在磨礦過程中持續(xù)變細(xì)后成為粉料進(jìn)入到石墨磨礦產(chǎn)品中。

2.4 浮選精礦產(chǎn)品分析

對(duì)4種不同介質(zhì)磨礦浮選所得的精礦1分別進(jìn)行了粒度組成分析，結(jié)果見表7。對(duì)4種介質(zhì)球磨礦浮選獲得的精礦1，選取+38 μm粒級(jí)產(chǎn)品進(jìn)行掃描電鏡分析，結(jié)果見圖3。

表7 精礦1粒度分析結(jié)果

圖3 不同介質(zhì)球磨礦浮選所得精礦1掃描電鏡照片

從表7和圖3可知，采用鋼球作介質(zhì)球時(shí)，精礦產(chǎn)品粗粒級(jí)含量少、細(xì)粒級(jí)含量多，且因鋼球密度大，在磨礦過程中對(duì)鱗片破壞較大，動(dòng)能大，石墨鱗片上即將脫落細(xì)碎鱗片多，鱗片邊緣斷裂與沖擊損傷較為明顯。采用微晶球、褐瓷球及鵝卵石作介質(zhì)球時(shí)，精礦產(chǎn)品粒度分布情況相近；微晶球作介質(zhì)球獲得的精礦產(chǎn)品鱗片邊緣上也有一定的細(xì)小鱗片，但較鋼球而言，鱗片輪廓較規(guī)則一些；褐瓷球作介質(zhì)球獲得的精礦產(chǎn)品石墨鱗片表面劃痕少，邊緣輪廓清楚且較規(guī)整；鵝卵石作介質(zhì)球時(shí)精礦表面粗糙、形狀不規(guī)則，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中有較多的擠壓力，造成精礦鱗片表面劃痕與缺陷較多。綜上，褐瓷球在磨礦過程對(duì)石墨精礦的結(jié)構(gòu)保護(hù)效果較好。

3 結(jié) 論

1）通過磨礦對(duì)比試驗(yàn)，將石墨礦細(xì)磨至-75 μm粒級(jí)占80%左右時(shí)，介質(zhì)球密度越大，磨礦效率越高；鋼球作為介質(zhì)球時(shí)，產(chǎn)品細(xì)粒級(jí)含量高，過粉碎相對(duì)嚴(yán)重；鵝卵石作為介質(zhì)球時(shí)，產(chǎn)品中細(xì)粒級(jí)含量低，但磨礦效率較低且在磨礦過程中磨損率高；微晶球與褐瓷球作為介質(zhì)球時(shí)產(chǎn)品細(xì)粒級(jí)含量處于中間水平。

2）對(duì)磨礦后產(chǎn)品進(jìn)行浮選，與其他介質(zhì)球相比，采用褐瓷球作為磨礦介質(zhì)，浮選獲得的精礦產(chǎn)率與回收率指標(biāo)均較好，分別為71.68%與97.57%，精礦固定碳含量為75.69%。

3）精礦產(chǎn)品微觀分析結(jié)果表明，采用褐瓷球作為磨礦介質(zhì)時(shí)，磨礦產(chǎn)品粒度分布較好，浮選指標(biāo)較優(yōu)，得到的精礦表面結(jié)構(gòu)更為規(guī)則完整。綜合磨礦效率、介質(zhì)磨損率、過磨程度、產(chǎn)品鱗片結(jié)構(gòu)完整性等因素，在工業(yè)應(yīng)用中，建議采用形狀規(guī)則、密度適宜、耐磨性較好的褐瓷球作為石墨再磨介質(zhì)。