江西某鉭鈮尾礦中鋰云母的浮選實驗研究

李曉波 ，許浩 ，王航 ，徐寶金 ，徐莎莎 ，毛玉輝

（1.江西理工大學資源與環境工程學院，江西 贛州 341099；2.江西省礦業工程重點實驗室，江西 贛州 341099；3.馬鞍山鋼鐵集團羅河礦業有限責任公司，安徽 馬鞍山231500；4.宜春鉭鈮礦有限公司，江西 宜春 336024）

近年來，鋰電新能源產業的迅速發展，國內外對鋰資源的需求程度日益高漲，預測鋰的消費將會從2015年的9760 t到2020年的12160 t,預估2025年達21520 t[1]。鋰云母和鋰輝石是目前主要用于提鋰的礦物型礦石資源，鋰云母中Li2O含量約2.0%～5.0%；鋰輝石Li2O含量約5.0%～8.5%[2-3]。江西某鉭鈮尾礦中的主要礦物為長石、石英、鋰云母和黃玉，含少量的鋰輝石、絹云母等。據企業提供的相關數據顯示，該尾礦中Li2O資源量達到了7.51萬 t，極具綜合利用價值。長期以來該尾礦資源缺乏綜合利用回收工藝技術，大量的選礦尾礦堆存于尾礦庫，造成了資源的極大浪費。基于該尾礦資源現狀，受某礦業公司的委托，對其重選鉭鈮尾礦中鋰云母進行選礦回收實驗研究，旨在通過選礦實驗研究確定鋰云母的選礦回收工藝流程，最大限度地回收鋰云母精礦[4-5]，為該尾礦資源的綜合利用提供技術支撐，也為豐富我國鋰資源提供途徑。

通過對尾礦樣品的工藝礦物學和鋰云母物化性質的研究，確定采用浮選工藝對該尾礦中的鋰云母進行回收；尾礦中鋰云母單體解離度較好，無需磨礦。通過進行不同藥劑種類和用量的條件實驗[6-7]，創新性的采用捕收劑HZ-00(是脂肪酸和磺酸在一定條件下合成物)與陽離子捕收劑十二胺搭配使用，其中HZ-00用量為300 g/t，十二胺用量為150 g/t，水玻璃為抑制劑，采用“一粗一掃一精”的浮選工藝流程，最終獲得鋰云母精礦Li2O品位為3.02%、回收率為72.41%的較好指標，實現了該鉭鈮尾礦中鋰云母的綜合回收利用[8]。

1 礦石礦物性質

該尾礦中的主要礦物為鋰云母、石英、鉀長石、斜長石、黃玉、螢石、鈉長石，次生礦物有高嶺土等粘土礦物，副礦物有鈮鉭鐵礦、錫石、黃鐵礦、褐鐵礦、磁鐵礦等。試樣的多元素化學分析結果見表1。

表1 原礦多元素化學分析結果/%Table 1 Chemical analysis results of raw ore

由表1中分析結果結合工藝礦物學研究結果可知，該鉭鈮礦重選尾礦中鋰云母是主要可回收的有價礦物，其主要的脈石礦物為長石和石英。

鋰云母的單體解離度測定結果見表2。

表2 鋰云母礦物單體解離度Table 2 Degree of mineral liberation of lithionite

由表2中測定結果可知，該鉭鈮礦重選尾礦中鋰云母的單體解離度良好，+0.15 mm粒級的單體解離可達90%以上，+0.076 mm粒級解離度達100%，對選礦比較有利。

該鉭鈮礦重選尾礦樣篩析結果見表3。

表3 原礦樣品粒度分布Table 3 Grain size distribution of raw ore samples

由表3中篩析結果可知，礦樣主要集中在+0.045 mm粒級，其中在+0.25 mm粒級Li2O的分布率達到27.08%，這將影響的鋰云母選別回收；-0.25+0.096 mm粒級Li2O的分布率占到了47.95%；-0.096+0.045 mm粒級Li2O的分布率占到了22.38%。

在鋰云母礦選別之前，可以對該鉭鈮礦重選尾礦進行脫泥處理，從而避免前期磨礦產生的細粒級礦泥造成的影響；其次在選別過程中應該采用捕收能力強的捕收劑，使+0.25 mm粒級的粗粒上浮。

2 浮選實驗研究

2.1 浮選方案的確定

根據工藝礦物學對原礦性質研究結果，鋰云母采用三種浮選方案來選別。方案一使用自主研制的云母類礦物捕收劑HZ-00(是脂肪酸和磺酸在一定條件下合成物)與陽離子捕收劑十二胺搭配；方案二則單獨使用陽離子捕收劑十二胺；方案三采用金屬離子活化劑FeSO4溶液與十二胺搭配。其中藥劑用量暫時按照經驗值量取，HZ-00為300 g/t，十二胺為150 g/t，金屬離子活化劑FeSO4溶液為500 g/t。

探索實驗流程見圖1，實驗結果見表4。

圖1 探索實驗流程Fig.1 Flow sheet of exploratory tests

表4 探索實驗結果Table 4 Results of exploratory tests

由實驗結果可以看出，方案一的結果明顯優于方案二與方案三：即在金屬離子活化劑活化以后再用陽離子捕收劑十二胺，不能優化浮選效果，反而使浮選效果不如單獨使用陽離子捕收劑十二胺；而單獨使用陽離子捕收劑十二胺的效果又不如同時使用陽離子捕收劑十二胺和HZ-00復配的效果好。

因此采用自主研制的云母類礦物捕收劑HZ-00與陽離子捕收劑十二胺搭配的方案來回收鉭鈮尾礦中的鋰云母礦。

2.2 浮選條件實驗

在確定了浮選方案的基礎上，開展了捕收劑用量、調整劑用量等條件實驗。其中，捕收劑采用HZ-00+十二胺組合，調整劑采用NaCO3，抑制劑采用水玻璃。實驗流程見圖1。

2.2.1 捕收劑用量實驗

在HZ-00與十二胺比例固定為2∶1的條件下，對捕收劑的用量進行條件實驗，即當輔助捕收劑HZ-00用量分別為200、250、300、350 g/t時，相應的十二胺用量依次為100、125、150、175 g/t。實驗結果見圖2。

圖2 捕收劑用量與鋰云母精礦品位及其回收率的關系Fig.2 Relationship between trap dosage and lithionite concentrate grade and its recovery

由實驗結果可以看出，在HZ-00用量200～300 g/t范圍內，隨著捕收劑用量的增加，精礦的回收率伴隨增加，品位沒有出現下降趨勢，當用量達到350 g/t時，Li2O品位下降到2.85%，回收率沒有明顯的增加。因此，捕收劑的較佳用量為HZ-00 300 g/t，十二胺150 g/t。

2.2.2 粗選調整劑和抑制劑實驗

在添加十二胺150 g/t，HZ-00 300 g/t條件下，使用水玻璃1000 g/t作抑制劑，不同Na2CO3用量對鋰云母粗選的影響。實驗結果見圖3。

圖3 碳酸鈉用量對鋰云母選別指標的影響實驗結果Fig.3 Effect of sodium carbonate dosage on flotation indexes of lithionite

由圖3可知，隨著Na2CO3用量的增加，Li2O品位逐漸升高，回收率則逐漸下降，綜合考慮回收率及品位，調整劑Na2CO3的較佳用量為1000 g/t。

在添加十二胺150 g/t，HZ-00 300 g/t條件下，使用Na2CO31000 g/t作調整劑，不同水玻璃用量對鋰云母粗選的影響。實驗結果見圖4。

圖4 水玻璃用量對鋰云母選別指標的影響實驗結果Fig.4 Effect of water glass dosage on flotation indexes of lithionite

由圖4可知，隨著水玻璃用量的增加，Li2O品位逐漸升高，回收率則逐漸下降，綜合考慮回收率及品位，水玻璃用量選用1200 g/t。

2.2.3 精選抑制劑用量實驗

為了提高產品精礦中Li2O品位，在精選過程中對水玻璃抑制劑的用量進行條件實驗，實驗結果見圖5。

圖5 抑制劑用量與鋰云母精礦品位及其回收率的關系Fig.5 Effect of water glass dosage on flotation indexes of lithionite

由實驗結果可以看出，在精選階段添加水玻璃能夠提高精礦中Li2O的品位，能夠從2.99%左右的品位提高到4.28%。綜合考慮精礦產品品位和回收率，最后確定較佳水玻璃用量為900 g/t。

2.3 開路實驗

綜合考慮以上的條件實驗結果，在HZ-00用量為300 g/t，十二胺用量為150 g/t，調整劑Na2CO3用量為1000 g/t的條件下，進行粗選效果較佳。在保證精礦產品中Li2O品位的前提下，增加一次掃選做開路實驗，確定采用“一粗一掃一精”的實驗流程。實驗流程及結果見表5。

表5 開路實驗結果Table 5 Results of condition tests

由開路實驗結果可以看出，在粗選中添加抑制劑水玻璃，能夠得到精礦中Li2O的品位3.10%，回收率為67.04%，能夠保證Li2O精礦產品質量的穩定性，可以開展閉路實驗。

2.4 閉路實驗

在條件實驗和開路實驗的基礎上，進行了鉭鈮重選尾礦鋰云母浮選的閉路實驗，實驗流程見圖6，實驗結果見表6。

圖6 鋰云母浮選閉路實驗流程Fig.6 Flowsheet of lithionite flotation closed-circuit test

表6 閉路實驗結果Table 6 Results of the closed circuit test

閉路實驗結果顯示，該鉭鈮重選尾礦以Na2CO3為pH值調整劑，以水玻璃為抑制劑，HZ-00+十二胺為捕收劑，“一粗一掃一精”的選別流程，，精選得到的鋰精礦Li2O品位3.02%，（鋰精礦最低品位為Li2O＞2.0%），回收率為72.41%，能夠保證Li2O精礦產品質量的穩定性。

3 結 論

(1)江西某鉭鈮尾礦中的主要礦物為長石、石英，其次為鋰云母和黃玉，還有少量的鋰輝石、絹云母等，其中鋰云母為主要有價礦物；該尾礦礦石性質較為簡單，但鋰資源儲量巨大，Li2O品位達到了0.53%，估計Li2O資源量達到了7.51萬t，極具綜合利用價值。

(2)通過一系列實驗研究，確定采用“一粗一掃一精”浮選工藝流程對鋰云母進行回收，可獲得鋰云母精礦Li2O品位為3.02%、回收率為72.41%的實驗指標，有效地回收了該尾礦中的鋰資源。

(3)江西理工大學自主研發的HZ-00云母類捕收劑對鋰云母具有較強的選擇性捕收性能，配合陽離子捕收劑十二胺聯合適用，可有效地對該尾礦中的鋰云母進行回收。

(4)本次研究確定的浮選工藝流程簡單、可靠，可作為該尾礦資源回收鋰云母的技術依據。