從磨礦性能角度解決大鱗片石墨的保護(hù)問(wèn)題①

康 健， 黃 鵬， 劉 爽， 白 丁， 李 健， 林 璠， 林 楠

（1.國(guó)土資源部稀土稀有稀散礦產(chǎn)勘查及綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢430034； 2.湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心， 湖北 武漢430034）

石墨是碳元素的結(jié)晶之一，具有耐高溫、抗腐蝕、強(qiáng)度大、韌性好、自潤(rùn)滑強(qiáng)度高、導(dǎo)熱、導(dǎo)電、可塑性等特性，廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、電子、化工、輕工、軍工、國(guó)防、航天及耐火材料等行業(yè)，是當(dāng)今高新技術(shù)發(fā)展必不可少的非金屬材料之一［1］。

根據(jù)石墨結(jié)晶特點(diǎn)，分為晶質(zhì)石墨（鱗片）和隱晶質(zhì)石墨（土狀）兩類。 其中鱗片石墨根據(jù)其鱗片大小，又分為大鱗片石墨和細(xì)鱗片石墨，一般來(lái)講，-0.147 mm的鱗片狀石墨稱為細(xì)鱗片石墨，經(jīng)濟(jì)價(jià)值相對(duì)較低，我國(guó)的晶質(zhì)石墨（鱗片）也主要以細(xì)鱗片為主。

大鱗片石墨則通常指＋0.3 mm、＋0.18 mm、＋0.15 mm的鱗片狀石墨，由于其特有的理化性質(zhì)，在工業(yè)上具有不可替代性，經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高［2］。 因此，在選礦工藝上，大鱗片石墨的浮選一般要求能早收盡量早收，以達(dá)到保護(hù)大鱗片的目的［3-5］。

本文以莫桑比克某大鱗片石墨礦為研究對(duì)象，主要從磨礦性能的角度出發(fā)，重點(diǎn)跟蹤不同磨礦細(xì)度條件下大鱗片石墨的走向，從而解決大鱗片石墨的保護(hù)問(wèn)題，達(dá)到精礦產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益最大化的目的。

1 礦石性質(zhì)與儀器設(shè)備

1.1 礦石性質(zhì)

試樣化學(xué)多元素分析結(jié)果見(jiàn)表1。 該石墨礦呈片狀構(gòu)造及片麻狀構(gòu)造，礦石的組成礦物種類主要為石墨、斜長(zhǎng)石、水云母、透輝石、石英等，以及褐鐵礦和少量的黃鐵礦等金屬礦物。 石墨主要以片狀和片狀集合體的形式存在，晶體粒徑變化較大，一般介于0.02 ～2.4 mm 之間，多呈定向排列。

表1 試樣化學(xué)多元素分析結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）／%

石墨嵌布特性見(jiàn)表2。 由表2 可以看出，該石墨礦以大鱗片石墨為主。

為了更好地了解樣品性質(zhì)，以及樣品破碎加工后，石墨在各個(gè)粒級(jí)的分布情況，對(duì)-2 mm 試驗(yàn)樣品進(jìn)行了篩分分析，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 試樣粒度篩析結(jié)果

從表3 可以看出，該石墨礦經(jīng)破碎后，＋0.3 mm 和-0.3＋0.15 mm 兩個(gè)粒級(jí)的分布率分別為77.30%和15.77%。 不難看出，破碎過(guò)程中大鱗片石墨被破壞的程度很小，且部分-0.3 mm 粒級(jí)石墨以片狀集合體的形式存在于＋0.3 mm 粒級(jí)原礦中，需要適當(dāng)?shù)哪サV才能單體解離。

1.2 儀器設(shè)備及測(cè)試方法

主要試驗(yàn)設(shè)備及儀器：錐形球磨機(jī)（XMQ240×型90 和XMQ150×50 型）；浮選機(jī)（XFD Ⅲ-1.5L 型和XFDⅢ-0.5L 型）；真空過(guò)濾機(jī)（XTLZ-Φ260／Φ200型）；電熱鼓風(fēng)干燥箱（WGL-230B 型）。

固定碳測(cè)試方法：依照國(guó)標(biāo)GB3251—2008 石墨化學(xué)分析方法進(jìn)行分析，即分析石墨中的灰分、揮發(fā)分，然后用總量減去灰分、揮發(fā)分，其值為固定碳。

2 浮選試驗(yàn)

磨礦細(xì)度是選礦試驗(yàn)中一個(gè)非常重要的參數(shù)，它直接關(guān)系到目的礦物的單體解離與否，對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)有著重要的影響。 對(duì)于大鱗片石墨礦而言，由于要防止磨礦過(guò)程中對(duì)大鱗片石墨的破壞，磨礦細(xì)度更是重中之重。

本次研究主要從磨礦性能的角度出發(fā)，重點(diǎn)跟蹤不同磨礦細(xì)度條件下大鱗片石墨的走向，因此，研究過(guò)程中浮選藥劑制度和工藝流程將以固定的條件給出，重點(diǎn)考察不同磨礦細(xì)度條件對(duì)最終精礦產(chǎn)品的影響。

2.1 一段磨礦細(xì)度試驗(yàn)

一段磨礦使用的磨礦設(shè)備為錐形球磨機(jī)，設(shè)備型號(hào)為XMQ240×90，每次磨礦樣品質(zhì)量500 g，磨礦濃度50%，使用0.3 mm 和0.15 mm 的標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩析試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4。 從表4 可以看出，隨著磨礦時(shí)間增加，-0.15 mm 粒級(jí)產(chǎn)率從43.08%依次提升至63.48%，＋0.3 mm 粒級(jí)產(chǎn)品石墨的分布率從67.12%降至47.31%，-0.3＋0.15 mm 粒級(jí)分布率從20.38%上升至29.61%，-0.15 mm 粒級(jí)產(chǎn)品石墨分布率從12.50 提升至23.08%。

表4 一段磨礦篩析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

2.2 一段磨礦浮選試驗(yàn)

為減少浮選過(guò)程中對(duì)大鱗片石墨的破壞，盡可能多地回收大鱗片石墨，一段浮選采用快速閃浮，詳細(xì)的工藝流程和藥劑制度見(jiàn)圖1。 浮選試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5，粗精礦粒度篩析結(jié)果見(jiàn)表6。

圖1 一段磨礦-浮選流程

表5 一段磨礦-浮選試驗(yàn)結(jié)果

表6 一段浮選粗精礦篩析統(tǒng)計(jì)結(jié)果

從表5 可以看出，隨著磨礦細(xì)度從-0.15 mm 占45%提升至60%，粗精礦品位呈先升后降的趨勢(shì)，粗精礦回收率從95.14%降至92.77%。

從表6 結(jié)合表2 和表4 結(jié)果可以看出，當(dāng)磨礦細(xì)度低于-0.15 mm 占50%時(shí)，＋0.3 mm 和-0.3＋0.15 mm粒級(jí)精礦與原礦中石墨的嵌布粒度分布情況相近。 此時(shí)，石墨礦中的大鱗片石墨處于與脈石礦物的易分離階段，該階段以片狀集合體石墨的解離為主，不僅粗精礦品位提升較快，而且大鱗片石墨在磨礦中受到的破壞力較小。

隨著磨礦細(xì)度繼續(xù)增加，可以明顯看到粗精礦中＋0.3 mm 粒級(jí)對(duì)原礦回收率大幅度降低，而品位卻提升較小，經(jīng)鏡下觀察，粗精礦中＋0.3 mm 粒級(jí)的大鱗片石墨在邊緣地帶存在脈石礦物的連生現(xiàn)象，由于XMQ240×90 型錐形球磨機(jī)使用的鋼球較大，易破壞大鱗片石墨，而且鋼球之間的空隙較大，較難對(duì)這一部分連生的脈石礦物進(jìn)行解離。

一段磨礦細(xì)度以-0.15 mm 粒級(jí)占50%為宜。

2.3 二段磨礦浮選試驗(yàn)

從一段磨礦試驗(yàn)結(jié)果可知，一段磨礦主要以大鱗片石墨的片狀集合體解離為主，使得其向自身粒度區(qū)間轉(zhuǎn)移，而大鱗片的降目現(xiàn)象則不明顯。

二段磨礦主要是提升大鱗片石墨的品級(jí)，為提升磨礦效率、減少大鱗片石墨被破壞的幾率，二段磨礦使用XMQ150×50 錐形球磨機(jī)，在不同磨礦時(shí)間下進(jìn)行二段浮選試驗(yàn)，工藝流程見(jiàn)圖2，結(jié)果見(jiàn)表7，精礦篩析結(jié)果見(jiàn)表8。 由表7～8 可知，一段粗精礦不磨礦直接精選的情況下，＋0.3 mm 粒級(jí)產(chǎn)品品位基本沒(méi)有提升，相反回收率下降了2 個(gè)百分點(diǎn)，而-0.3 mm 粒級(jí)品位提升頗大，可以看出一段粗精礦＋0.3 mm 粒級(jí)產(chǎn)品基本沒(méi)有脈石礦物夾雜，脈石礦物主要與鱗片石墨連生為主。

圖2 二段磨礦-浮選流程

當(dāng)磨礦細(xì)度提升到-0.15 mm 粒級(jí)占33.14%時(shí)，＋0.3 mm 粒級(jí)精礦品位有明顯提升，達(dá)到了90.68%，此時(shí)對(duì)原礦產(chǎn)率為2.95%，對(duì)原礦回收率為51.72%。

當(dāng)磨礦細(xì)度繼續(xù)提升至-0.15 mm 占35.28%時(shí)，除精礦品位有一定程度提升外，其余選礦指標(biāo)變化不明顯，配合鏡下觀察，其原因可能為＋0.3 mm 粒級(jí)大鱗片石墨周圍有水云母、褐鐵礦等較易解離的脈石礦物，球磨機(jī)中的細(xì)粒鋼球?qū)ζ溆休^好的解離作用，使得各個(gè)粒級(jí)的大鱗片石墨僅在原有粒級(jí)進(jìn)行解離。

表7 二段磨礦-浮選試驗(yàn)結(jié)果

表8 二段浮選精礦篩析結(jié)果統(tǒng)計(jì)結(jié)果

而繼續(xù)增大磨礦細(xì)度，＋0.3 mm 粒級(jí)大鱗片石墨回收率開(kāi)始大幅度下降，大鱗片石墨的破壞程度開(kāi)始逐漸增大。 綜合考慮，二段磨礦細(xì)度以-0.15 mm 粒級(jí)占35.28%為宜。

2.4 三段磨礦浮選試驗(yàn)

二段磨礦后已基本達(dá)到了保護(hù)大鱗片石墨的目的，但-0.15 mm 粒級(jí)精礦尚未完全單體解離，品位難以提高，故此對(duì)其進(jìn)行了第三段磨礦試驗(yàn)，此次精選為空白精選，浮選時(shí)間為2 min，最終試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9。

表9 三段磨礦-浮選試驗(yàn)結(jié)果

由表9 可知，三段磨礦細(xì)度為-0.074 mm 粒級(jí)占70%時(shí)，可以得到品位為91.52%的精礦產(chǎn)品。

2.5 閉路試驗(yàn)

在大鱗片磨礦細(xì)度試驗(yàn)和細(xì)鱗片磨礦細(xì)度試驗(yàn)確定的較優(yōu)條件下進(jìn)行了閉路試驗(yàn)，中礦1 和中礦2 品位較低，合并后返回粗選流程；中礦3 則返回三段磨礦，閉路試驗(yàn)流程見(jiàn)圖3，結(jié)果見(jiàn)表10，精礦各粒級(jí)分析結(jié)果見(jiàn)表11。 閉路試驗(yàn)結(jié)果表明，采用階段磨礦、一粗兩精一掃-篩分分級(jí)浮選流程，可獲得產(chǎn)率4.37%、品位92.81%、回收率79.59%的大鱗片石墨精礦，以及產(chǎn)率0.80%、品位91.23%、回收率14.29%的細(xì)鱗片石墨精礦。

圖3 閉路試驗(yàn)流程

表10 閉路流程試驗(yàn)結(jié)果

表11 大鱗片精礦產(chǎn)品各粒級(jí)分析結(jié)果

3 結(jié) 論

1） 采用階段磨礦、一粗兩精一掃結(jié)合篩分分級(jí)的浮選流程，在保護(hù)大鱗片石墨的同時(shí)，獲得了產(chǎn)率4.37%、品位92.81%、回收率79.59%的大鱗片石墨精礦，以及產(chǎn)率0.80%、品位91.23%、回收率14.29%的細(xì)鱗片石墨精礦。

2） 提出了利用大鱗片石墨、細(xì)鱗片石墨、鱗片石墨集合體和脈石礦物磨礦性能的差異，把磨礦細(xì)度和浮選精礦篩析數(shù)據(jù)相結(jié)合，制定適宜的磨礦參數(shù)的選礦思路，既合理保護(hù)了礦物中的大鱗片石墨，又簡(jiǎn)化了浮選工藝流程，避免分級(jí)磨浮等流程的冗雜性。

3） 添加篩分分級(jí)工藝實(shí)現(xiàn)了大鱗片石墨的快速產(chǎn)品化，減少對(duì)大鱗片石墨的進(jìn)一步破壞，同時(shí)降低了后續(xù)浮選流程的處理量，降低生產(chǎn)成本，達(dá)到了經(jīng)濟(jì)效益的最大化。