艾砂磨機在鋰云母浮選分離的應用

童佳琪 ， 廖紫鑫 ， 朱玉華 ， 吳季 ， 袁程方 ， 吳彩斌 ，2

（1. 江西理工大學資源與環(huán)境工程學院，江西 贛州341000； 2. 江西省礦業(yè)工程重點實驗室，江西 贛州341000）

鋰是一種重要的能源型金屬，鋰云母是一種常見的含鋰礦物，是提煉金屬鋰的主要原料之一[1-3]。其工業(yè)上有3 大傳統(tǒng)用途：鋁電解槽熔鹽、玻璃陶瓷工業(yè)添加劑和生產潤滑脂，隨著工業(yè)化進程的加快，鋰的應用領域不斷擴展， 現已廣泛應用于電池、 冶金、橡膠、醫(yī)學、紡織工業(yè)、電器、航天和原子能等行業(yè)。鋰也是制造氫彈的重要材料[4-6]。

隨著我國選鋰技術的不斷發(fā)展，品位較高和易選的鋰礦越來越少，低品位鋰云母的選別技術得到高度關注[7-8]。 現在很多鋰礦選廠是以鉭鈮礦的尾渣為原料進行選鋰[9-10]，目前鋰礦氧化鋰品位一般只選到3%左右，又因為鋰云母產品價格下降，導致企業(yè)虧損，說明當前的工藝流程已經滿足不了企業(yè)需求。如今需要突破鋰云母品位瓶頸，提高鋰選廠的經濟效益[11-12]。從磨礦方面改善選礦指標[13-15]，黑龍江某銅礦選廠使用艾砂磨機有效提高了銅精礦質量，降低了精礦運輸成本，增加了產品附加值，經濟效益顯著[16]。遂昌金礦采用艾砂磨機開路磨礦替代原二段球磨閉路磨礦，其磨礦產品＜0.074 mm 從75%提高到95%， 氰化尾渣金品位從0.35 g/t 降低到0.12 g/t，銀品位從13.17 g/t降低到7.4 g/t，指標較好，經濟效益顯著[17]。 多寶山銅礦采用艾砂磨機有效提升了銅鉬混合精礦質量，降低了硅、鋁質量分數，增加了產品經濟附加值，為后續(xù)銅鉬分離創(chuàng)造了有利條件[18]。艾砂磨機作為一種新型再磨設備具有高效節(jié)能的特點， 磨礦產品粒度分布窄、避免過磨和欠磨，可有效提高有價金屬回收率，其開路磨礦可達到閉路磨礦效果，簡化了設備配置，設備占地面積小可減少建設投資，改造更加方便，有效提高選礦廠運轉率[19-20]。 本文從磨礦工藝出發(fā)，將艾砂磨機與球磨機進行對比試驗并觀察磨礦產品粒度特性及浮選結果，確定磨礦設備后再通過捕收劑和抑制劑的優(yōu)選提高鋰云母浮選精礦的品位和回收率，最后進行了閉路試驗驗證。

1 試 驗

1.1 礦石性質

鋰云母樣品來自江西宜春某選廠，粒度均在2 mm以下。該樣品原礦含Li2O 品位為0.52%。其粒級分布及其金屬率分布如表1 所列。

試樣多元素化學分析結果如表2 所列，XRD 分析結果如圖1 所示。

從表1 和表2 可以看出，原礦樣中主要有用礦物為鋰云母，大部分分布在0.15 mm 以上，需要進一步磨礦使其充分單體解離， 主要脈石礦物為SiO2和Al2O3。 又因為大量的 Na2O 和 K2O 存在，使得鋰云母礦在磨礦時易產生次生礦泥，而礦泥會對鋰云母礦的分選有較大的影響。 生產實踐也表明，當浮選物料中細泥含量較多時，會嚴重惡化浮選過程，導致浮選效果顯著降低。 此外，圖1 顯示原料中有不含鋰或鋰品位較低的白云母、金云母的存在，這也是鋰云母精礦Li2O 品位難提高的重要原因。

表1 鋰云母原礦金屬率分布組成Table 1 Distribution composition of metallicity of lepidolite ore

表2 多元素化學分析結果Table 2 The results of multi element chemical analysis

圖1 鋰云母礦XRD 譜Fig. 1 XRD pattern of lepidolite

1.2 試驗方法

艾砂磨機是浙江艾領創(chuàng)礦業(yè)科技有限公司研發(fā)的大型臥式砂磨機ALC-1.5L 艾砂磨。 采用艾砂磨機作為開路磨礦設備，將鋰云母樣品磨至＜0.074 mm 占60%，該鋰云母礦含大量的細泥會吸附藥劑從而影響后續(xù)浮選，故先進行脫泥再進行“一粗三精三掃”工藝流程進行浮選。 抑制劑采用自主研制的WST，捕收劑為CY205。 選別工藝流程如圖2 所示。

圖2 浮選流程Fig. 2 Flotation flow chart

2 結果與討論

2.1 艾砂磨與球磨對比試驗

宜春大部分鋰云母是依托宜春鉭鈮礦生產尾渣作為原料，已經經過磨礦分離作業(yè)，因此可使用再磨設備艾砂磨作為主要磨礦設備，在實驗室進行了錐型球磨機和艾砂磨機磨礦對比實驗，其磨礦細度對比結果如圖3 所示，并將磨礦產品分別進行相同的浮選流程，球磨與艾砂磨磨礦產品浮選對比實驗結果表3 所列。

圖3 球磨、艾砂磨磨礦細度對比結果Fig. 3 Comparison results of grinding fineness of ball mill and Aisha mill

艾砂磨與球磨磨礦產品＞0.15 mm 粒級呈現相同的變化趨勢，產率隨磨礦時間的增加而增加，說明球磨和艾砂磨對粗粒級的研磨效果相近。球磨機磨礦產品中隨磨礦時間增加，＜0.038 mm 產率增加趨勢明顯高于艾砂磨機，說明球磨機相對于艾砂磨機更容易產生過磨現象。這是因為艾砂磨機在高速旋轉產生的離心力作用下，礦物和磨礦介質都按照粒徑從小到大由磨機軸向筒體內壁徑向分布，實現“大磨大、小磨小”的選擇性磨礦，而更不易造成過磨。

表3 球磨、艾砂磨產品浮選實驗結果對比Table 3 Comparison of flotation test results of ball mill and moxa mill products

從表3 可以看出， 經艾砂磨磨礦后浮選精礦含Li2O 品位為3.25%，回收率為44.74%。而球磨機磨礦后浮選精礦含 Li2O 品位為 3.06%， 回收率為40.65%。 球磨磨礦后脫泥產品中金屬損失率為24.57%，尾礦中金屬量損失為12.30%。 艾砂磨磨礦后脫泥產品中金屬損失率減少至16.86%， 尾礦中金屬量損失減少至10.54%。非常明顯，艾砂磨磨礦產品浮選后的精礦各指標均優(yōu)于球磨磨礦產品。艾砂磨磨礦產品中新生成的細泥量少，捕收劑可以更好的在云母表面作用吸附，精礦品位大幅度提升，浮選現象更為直觀，這是由于艾砂磨磨礦產品粒度分布窄，有效地避免過磨和欠磨從而提高有價金屬回收效果。 圖4為球磨和艾砂磨后浮選精礦產品的掃描電鏡圖。

圖4 球磨機和艾砂磨磨礦后的的浮選精礦表面形貌Fig. 4 Surface morphology of flotation concentrate after grinding by ball mill and Aisha mill

從圖4 中可以明顯看出，使用艾砂磨的鋰云母精礦表面較為平整光滑；而使用球磨的鋰云母精礦表面產生很多裂紋及細小顆粒。 從磨機工作原理來看，使用艾砂磨機時，礦漿通過篩網除去雜質后再通過變頻泵穩(wěn)定給入磨機，艾砂磨筒體內的攪拌盤在主軸的帶動下實現高速旋轉，使磨礦介質做繞軸向運動和自轉運動，礦物顆粒在高速運動的磨礦介質擦洗力及研磨力作用下實現細磨。 球磨機內鋼球作拋落運動狀態(tài)時，在鋼球上升過程中存在著鋼球與襯板及鋼球與鋼球之間的研磨作用，并對礦石進行研磨。 當鋼球上升到上方時向下作拋落運動，在拋落過程中，球與球之間及與礦粒之間下落速度均相同， 不存在相對運動，也就不產生磨礦作用。 但當鋼球落到球荷底腳時，鋼球會對下面的襯板及球荷形成強烈的沖擊，并對礦粒產生強烈的沖擊破碎作用。 底腳區(qū)的鋼球運動很活躍，磨礦作用很強。 鋼球作拋落運動時磨礦作用以沖擊為主，研磨為輔，故對礦物表面產生的破壞力更大。

2.2 磨礦細度試驗

以ALC-1.5L 艾砂磨為磨礦設備進行了磨礦細度≤74mm 占 40%，50%，60%，70%，80%，90%的磨礦細度試驗，其試驗結果如圖5 所示。

隨著研磨產品粒度越來越小， 精礦品位越來越低，而回收率則呈升高趨勢。當礦物粒度較大時，由于云母呈薄片狀，石英和長石均為顆粒狀，因此云母與石英和長石的可浮性差異大，精礦品位較高而回收率低； 當粒度較小時云母與石英和長石的可浮性差異小，故粒度越小，精礦Li2O 品位越低而回收率越高。從而隨著磨礦細度越來越細尾礦品位和回收率越來越低。這主要是由于粒度較大時在粗選時已將大部分易浮礦浮選出， 粗選尾礦粒度較大難以在掃選時回收，導致粒度越大尾礦回收率也越來越高。

綜上考慮， 當粒度≤0.074 mm 占60%時綜合指標最好，精礦指標達到要求且尾礦損失也較低，此時精礦含Li2O 品位為3.43%、回收率為40.56%，尾礦含Li2O 品位為0.098%、回收率為10.15%。

圖5 尾礦和精礦的Li2O 品位及回收率磨礦細度關系曲線Fig. 5 Relationship between grade and recovery of tailings and concentrate and grinding fineness

2.3 捕收劑試驗

在不同的磨礦細度下， 礦物有著不同的比表面積，通常情況下磨礦細度越細，礦物單體解離度越充分，礦物在浮選時對藥劑吸量也越大，所以我們對捕收劑用量進行探索試驗。 固定磨礦細度≤0.074 mm占60%， 硅酸鈉用量為200 g/t， 考察捕收劑CY205在粗選時較優(yōu)藥劑用量。 實驗中發(fā)現CY205 由于含有大量的胺類藥劑，起泡性能良好，故取消使用起泡劑松醇油。 實驗中粗選CY205 藥劑用量分別為：400，600，800，1 000 g/t 和 1 200 g/t。 實驗結果如圖 6所示。

圖6 粗選捕收劑用量條件實驗工藝指標對比Fig. 6 Comparison diagram of experimental process indexes of collector dosage condition in roughing

隨著捕收劑用量的增加，鋰云母精礦的品位呈先增大后減小的趨勢。當CY205 用量為800 g/t 時精礦品位最高達3.86%。精礦回收率隨著捕收劑用量的增加而增大。當用量超過800 g/t 時，精礦回收率增加趨勢更加緩慢。 綜合精礦品位、 回收率及經濟成本，以CY205 用量800 g/t 作為較優(yōu)用量。

2.4 抑制劑對比試驗

每種抑制劑均按照硅酸鹽類礦物相適宜用量添加，碳酸鈉、六偏磷酸鈉、水玻璃均為200 g/t，CMC 和淀粉為50 g/t。 實驗結果如圖7 所示。

圖7 抑制劑種類實驗結果Fig. 7 Experimental results of inhibitor types

從圖7 可以看出，水玻璃起抑制效果的同時對礦漿有分散作用，CMC 和淀粉屬于大分子會產生絮凝現象，（CMC 和淀粉的回收率過低無法在柱狀圖中表示）鋰云母精礦無法富集，當用CMC、淀粉做抑制劑時精礦Li2O 品位在1%左右，使用碳酸鈉時泡沫較為黏稠，夾帶現象嚴重，六偏磷酸鈉的抑制效果優(yōu)于碳酸鈉；水玻璃的效果也優(yōu)于六偏磷酸鈉，但精礦Li2O品位較低，同樣達不到富集的目的；WST 抑制效果最為出色，精礦Li2O 品位最高達5.04%，Li2O 回收率為46.45%。 WST 用量試驗如圖8 所示。

圖8 WST 用量條件實驗精礦指標Fig. 8 Concentrate index diagram of WST consumption condition experiment

從圖8 可以看出，WST 作用效果顯著。 當不加WST 時，精礦含Li2O 品位2.9%，從實驗室作業(yè)觀察得泡沫較黏稠，精選作業(yè)較難操作；隨著WST 的用量增大，礦化泡沫層逐漸變薄，精礦品位先上升后下降，回收率一直呈上升趨勢，但過多的WST 對云母也會有抑制作用。 綜合精礦Li2O 品位、回收率變化趨勢及藥劑成本考慮，確定粗選WST 用量為700 g/t 為較優(yōu)用量。

2.5 閉路試驗

根據條件試驗確定的磨礦細度、藥劑用量，進行全流程閉路試驗。 實驗流程如圖9 所示，閉路實驗結果如表4 所列。

圖9 鋰云母閉路浮選工藝流程Fig. 9 Closed circuit flotation process flow chart of lepidolite

表4 鋰云母閉路試驗結果Table 4 Closed circuit test results of lepidolite

從表4 可以看出， 閉路試驗可以獲得產率為7.86%、含Li2O 品位為5.15%、回收率為77.80%的鋰云母精礦產品， 實現了精礦Li2O 品位和回收率的大幅提升。

3 結 論

1）對于細粒級礦物磨礦，其中艾砂磨比球磨磨礦產品粒度更加均勻，過磨量少，礦物表面更加平整光滑，且在相同工藝流程和浮選藥劑條件下，艾砂磨磨礦產品的試驗中精礦品位及回收率明顯優(yōu)于球磨磨礦產品， 泥含量及尾礦損失率均低于球磨磨礦產品。艾砂磨作為一種新型再磨設備， 可實現開路磨礦，在減少次生細泥產生的同時可以更加簡單高效的達到鋰云母浮選礦物顆粒解離度要求。

2）以某鉭鈮礦尾渣為鋰云母礦原料，該鋰云母礦原料經過一次磨礦分離作業(yè)且經檢測出含有大量的鉀鈉長石，故易在磨礦中產生大量細泥。 通過采用艾砂磨實現高效單體解離鋰云母礦在磨礦細度≤0.074 mm 占 60%，抑制劑 WST 700g/t，捕收劑CY205 800 g/t， 通過1 次粗選三次精選三次掃選閉路浮選工藝流程，最終可以獲得Li2O 品位5.15%、回收率77.80%的鋰云母精礦產品。