立式攪拌磨在豫西南某微細(xì)粒晶質(zhì)石墨礦中的應(yīng)用①

李榮改，徐 靖，孫景敏，李志偉，王譽(yù)樹(shù)，周 晶

（1.河南省巖石礦物測(cè)試中心，河南 鄭州450012；2.河南省礦物加工與生物選礦工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州450012）

石墨是一種特殊的非金屬材料，但有金屬的優(yōu)良性能，具有潤(rùn)滑性、耐高溫、耐酸堿、導(dǎo)電導(dǎo)熱性等性能，被廣泛應(yīng)用于國(guó)防、冶金、電氣、輕工及機(jī)械等部門(mén)［1－3］。大鱗片石墨的天然疏水效果好，可浮性強(qiáng)，采用常規(guī)的再磨再選即可獲得較高品位的精礦，但鱗片較小、嵌布粒度細(xì)、含泥量大而且共生的脈石礦物種類(lèi)繁多的，選礦難度較大［4－6］。

近些年河南省地質(zhì)隊(duì)在豫西南南秦嶺地區(qū)做了大量的勘查工作，累計(jì)查明石墨礦物量3 412.3萬(wàn)噸，該成礦帶遠(yuǎn)景資源量達(dá)上億噸［7］。為了充分利用該地區(qū)的礦產(chǎn)資源，本文在查明礦石性質(zhì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了大量選礦試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該礦石為微細(xì)粒晶質(zhì)石墨，結(jié)晶程度較低，片狀結(jié)構(gòu)發(fā)育不好，嵌布關(guān)系多樣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。提純階段采用傳統(tǒng)的磨礦設(shè)備難以提高石墨品位，故以立式攪拌磨為精選再磨設(shè)備進(jìn)行了選礦提純研究，最終提供了經(jīng)濟(jì)可行的選礦流程，可為當(dāng)?shù)厥Y源開(kāi)發(fā)利用提供技術(shù)支撐。

1 礦石性質(zhì)與儀器設(shè)備

1.1 礦石性質(zhì)

原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果見(jiàn)表1，礦物組成分析結(jié)果見(jiàn)表2。

石墨是該礦石的有用礦物，多為不規(guī)則狀、鱗片狀，黑色不透明。其賦存狀態(tài)分為兩類(lèi)：①石墨鱗片及石墨集合體主要呈條帶狀或細(xì)脈狀集合體與石英、云母相間分布沿層理延伸定向排列，部分石墨和白云母、石英密切共生，石墨和白云母定向排列；②石墨與脈石礦物嵌布關(guān)系極為復(fù)雜，主要嵌布在石英、斜長(zhǎng)石、云母、閃石等脈石礦物粒間，部分呈細(xì)小的不規(guī)則狀的星散或浸染狀分布在脈石礦物中，少量石墨被包裹在脈石礦物中。

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

表2 原礦礦物組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）／%

該地區(qū)石墨粒度大小分布不均勻，最大的可達(dá)0.338 mm，粒徑主要集中在0.025～0.150 mm之間，其中－0.15 mm粒級(jí)占92.85%，以微細(xì)粒為主；而＋0.15 mm粒級(jí)僅占7.15%。

由此可見(jiàn)該礦中石墨為微細(xì)粒晶質(zhì)石墨，但是結(jié)晶程度較低，片狀結(jié)構(gòu)發(fā)育不好，嵌布關(guān)系多樣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這種結(jié)構(gòu)決定了石墨單體解離較為困難。

1.2 儀器設(shè)備及測(cè)試方法

主要設(shè)備及儀器包括智能球磨機(jī)（RKZQMΦ250×100型和XMQ-67Φ150×50）、立式攪拌磨機(jī)（JM-3型）、三輥四筒棒磨機(jī)（XMB-70型）、浮選機(jī)（XFDⅢ-1.5L型、XFDⅢ-0.75L型和XFDⅢ-0.5L型）、真空過(guò)濾機(jī)（XTLZΦ260／Φ200）和 數(shù) 顯 鼓 風(fēng) 干 燥 箱（GZX-9240MBE）等。

依照國(guó)標(biāo)GB 3251—2008石墨化學(xué)分析方法進(jìn)行固定碳測(cè)試分析。

2 選礦試驗(yàn)研究

2.1 粗選條件試驗(yàn)

分別進(jìn)行了磨礦細(xì)度、捕收劑種類(lèi)（煤油、柴油、變壓器油）和用量、2＃油和生石灰用量以及粗選濃度等條件試驗(yàn)，最終確定的試驗(yàn)條件為：粗磨采用錐形球磨機(jī)將礦石磨至－0.074 mm粒級(jí)占90%，然后進(jìn)行浮選，捕收劑煤油用量400 g／t，起泡劑2＃油用量150 g／t，調(diào)整劑生石灰用量500 g／t，浮選濃度20%。最終可以獲得固定碳含量30.16%、回收率96.29%的粗精礦。

2.2 精選條件試驗(yàn)

2.2.1 磨礦設(shè)備的選擇

經(jīng)探索試驗(yàn)和工藝礦物學(xué)研究可知，由于該石墨鱗片片徑細(xì)微，要獲得高品質(zhì)石墨精礦就必須對(duì)石墨粗精礦進(jìn)行再磨再選。再磨再選過(guò)程中磨礦設(shè)備非常重要，因此在粗磨粗選條件不變的情況下，采用三輥四筒棒磨機(jī)、攪拌磨和球磨機(jī)按照?qǐng)D1所示流程分別進(jìn)行了粗精礦再磨再選試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3和表4。

圖1 再磨再選試驗(yàn)流程

表3 再磨再選試驗(yàn)結(jié)果

表4 不同磨機(jī)磨礦效果對(duì)比

由表3可知，用3種磨機(jī)磨至相同的細(xì)度進(jìn)行浮選后，立式攪拌磨的精礦固定碳含量和回收率均較好。由表4可知，用3種磨機(jī)磨至相同細(xì)度后浮選，球磨機(jī)和攪拌磨精礦的固定碳含量相近，但球磨后＋0.147 mm粒級(jí)石墨固定碳含量較低，說(shuō)明精礦中解離好的石墨多處在－0.147 mm粒級(jí)產(chǎn)品中，這也說(shuō)明用球磨機(jī)磨礦會(huì)破壞石墨鱗片結(jié)構(gòu)，造成細(xì)鱗片增多，使不同粒級(jí)固定碳含量相差較大。因此再磨再選時(shí)選用攪拌磨。

2.2.2 再磨1磨礦細(xì)度條件試驗(yàn)

在粗磨粗選條件和再磨設(shè)備不變的情況下，不同再磨細(xì)度條件下的精選1浮選結(jié)果見(jiàn)圖2，其中磨礦濃度30%。

圖2 再磨1磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果

由圖2可知，隨著再磨1磨礦細(xì)度增加，精礦固定碳含量上升，回收率下降。綜合考慮精礦品位和回收率，選擇再磨1細(xì)度為－0.045 mm粒級(jí)占85%，此時(shí)精礦固定碳含量68.55%、回收率89.93%。

2.2.3 精選1捕收劑煤油用量試驗(yàn)

由于再磨會(huì)導(dǎo)致石墨礦物表面親水，需要補(bǔ)加藥劑用量，因此在再磨1磨礦細(xì)度為－0.045 mm粒級(jí)占80%、2＃油用量150 g／t、浮選時(shí)間3 min條件下進(jìn)行了精選1煤油用量浮選試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖3。

由圖3可見(jiàn)，隨著煤油用量增加，精礦固定碳含量逐漸降低，回收率逐漸升高。綜合考慮石墨精礦固定碳含量和回收率，確定精選1煤油用量為150 g／t，此時(shí)精礦固定碳含量和回收率分別為68.33%和89.86%。

圖3 精選1煤油用量試驗(yàn)結(jié)果

2.3 閉路流程試驗(yàn)

按照條件試驗(yàn)確定的最佳條件進(jìn)行了閉路試驗(yàn)，試驗(yàn)流程如圖4所示，結(jié)果見(jiàn)表5。

圖4 閉路試驗(yàn)流程

表5 閉路試驗(yàn)結(jié)果

從表5可知，閉路試驗(yàn)最終可以得到固定碳含量94.05%、回收率95.74%的石墨精礦。對(duì)精礦進(jìn)行了掃描電鏡分析，發(fā)現(xiàn)精礦的石墨粒度較小，大部分都是干凈的石墨單體，但是由于不光滑的原因，一些細(xì)小的云母、石英、長(zhǎng)石等雜質(zhì)附著在單體解離的石墨表面，該部分雜質(zhì)難以通過(guò)常規(guī)選礦手段除去，若要進(jìn)一步提高品位則需采用化學(xué)提純手段。

3 結(jié) 論

1）豫西南某礦區(qū)石墨礦為微細(xì)粒晶質(zhì)石墨礦，原礦固定碳含量8.95%，脈石礦物主要有石英、斜長(zhǎng)石、云母、綠泥石和角閃石等。石墨鱗片較細(xì)，大部分石墨鱗片分布在－0.025＋0.015 mm粒級(jí)，且結(jié)晶程度較低，片狀結(jié)構(gòu)發(fā)育不好，與脈石礦物嵌布關(guān)系多樣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使得石墨單體解離較為困難。

2）對(duì)豫西南石墨礦精選再磨時(shí)，立式攪拌磨機(jī)與球磨機(jī)、三輥四筒棒磨機(jī)磨礦效果對(duì)比研究表明，立式攪拌磨既能使石墨單體解離，又能很好地保護(hù)鱗片石墨，且磨礦效率高，是石墨粗精礦再磨的理想設(shè)備。

3）原礦經(jīng)一次粗磨一次粗選，粗精礦5次再磨5次精選，中礦1～3混合后掃選，掃選精礦返回粗選，掃選尾礦合并進(jìn)入尾礦，中礦4～5返回精選3的閉路試驗(yàn)，可獲得固定碳含量94.05%、回收率95.74%的石墨精礦。

4）精礦質(zhì)量分析結(jié)果表明，精礦粒度很細(xì)，且精礦中夾雜少量細(xì)粒級(jí)的石英、長(zhǎng)石和云母等脈石礦物較難去除，若要進(jìn)一步提高精礦固定碳含量則需采用化學(xué)提純手段。