江西某石墨礦選礦工藝設(shè)計(jì)

盧小濤，彭春艷

（1.江西省冶金設(shè)計(jì)院有限公司，江西 南昌 330046；2.建筑材料工業(yè)技術(shù)情報研究所，北京 100024）

江西某石墨礦礦區(qū)位于武夷山脈北東端大旭山的北西側(cè)。地形屬中低山區(qū)，最高點(diǎn)海拔631.2m，最低點(diǎn)海拔247.9m。礦區(qū)所處山區(qū)以農(nóng)業(yè)為主，勞動力充裕。礦體裸露地表且厚度大，礦石品位較高，礦石類型屬鱗片狀晶質(zhì)石墨礦，選別性能較好。

1 礦床特征

石墨礦層主要賦存于寒武系下部石墨片巖巖性段中，由下至上分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ礦層。礦層產(chǎn)狀總體走向北西，傾向南西。

Ⅰ礦層由白云母石墨片巖、云母石墨片巖組成，呈厚層狀產(chǎn)出，走向長993m，傾向延深99～178m，平均延深147m，平均厚度97.5m，礦層傾角28～55°，平均37.7°，平均品位固定碳10.29%。

Ⅱ礦層由石英石墨片巖組成，小且變化大，主要呈似層狀、透鏡狀產(chǎn)出，走向長度450m，傾向延深12～120m，平均60m；厚度2～31.5m，平均厚度10.75m，礦層傾角20～59°，平均37.5°，平均品位固定碳6.49%。

Ⅲ礦層由白云母石墨片巖、云母石墨片巖組成，呈厚層狀產(chǎn)出，走向長997m，傾向延深33～103m，平均延深74m，平均厚度91.25m，礦層傾角20～76°，平均41.5°，平均品位固定碳9.84%。

礦石中主要礦物為石英、石墨、絹云母、白云母和黑云母；次要礦物有黃鐵礦、綠泥石、長石、綠簾石；副礦物有鋯石、磷灰石、黃玉、電氣石、鐵金紅石、金紅石、磁黃鐵礦等，石墨以晶質(zhì)為主，自形—半自形，六方或四方磷片狀，片度中等，以小于0.15mm為主。

礦石中主要有用組分為固定碳，全礦區(qū)單樣固定碳品位最高26.76%，最低0.61%，平均10.18%。有害組分含量分別為S 1%～2%、Fe2O32%～6%、P2O50.2%～0.3%。

2 原礦工藝礦物學(xué)特征

2.1 礦石類型

礦床的工業(yè)類型為鱗片狀晶質(zhì)石墨礦。按其共生組合、礦物含量及結(jié)構(gòu)構(gòu)造等特征差異，又可分為白云母石墨片巖(富礦)和石英石墨片巖(貧礦)兩個礦石自然類型。在兩者之間，受沉積環(huán)境和熱液作用的影響，存在一種過渡類型礦石—云母石墨片巖。

2.2 礦石礦物成分

(1)白云母石墨片巖型礦石：主要礦物為石英、石墨、白云母和絹云母；次要礦物為黃鐵礦、綠泥石、白云母、長石、綠簾石；副礦物有鋯石、磷灰石、黃玉、電氣石、鐵金紅石、金紅石、磁黃鐵礦、褐鐵礦等。

石墨呈鋼灰色、灰黑色、自形—半自形六方、四方鱗片狀晶體、沿片理方向呈不規(guī)則板條狀不均勻分布，單晶鱗片以0.06～0.2mm為主，部分可達(dá)0.6mm。常在粗石英粒間和白云母變斑晶周圍有重結(jié)晶長大的石墨晶體，片徑0.1～0.5mm，大的可達(dá)1.5mm。鱗片小于0.15mm占66.67%，含量10%～20%。

(2)云母石墨片巖型礦石：主要礦物為石英、石墨、白云母、黑云母；次要礦物為殘余長石、綠泥石、絹云母、黃鐵礦。副礦物有磷灰石、電氣石、金紅石等。

石墨呈鋼灰色、灰黑色、自形—半自形六方、四方片狀和細(xì)小鱗片狀晶體，有時呈鱗片狀集合體堆積，與不同形黃鐵礦占57.85%，含量6%～12%。

(3)石英石墨片巖型礦石：主要礦物石英、石墨，次要礦物白云母、褐鐵礦、長石、黃鐵礦，副礦物有磁黃鐵礦、磷灰石、鐵金紅石、電氣石、閃鋅礦、金紅石、鉬鉛礦。

石墨呈鋼灰色、伸長片狀、六方片狀與石英均勻相間分布、鱗片大小0.03～0.6mm，鱗片小于0.15mm占57.50%，含量5%～10%。

2.3 礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造

按礦物的結(jié)晶程度、形態(tài)、大小、含量、礦物相互關(guān)系和連生特點(diǎn)，礦石可劃分為花崗鱗片結(jié)晶—鱗片花崗變晶、鱗片變晶及斑狀變晶結(jié)構(gòu)。

按照礦物集合體在空間的排列、組合關(guān)系、相互關(guān)系，礦石有塊狀、片狀、眼球狀、條帶狀及腸狀構(gòu)造等。

2.4 物質(zhì)組成分析

(1)原礦化學(xué)全分析結(jié)果見表1。

表1 原礦化學(xué)全分析結(jié)果(%)

(2)原礦光譜半定量分析。

原礦光譜分析結(jié)果見表2。

2.5 礦石中的有害組分

經(jīng)光譜分析、巖石化學(xué)全分析、電子探針單礦物分析等系統(tǒng)的研究，礦石中有害元素主要有S和Fe2O3；其次為P2O5及放射性元素U、Ra等，但其含量極微。有害成分S、Fe2O3主要以星散狀或浸染狀磁黃鐵礦、黃鐵礦和褐鐵礦等礦物形式分布在礦石中。根據(jù)組合分析資料，F(xiàn)e2O3含量最高10.15%，最低1.27%，一般2%～6%；S含量最高2.79%，一般為1%～2%。P2O5賦存于磷灰石礦物中，而磷灰石多集中以含磷結(jié)核形式產(chǎn)于礦石中，據(jù)部分組合樣分析，P2O5含量最高0.54%，最低0.14%，一般為0.2%～0.3%。區(qū)內(nèi)的放射性強(qiáng)度反映在地表上最大為280Bq，一般為60～80Bq，在鉆孔巖礦芯中，最大放射性強(qiáng)度為59Bq，一般為40Bq左右。對異常點(diǎn)分別采樣化驗(yàn)，礦區(qū)見有U、Ra、Th等放射元素和氡氣的存在，其含量U最高0.023%，一般0.001%～0.008%；Ra最高0.0198%，一般在0.002%～0.009%；Th最高為0.002%，一般為0.001%?？梢姺派湫栽睾繕O低。

表2 原礦光譜分析結(jié)果(%)

3 選礦試驗(yàn)

針對粗晶石墨礦石、細(xì)晶石墨礦石及混合礦石的石墨浮選進(jìn)行了條件試驗(yàn)、開路試驗(yàn)及閉路試驗(yàn)。混合礦石的石墨浮選閉路試驗(yàn)采用一段粗磨、粗選；粗精礦四段再磨、9次精選試驗(yàn)流程，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 混合礦石石墨浮選閉路流程試驗(yàn)結(jié)果(%)

試驗(yàn)結(jié)果表明：混合礦石石墨浮選經(jīng)一段粗磨、粗選，四段再磨、9次精選可獲得品位92.15%、回收率95.65%的石墨精礦。

3.1 設(shè)計(jì)流程和指標(biāo)

3.1.1 碎磨工藝流程的確定

碎磨是礦石入選前的準(zhǔn)備作業(yè)，是實(shí)現(xiàn)有用礦物單體解離，提供經(jīng)濟(jì)而合適入選粒度的重要手段[1]。根據(jù)原礦石中硬偏軟的性質(zhì)，為簡化生產(chǎn)流程、保證清潔生產(chǎn)的原則，確定碎磨工藝流程為：粗碎后，半自磨+球磨的流程。

3.1.2 浮選工藝流程的擬定

鱗片狀石墨浮選工藝流程一般為多段磨礦、多段選別、中礦順序(或集中)返回的閉路流程[2]。本次設(shè)計(jì)以試驗(yàn)報告提出的推薦流程作為擬定選礦工藝流程依據(jù)。根據(jù)選礦試驗(yàn)報告，混合礦石粗磨后，進(jìn)行石墨粗選，粗精礦進(jìn)行四級再磨共9次精選，獲得石墨精礦。

3.1.3 精礦脫水工藝流程的擬定

石墨精礦粒度較細(xì)，要求精礦含水不大于15%，根據(jù)類擬礦山的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，精礦的脫水工藝選擇濃縮、過濾兩段脫水流程。

3.1.4 選礦生產(chǎn)過程

露天礦采出的小于800mm的原礦石，由汽車運(yùn)至選礦廠粗碎礦倉，然后經(jīng)粗碎后，小于200mm的礦石，用膠帶輸送機(jī)運(yùn)至磨浮車間前的礦倉，用給礦機(jī)和給礦皮帶將礦石給至半自磨機(jī)，半自磨機(jī)排礦處設(shè)圓筒篩，篩上礦石返回半自磨機(jī)，篩下礦漿自流至泵池，經(jīng)礦漿泵揚(yáng)至水力旋流器分級，溢流自流至浮選前攪拌槽，沉砂自流至球磨機(jī)，球磨排礦自流到泵池，與水力旋流器構(gòu)成閉路。

攪拌槽的礦漿給入浮選機(jī)進(jìn)行石墨粗、掃選，粗精礦經(jīng)四段再磨、9次精選，得石墨精礦經(jīng)濃密機(jī)、過濾機(jī)兩段脫水后，堆存外運(yùn)。

設(shè)計(jì)選礦工藝流程見右圖。

3.1.5 產(chǎn)品方案及選礦工藝指標(biāo)

根據(jù)選礦試驗(yàn)結(jié)果及綜合回收資源的要求，擬定產(chǎn)品方案。設(shè)計(jì)的選礦工藝指標(biāo)見表4。

表4 設(shè)計(jì)選礦工藝指標(biāo)(%)

3.2 主要設(shè)備選擇及說明

(1)碎礦設(shè)備：本次設(shè)計(jì)日處理礦石為3000t。破碎流程工作制度為3班/d，6h/班?？紤]大塊影響問題，在粗礦倉之前設(shè)有格篩，大塊礦在進(jìn)入粗礦倉之前被格篩攔出后，經(jīng)敲碎后再進(jìn)破碎流程。通過破碎流程計(jì)算，同時留有一定的富余能力，粗碎設(shè)備選擇PE900×1200顎式破碎機(jī)一臺。

(2)磨礦分級設(shè)備：根據(jù)礦石的機(jī)械物理性質(zhì)和設(shè)計(jì)的破碎最終產(chǎn)品粒度以及磨礦機(jī)的臺時處理量和最終磨礦細(xì)度，結(jié)合同類礦山的生產(chǎn)實(shí)踐，通過計(jì)算，磨礦選擇一臺濕式半自磨機(jī)和一臺溢流型球磨機(jī)聯(lián)合作業(yè)，設(shè)備型號規(guī)格分別為：MZ5500×1800與MQY3200×4500。球磨機(jī)與6臺φ500水力旋流器組構(gòu)成閉路。

(3)浮選設(shè)備：根據(jù)礦石性質(zhì)以及浮選機(jī)的性能、特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)浮選選擇BF型浮選機(jī)。BF型浮選機(jī)葉輪由閉式雙截錐體組成，可產(chǎn)生強(qiáng)的礦漿下循環(huán)，并且吸氣量大，功耗低，每槽兼有吸氣、吸漿和浮選三重功能。通過計(jì)算，浮選設(shè)備粗選和掃選分別選擇BF-10浮選機(jī)8臺，精選選擇BF-6浮選機(jī)20臺。

(4)脫水設(shè)備：結(jié)合同類礦山的生產(chǎn)實(shí)踐，精礦的脫水工藝選擇濃縮、過濾兩段脫水流程。通過計(jì)算，濃縮設(shè)備選擇NZ-20濃密機(jī)1臺，過濾設(shè)備選擇GP-18過濾機(jī)1臺。

4 結(jié)語

(1)針對江西某石墨礦，研究單位進(jìn)行了大量的選礦試驗(yàn)研究工作，從而為設(shè)計(jì)合理的選礦工藝流程提供了充分的依據(jù)。

(2)本次設(shè)計(jì)選礦廠的生產(chǎn)車間有：粗碎、磨浮和脫水。廠房布置和車間配置有以下特點(diǎn)：①充分利用了山坡地形、盡可能實(shí)現(xiàn)礦漿自流，減少了土場工程量；②各車間之間聯(lián)系方便，車間場地與外部公路暢通；③設(shè)備配置利于操作、控制、易于檢修；④粗碎車間，磨浮車間和脫水車間均垂直于等高線呈臺階式的豎向布置，為物料的自流輸送創(chuàng)造了有利條件[3]。

(3)本次設(shè)計(jì)在保證設(shè)計(jì)指標(biāo)和工藝參數(shù)的前提下，合理進(jìn)行了設(shè)備選型，并且根據(jù)地形地貌進(jìn)行設(shè)備配置，盡可能節(jié)約了投資。

(4)現(xiàn)代的新型選礦廠設(shè)計(jì)，選擇大型、高效節(jié)能、安全環(huán)保、維修簡單的選礦設(shè)備尤為重要[4]。

[1]馮守本.選礦廠設(shè)計(jì)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1996:18.

[2]非金屬礦工業(yè)手冊編委會.非金屬礦工業(yè)手冊(下冊)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1992:911.

[3]選礦設(shè)計(jì)手冊編委會.選礦設(shè)計(jì)手冊[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1988.

[4]陳國榮.廣西某鈦鐵礦的選礦工藝設(shè)計(jì)[J].有色金屬(選礦部分),2009(5):29-32.