某石墨尾礦再選試驗

李 鳳 宋永勝 李文娟 蔡镠璐 陳 勇

(1.北京有色金屬研究總院，北京100088;2.生物冶金國家工程實驗室，北京100088)

我國目前開采的鱗片石墨礦固定碳品位大多在6% ～10%之間，但在實際生產中，缺乏資源與環境保護意識的礦山，大都采用采富棄貧、簡單加工的方式去追求利潤最大化的目標。入選礦石固定碳品位在10%以上、尾礦固定碳品位在5%左右的石墨選礦廠目前仍不鮮見，在選礦技術尚不成熟的過去，這種狀況更加突出。

按我國年均排放石墨尾礦250萬t計，我國目前至少堆存有1億t石墨尾礦［1］。因此，類似上述情況的歷史石墨礦山的尾礦和現役石墨礦山的早期尾礦中就儲藏有大量的二次石墨資源。

而從我國石墨礦的區域分布特征看，這些礦山大多集中在黑龍江的雞西和蘿北、山東的青島等地區。這些地區普遍地勢較平坦，土地較肥沃，是我國糧食和經濟作物的主產區。大量堆存的石墨尾礦不僅占用良田、污染水土，而且尾礦庫是下游安全的重大隱患。因此，對這些石墨尾礦進行資源化、減量化研究與應用，既符合國家的環境與資源政策，也可為社會創造大量的財富。

1 試樣性質

1.1 試樣成分分析

試樣取自黑龍江省蘿北縣石墨礦區某尾礦庫［1-2］，灰色粉末狀。試樣主要化學成分分析結果見表1，主要礦物組成見表2。

表1 試樣主要化學成分分析結果Table 1 Main chemical component analysis of the sample %

表2 試樣主要礦物組成Table 2 Main mineral composition of the ore %

從表1可以看出，試樣中有回收價值的元素為固定碳，含量為4.98%。

從表2可以看出，試樣中礦物種類復雜，除含有4.87%的目的礦物石墨外，其他礦物以石英和絹云母含量最高，其余礦物還有鉀長石、石榴石、鈣長石、黑云母、鈉長石、磁黃鐵礦、透閃石、輝石、方解石、透輝石、褐鐵礦、高嶺石、磁鐵礦等。

1.2 試樣粒度分析

試樣粒度分布結果見表3。

表3 試樣粒度分布結果Table 3 Size distribution of the sample

從表3可以看出，試樣－0.074 mm占89.48%，粒度較細;各粒級石墨含量差異較大，0.030 mm以上各粒級石墨含量明顯較高，－0.030 mm粒級石墨含量雖然較低，但因－0.030 mm粒級產率高達70.02%，因而石墨分布率仍高達49.40%;除+0.074 mm粒級石墨單體解離度極低，其他各粒級石墨單體解離度基本相當，試樣總單體解離度為75.59%。

1.3 試樣中主要礦物的嵌布特征

試樣中的石墨為無定形石墨，多以鱗片狀或平行狀石墨集合體及粒狀單體形式存在，具有強非均質性;黑云母和絹云母均呈片狀、條帶狀分布，部分與石墨連生;石英多呈他形粒狀分布，部分和石墨連生。

2 試驗結果與討論

石墨具有密度小、天然可浮性好的特點，因此，既可以用重選工藝回收，也可以用浮選工藝回收［3-6］。相比較而言，重選工藝適合回收粗粒級片狀石墨，而浮選工藝適合回收細粒級石墨［7-8］。由于試樣中－0.030 mm粒級產率為70.02%，石墨分布率為49.40%，因此，本試驗采用浮選工藝回收石墨。

2.1 粗選條件試驗

2.1.1 煤油用量試驗

石墨屬于非極性礦物，表面不易被水潤濕，具有較好的天然可浮性［9］。基于煤油對石墨的良好捕收性能，因此，選擇煤油為石墨浮選的捕收劑。煤油用量試驗采用1次粗選流程，試驗固定礦漿濃度為27%，起泡劑2#油用量為60 g/t，試驗結果見圖1。

圖1 煤油用量對石墨粗精礦指標的影響Fig.1 Influence of kerosene dosage on rough concentrate index

從圖1可見，隨著煤油用量的增大，石墨粗精礦固定碳含量下降、回收率上升。綜合考慮，確定粗選作業的煤油用量為100 g/t。

2.1.2 2#油用量試驗

2#油用量試驗固定礦漿濃度為27%，煤油用量100 g/t，試驗結果見圖2。

圖2 2#油用量對石墨粗精礦指標的影響Fig.2 Influence of 2#oil dosage on rough concentrate index

從圖2可見，隨著2#油用量的增加，石墨粗精礦固定碳含量下降、回收率上升。綜合考慮，確定粗選作業2#油用量為60 g/t。

2.1.3 礦漿濃度試驗

礦漿濃度試驗固定煤油用量100 g/t，2#用量60 g/t，試驗結果見圖3。

圖3 礦漿濃度對石墨粗精礦指標的影響Fig.3 Influence of slurry concentration on rough concentrate index

從圖3可見，隨著礦漿濃度的提高，石墨粗精礦固定碳含量下降、回收率上升。綜合考慮，確定粗選礦漿濃度為25%。

2.2 精選1水玻璃用量試驗

從粗選條件試驗結果看，石墨粗精礦固定碳含量不高，要大幅度提高精礦固定碳含量，必須有效抑制礦漿中的脈石礦物，而水玻璃是硅酸鹽等脈石礦物的高效抑制劑［10］。在精選1添加水玻璃，可以有效抑制部分易浮脈石礦物，減少中間精礦再磨產生的次生礦泥對石墨精礦品質的影響。

精選1水玻璃用量試驗流程見圖4，試驗結果見圖5。

圖4 精選1水玻璃用量試驗流程Fig.4 Test flowsheet on dosage of sodium silicate for cleaning-1

從圖5可見，隨著水玻璃用量的增大，石墨精礦1固定碳含量先顯著上升后微幅下降，回收率先顯著下降后微幅上升。綜合考慮，確定精選1水玻璃用量為1 000 g/t。

圖5 精選1水玻璃用量對精礦1指標的影響Fig.5 Influence of concentrate-1 index on dosage of sodium silicate for cleaning-1

2.3 一段磨礦細度試驗

從2.2節試驗結果看，石墨精礦1固定碳含量還不足41%。上述試驗結果以及大量的研究和生產實踐表明，藥劑制度與工藝參數的優化，以及選別段數的增加均有利于提高精礦品位，但提高有用礦物的解離度是提高精礦指標的根本手段［11］。一段磨礦細度試驗流程見圖6，試驗結果見圖7。

圖6 一段磨礦細度試驗流程Fig.6 Test flowsheet for primary grinding

圖7 一段磨礦細度對精礦2指標的影響Fig.7 Influence of primary grinding fineness on concentrate-2 index

從圖7可見，隨著一段磨礦細度的提高，石墨精礦2固定碳含量和回收率均先上升后下降，高點均在磨礦細度為－0.074 mm占95.32%時。因此，確定一段磨礦細度為－0.074 mm占95.32%。

2.4 開路試驗

石英和絹云母等在結構上的差異，決定了絹云母等較石英等礦物難以與石墨解離。因此，不可能一次性完成石墨與各種脈石礦物的解離而不造成石墨過磨。為了盡量提高石墨的解離度并減少其過磨，石墨選礦通常采用多階段弱強度磨礦—浮選工藝。試樣開路試驗流程見圖8，試驗結果見表4。

圖8 開路試驗流程Fig.8 Flowsheet of open circuit tests

表4 開路試驗結果Table 4 Result of open circuit tests %

從表4可見，試樣經1粗1精4階段磨礦5階段精選流程處理，獲得的最終精礦固定碳含量為87.32%、回收率為56.75%;中礦1～中礦4總固定碳回收率為31.27%、固定碳含量為10.92%。

為了確保精礦質量和固定碳回收率，減少已單體解離的脈石礦物返回對再磨再選作業的影響，在低品位中礦(中礦1～中礦4)返回前先進行了單獨再選試驗。

2.5 低品位中礦再選試驗

低品位中礦再選試驗流程見圖9，試驗結果見表5。

圖9 低品位中礦再選試驗流程Fig.9 Flowsheet of secondary experiment on low grade middling

表5 低品位中礦再選試驗結果Table 5 Results of secondary experiment on low grade middling %

從表5可見，低品位中礦經1次掃精選，可以拋出作業產率為73.63%、固定碳含量為0.56%的合格尾礦，大大減少了中礦再磨量，有利于減少脈石礦物泥化對后續精選的影響。

2.6 閉路試驗

在開路試驗及低品位中礦掃精選試驗基礎上進行了全流程閉路試驗，試驗流程見圖10，試驗結果見表6。

圖10 閉路試驗流程Fig.10 Flowsheet of closed circuit tests

從表6可見，采用圖10所示的流程處理該試樣，可獲得固定碳含量為85.65%、回收率為66.22%的石墨精礦。該精礦質量滿足GB3519—83規定的耐火級石墨材料質量標準。

表6 閉路試驗結果Table 6 Results of closed circuit tests

3 結論

(1)黑龍江蘿北某石墨礦尾礦庫內尾砂粒度較細，－0.074 mm占89.48%，有用礦物石墨含量為4.87%，脈石礦物種類較多，以石英和絹云母為主，含量均在20%左右;該尾砂各粒級石墨含量差異較大，0.030 mm以上各粒級石墨含量明顯較高，－0.030 mm粒級石墨含量雖然較低，但因該粒級產率高達70.02%，因而石墨分布率仍高達 49.40%;除 +0.074 mm粒級石墨單體解離度極低，其他各粒級石墨單體解離度基本均在80%左右;試樣中的石墨為無定形石墨，多以鱗片狀或平行狀石墨集合體及粒狀單體形式存在，具有強非均質性;黑云母和絹云母均呈片狀、條帶狀分布，部分與石墨連生;石英多呈他形粒狀分布，部分和石墨連生。

(2)采用1粗1精—4階段磨礦5階段精選—高品位中礦直接返回—低品位中礦集中1次掃精選后返回流程處理該試樣，最終獲得了固定碳含量為85.65%、回收率為66.22%的石墨精礦，該精礦質量滿足GB3519—83規定的耐火級石墨材料質量標準。

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