非洲某大鱗片石墨礦選擇性磨浮試驗研究

何培勇，張凌燕,2，鄧成才

(1.武漢理工大學資源與環境工程學院,武漢 430070;2.礦物資源加工與環境湖北省重點實驗室，武漢 430070)

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非洲某大鱗片石墨礦選擇性磨浮試驗研究

何培勇1，張凌燕1,2，鄧成才1

(1.武漢理工大學資源與環境工程學院,武漢 430070;2.礦物資源加工與環境湖北省重點實驗室，武漢 430070)

對坦桑尼亞某大鱗片石墨礦進行選擇性磨浮試驗研究，在確定最佳粗選條件和粗精礦再磨細度的基礎上，對比傳統選礦工藝流程和優化工藝流程，采用新的優化工藝流程達到了保護石墨大鱗片又提高石墨精礦品位和回收率的目的，最終獲得固定碳含量為96.28%，回收率為90.69%的石墨精礦，相比傳統工藝流程分別提高了9.63%和3.4%。

石墨； 鱗片保護； 品位； 回收率

1 引 言

鱗片石墨為天然顯晶質石墨，結晶完整，片薄且韌性好，具有優良的熱傳導性、導電性、抗熱震性、耐腐蝕性等性能，廣泛用于冶金工業的高級耐火材料與涂料及軍事工業的火工材料，是當今高新技術發展必不可少的非金屬材料之一。近20年，全球大鱗片優質石墨礦儲量已減少到不足500萬噸[1,2]。我國的大鱗片石墨儲量低，現代的工業技術也無法合成，且一旦被破壞就無法恢復。鱗片石墨選礦過程中不僅要提高精礦固定碳含量和回收率，還要考慮石墨鱗片的保護問題[3]。因為石墨鱗片的大小直接影響石墨的性能，鱗片越大，純度越高，價值就越大，應用范圍更加廣泛[4]。傳統的多段再磨再選工藝使得已經單體解離的大鱗片遭到嚴重破壞，不能有效地保護石墨鱗片[5]。因此，探索石墨浮選中如何保護石墨大鱗片不被破壞，合理選擇再磨工藝，提高大鱗片產率及精礦質量，是大鱗片石墨礦選礦發展的主流趨勢[6]。

2 試 驗

2.1 原礦性質

2.1.1 原礦化學成分分析

礦樣來自坦桑尼亞地區，對其進行XRF分析，測得其主要化學成分見表1。

表1 原礦化學成分分析結果Tab.1 Chemical composition of the raw ore

由表1可知，原礦固定碳含量為14.57%，主要雜質為SiO2、Al2O3、Fe2O3、SO3，含量分別為61.581%、8.799%、3.121%、2.912%，同時含有少量的Na2O、CaO、TiO2、P2O5等。

2.1.2 原礦XRD物相分析

對原礦進行XRD物相分析，結果見圖1。

由圖1可知，該礦石中主要的礦物為石墨、長石、石英、云母和高嶺石。除石墨外，其它脈石礦物都需要通過選礦去除。

圖1 原礦XRD分析圖譜(G-Graphite;Q-Quartz; K-Kaolinite;F-Feldspar;M-Mica)Fig.1 XRD pattern of the raw ore

圖2 石墨顯微鏡下照片(a)G-石墨;Py-黃鐵礦 ×100(反光);(b)G-石墨;Q-石英，Bi-黑云母×100(-)Fig.2 Microscope images of graphite

2.1.3 原礦顯微鏡下特征

在光學顯微鏡下對石墨原礦進行分析，鏡下圖片見圖2。

觀察發現礦石多為鱗片變晶結構，片狀構造，主要組成礦物是石墨、石英、黑云母、長石(主要是鈉長石和鉀長石)、石榴石、矽線石、剛玉、黃鐵礦(磁黃鐵礦)等，還有少量的磁鐵礦、褐鐵礦、金紅石、絹云母、綠泥石、高嶺石、透輝石等。石墨多為大鱗片，片徑較大，片徑最大約2.8 mm，最小約0.002 mm，多數在0.15～0.6 mm之間。其中，大部分大鱗片石墨定向分布，與少量黃鐵礦共生，部分大鱗片石墨與黑云母、石英“平行連生”，小部分細鱗片石墨呈包裹體分布，多分布在長石、石英、或石榴石、矽線石顆粒內，片徑小于0.074 mm。

2.1.4 原礦酸浸-浮選試驗

通過對原礦進行酸浸后再進行浮選以粗略測定該礦石中各粒級石墨鱗片的分布。試驗中，硝酸和氫氟酸按體積4∶1進行配比，在80 ℃水浴攪拌下反應6 h。對浮選精礦進行篩分分析，測得浮選精礦中各粒級石墨鱗片分布見表2。

表2 酸浸-浮選試驗結果Tab.2 Acid leaching-flotation test results

由表2可知，原礦經酸浸-浮選，粗精礦中+0.18 mm粒級占78.98%，+0.15 mm粒級占86.62%，固定碳含量在40%左右，說明原礦中大鱗片石墨含量雖高，但要提高其固定碳含量，需采用磨礦使其中的脈石礦物與石墨分離。因此，在選礦中必須考慮在提高石墨精礦固定含量的同時，保護石墨大鱗片。

2.2 粗選試驗

粗磨設備為三輥四筒棒磨機(磨筒容積2 L)，磨礦濃度為50%。粗選試驗包括磨礦細度試驗、pH調整劑(石灰)用量試驗、捕收劑(煤油)用量試驗以及起泡劑(2#油)用量試驗。試驗結果見圖3～6。通過一系列的條件試驗，確定最優粗選條件：磨礦細度為-0.180 mm粒級含量45.92%，調整劑生石灰用量為2400 g/t，捕收劑煤油用量為435.20 g/t，起泡劑2#油用量為313.60 g/t，礦漿pH=9～10，浮選時間160 s。最終，粗選精礦固定碳含量可達48.92%，回收率達到95.29%。

圖3 磨礦細度試驗結果Fig.3 Grinding fineness test results

圖4 生石灰用量試驗結果Fig.4 Lime dosage test results

圖5 煤油用量試驗結果Fig.5 Kerosene dosage test results

圖6 2#油用量試驗結果Fig.6 Terpenic oil dosage test results

2.3 開路試驗

在進行開路試驗之前，需確定最佳的再磨Ⅰ的磨礦細度，即在最優粗選條件下所得粗精礦進行再磨細度試驗。再磨設備為XMQ-70三輥四筒球磨機，磨礦介質為2～6 mm小鋼球，介質填充率為45%。試驗結果表明，再磨Ⅰ的時間為2 min，+0.180 mm粒級含量59.50%時，對石墨鱗片的破壞較小，精礦指標最佳，固定碳含量55.36%，回收率94.74%。

在最佳的粗選條件及再磨Ⅰ磨礦細度基礎上進行開路試驗，考察傳統大鱗片石墨選礦工藝流程中再磨時間、再磨再選段數等對石墨精礦指標的影響及對大鱗片的保護效果。傳統大鱗片石墨礦選礦工藝流程如圖7所示，試驗結果見表3。

表3 傳統大鱗片石墨礦選礦工藝流程試驗結果Tab.3 Traditional flakey graphite beneficiation process test results

由表3可知，粗精礦進行五次再磨，六次精選后的最終精礦固定碳含量為86.65%，回收率87.29%。雖然最終精礦中+0.18 mm粒級產率為52.49%，但固定碳含量和回收率均不是很理想，說明精礦中還有部分石墨未充分單體解離，致使精礦指標不理想。因此，必須增加磨礦段數及各段磨礦時間，使石墨與脈石礦物充分單體解離，同時為保護石墨大鱗片，采用0.85 mm、0.30 mm標準篩濕篩，對這部分粒級進行單獨再磨再選，及時回收高質量的石墨大鱗片。優化工藝流程如圖8所示，試驗結果見表4。

圖7 傳統大鱗片石墨礦選礦工藝流程Fig.7 Traditional flakey graphite beneficiation process flow

圖8 優化工藝流程圖Fig.8 Optimization process flow

ProductConcentrateMiddling1Middling2Middling3Middling4Middling5Middling6Yield/%12.459.0152.731.360.420.17FC/%96.281.841.811.32.4812.8222.66Recovery/%90.691.250.690.270.260.410.29ProductMiddling7Middling8Middling9Middling10Middling11TailingOreYield/%0.130.380.260.140.0267.93100FC/%30.619.1818.8429.7981.140.8713.21Recovery/%0.30.540.380.310.154.47100

由表4可知，最終精礦(精礦3)固定碳含量為96.28%，回收率為90.69%，其中+0.18 mm累積產率為44.43%。相比傳統選礦工藝流程，優化工藝流程最終精礦中+0.18 mm粒級有所降低，主要是因為由傳統選礦流程得到的大鱗片石墨精礦中仍有部分雜質，必須適當增加磨礦使其進一步解離，以保證最終精礦質量。圖8流程的試驗結果表明，優化工藝流程最終精礦固定碳含量和總回收率都達到了理想的選礦指標，同時在開路流程條件下，分別在不同階段分離出各級別高質量大鱗片石墨，有效保護了石墨晶體的完整性，避免了大鱗片石墨被過磨，實現了針對石墨晶體保護的選擇性磨礦與浮選。

3 產品分析

3.1 精礦產品分析

圖9 精礦掃描電鏡圖片Fig.9 SEM images of the concentrate

對優化工藝流程試驗下的精礦進行SEM分析和XRF分析。SEM分析照片見圖9。SEM分析結果顯示，石墨顆粒大小不均，絕大多數分布于-0.85+0.15 mm粒級，晶體表面干凈，附著物較少。由XRF分析結果可知，精礦主要成分固定碳含量為96.28%，雜質主要為Al2O3、SiO2、Fe2O3。

對優化工藝流程試驗條件下的精礦進行篩分分析，并測定各粒級產品的分布率和固定碳含量，結果見表5。由表5可知，石墨精礦各粒級固定碳含量均比較高，主要富集在-0.30+0.18 mm、-0.15+0.074 mm和-0.074 mm粒級，含量分別為23.23%、25.15%和20.19%。

表5 精礦產品篩析結果Tab.5 The analysis result of the concentrate

3.2 尾礦篩分分析

對優化工藝流程試驗下的石墨尾礦進行篩分分析，分析結果見表6。結果顯示，尾礦中+0.15 mm粒級累積分布率為66.45%，尾礦粒度總體較粗。

表6 尾礦篩分分析結果Tab.6 The analysis result of the tailing

4 結 論

(1)該礦石多為鱗片變晶結構，片狀構造。該石墨礦石墨大的片徑大，片徑最大約2.8 mm，最小約0.002 mm，多數在0.15～0.6 mm之間。其中，大部分大鱗片石墨定向分布，與少量黃鐵礦共生，部分大鱗片石墨與黑云母、石英“平行連生”，小部分細鱗片石墨呈包裹體分布。石墨的嵌布粒度粗，分布不均勻，屬典型的大鱗片石墨礦;

(2)原礦固定碳含量14.57%，采用優化工藝流程得到的最終精礦固定碳含量96.28%，回收率90.69%，其中+0.18 mm粒級累積產率為44.43%，+0.15 mm粒級累積產率為53.94%，大部分高質量達鱗片石墨已被回收，實現了大鱗片石墨礦石選擇性磨礦與浮選;

(3)相比傳統工藝流程，優化工藝流程最終精礦固定碳含量提高了9.63百分點，回收率提高了3.4百分點。

[1] 尹麗文.世界石墨資源開發利用現狀[J].國土資源情報，2011,(6)：29-33.

[2] Inagaki M,Toyoda M,Kang F Y,et al.Pore structure of exfoliated graphite-A report on a joint research project under the scientific cooperation program between NSFC and JSPS[J].NewCarbonMaterials,2003,18(4)：241-249.

[3] 李向益.含隱晶質細鱗片石墨選礦試驗研究[D]．湖北：武漢理工大學學位論文，2013：11-12.

[4] 岳成林.鱗片石墨快速浮選試驗研究[J]．非金屬礦，2007，30(5)：40-41.

[5] 屈 鑫,張凌燕,李希慶.保護石墨大鱗片的分級磨浮新工藝研究[J].非金屬礦，2015，38(2)：53-54.

[6] 高惠民.石墨選礦及深加工技術現狀與趨勢[C].2013.

Selective Grinding and Floating Test on Flakey Graphite in Africa

HEPei-yong1,ZHANGLing-yan1,2,DENGCheng-cai1

(1.School of Resourcesand Environmental Engineering，Wuhan University of Technology,Wuhan 430070，China；2.Hubei Key Laboratory of Mineral Resources Processing and Environment，Wuhan 430070，China)

With the experimental research on selective grinding and floating offlakey graphitein Tanzania, compared to conventional beneficiation process and optimization process on the basis of the best roughing conditions and regrinding fineness of rough concentrate, the large scale of graphite was protected while improving the grade and recovery rate of graphite concentrate in the experimental conditions of optimization process. Finally, the fixed carbon content of the concentrate is 96.28%, and the recovery rate of concentrate is 90.69% and increased by 9.63% and 3.4%respectivelycompared with conventional beneficiation process.

graphite；scale protection；grade；recovery rate

何培勇(1991-)，男，碩士研究生.主要從事非金屬礦選別研究.

張凌燕，教授，碩導.

TD98

A

1001-1625(2016)09-2826-06