某石墨礦工藝礦物學及選礦試驗探討

何姜毅，雷武林，鄭 超，張巨峰

（隴東學院 能源工程學院，甘肅 慶陽 745000）

有資料記載[1]，截至2017年，我國已探明石墨可開采儲量是5 500萬t，在國內25個省份、91個礦區中廣泛分布。石墨作為一種十分重要的非金屬礦物材料，其在耐高溫性、耐腐蝕性、導電性及潤滑性等諸多方面均占據優勢，目前被用于冶金、化工及耐火材料制造等諸多領域中。當下，國內很多和石墨相關的工藝礦物學研究發現，長石、云母類等是和石墨共生的主要脈石礦物類型，但是關于碳酸鹽含量較高的石墨礦工藝礦物學、選礦試驗研究的文獻報道偏少。

1 試驗原料與方法

選用陜西省某石墨礦區不同采礦點組成的混合樣。測量儀器有X射線熒光光譜儀和衍射儀；偏光及電子顯微鏡；選礦設備有浮選機和錐形球磨機。

參照國標GB/T3521—2008分析檢測石墨內固定碳含量[2]，鑒于原礦內方解石的含量偏高，碳酸鹽對揮發分檢測過程形成一定干擾作用，故而本課題擬定應用鹽酸酸溶處置。

2 礦石工藝礦物學研究分析

2.1 化學成分

本課題研究中選定的礦石化學成分以SiO2、CaO、Al2O3、F2O3、K2O為主。礦石的固定碳含量達到了13.71%，燒失量是28.66%，燒失量與固定碳含量兩者差值高于15.0%。鑒于礦石內CaO的含量相對較高，可以推測其內含有較多的方解石[3]。

2.2 礦石的礦物構成與具體含量

參照檢測分析、系統鑒定結果，認定本礦石內的主要構成及大約含量值如下：石墨14%、方解石30%、，石英24%、正長石7%、鈉長石4%、白云母6%、黑云母7%、透輝石2%、黃鐵礦1%、褐鐵礦2%、透閃石2%及其他1%。

2.3 礦石礦物構成特點

2.3.1 石墨

在單偏光下其呈黑色，反光時顯白色。參照石墨分布巖石類型的不同，可以將其細分成如下4種類別：一是含有石墨云母的石英片麻巖，其內局部黑云母已經被水化成淺褐色；二是含石墨的二長片麻巖，石墨呈條帶狀分布，長石內有石墨包裹體，綠泥石與石墨呈平行鑲嵌分布；三是含有石墨與方解石的片巖，該種礦石內固碳含量較高，增加了石墨解離難度，需歷經磨礦處理后解離石墨單體；四是含石墨的透輝石大理巖，該種礦石內石墨含量低，通常＜3%，石墨片徑很大[4]。

2.3.2 脈石礦物

（1）方解石：單偏光之下顯無色和淺褐色，表現出半白形的粒樣。單體顆粒0.05～1.5 mm，混合樣內方解石含量約30%。

（2）石英：顯微鏡下呈無色，粒狀無規則未見解理，單體顆粒通常0.07～0.2 mm，混合樣內含量約25%。

（3）長石類：單偏光下呈無色，表面已高度石化。單體粒度0.04～0.30 mm，多數會集中在0.1～0.2 mm，混合樣內含量通常不超過10%。

（4）黑云母：單偏光下呈現出黑綠色，多色性明顯，多數已經實現綠泥石化或水化，片徑0.01～0.40 mm。試樣內含量大概是7%。

（5）白云母：單偏光下，其是無色、透明的片狀。片徑0.012～0.4 mm，通常實測值范圍0.07～0.17 mm[5]。

（6）透輝石：在單偏光之下顯色，柱狀-短柱狀。柱長最大值2 mm，通常是0.1～0.5 mm，混合樣內含量約2%。

（7）透閃石：單偏光下表現出無色，長柱狀。單體顆粒0.099～0.401 mm，其在混合樣內的含量不足2%。

（8）鐵礦物：以赤褐、黃、赤鐵礦等為主，其中，在反光鏡下赤褐鐵礦呈現出灰白色無規則狀，條帶狀分布，常和石墨相嵌布；黃鐵礦呈亮黃色，磁鐵礦呈亮白色，以上3種鐵礦物在混合樣內的含量均不足3%。

（9）其他：其他脈石礦物的含量通常低于3%，長石類風化形成的產物是高嶺石的主要構成。

2.4 石墨的嵌布粒度特征

既往有很多研究發現，石礦內石墨顆粒以微細粒級為主，和石英、方解石、云母類等礦物之間形成了密切的共生關系。參照線測法，于顯微鏡下觀察以上礦石等比例混合情況，石墨的部分嵌布粒度特征見表1。

表1 石墨礦物的嵌布粒度特征統計

結合表1內的數據統計情況，不難發現石墨鱗片粒級分布主要是＋0.045 mm，占比94.80%。其中，+0.150 mm粒級的石墨顆粒數占7.20%，表明石墨礦中有一些大鱗片石墨。整體分析表內線測顆粒數，可以推測原礦內石墨+0.074 mm的顆粒數占比約82.53%，據此可以推測該石墨礦中的一些鱗片樣態較纖細。為提升固定碳含量及使高回收率得到更大保障，有必要提高磨礦細度，進而提升石墨鱗片的解離效率。

3 選礦工藝研究

3.1 粗選條件試驗

通過反復試驗，確定了最適宜的粗選條件：生石灰3 000 g/t，六偏磷酸鈉（SHMP）投用2 000 g/t，捕收劑煤油用量205 g/t，2#油用量50 g/t，浮選濃度設定13%，浮選時間持續20 min。

3.2 掃選試驗

在最佳的粗選工藝條件下，在尾礦內石墨的損失率依然相對較高，達到了9.53%，鑒于以上情況考量穿插進行掃選試驗，宗旨在于進一步降低石墨損失率。由于選擇的試驗樣品沒有進行粗磨處理，所以掃選試驗階段考慮進行磨礦，進而分析其對尾礦回收率指標大小形成的影響。試驗結果統計見表2。

表2 掃選試驗結果統計表

結合表2內的數據值，不難發現，粗尾礦歷經磨礦、掃選工藝儲留后，得到的掃尾礦內固定碳回收率有降低趨勢，但是依然處于較高水平，達到了8.90%；并且以上流程執行過程中暴露出浮選濃度偏低、耗時相對較長、工作效率低下、藥劑投用量大及粗尾礦二次磨脫水難度高等問題，這表明常規石墨選礦程序可能對本文選定的墨礦試樣適用性偏差。

3.3 預先分級浮選試驗

統計粗選、掃選試驗各自形成的結果，鑒于石墨試樣內黏土含量相對較高、浮選環境條件偏差，利用直接磨浮工藝這種傳統方法，很可能造成尾礦內石墨的損失率過高。通過分析原礦工藝礦物學和粒度能夠察覺到，在細粒級內粘土表現出富集特征，而石墨在粗粒級內能抵達中富集水平，鑒于以上情況把石墨試樣預先分級以后再依次浮選。

統計本節試驗結果，尾礦Ⅰ的產率、固定碳及回收率分別是29.22%、2.95%、3.80%，尾礦Ⅱ以上三項指標對應值分別是39.82%、0.53%、0.93%。對原礦石預先分級后再進行浮選操作，累計尾礦回收率只達到了4.73%，和傳統流程相比較降低了約50%，且各類藥劑用量減少，浮選時間長度也被壓縮。這主要是由于歷經分級處理以后，+0.045 mm內黏土含量顯著減少，礦物粒度整體較大，故而自身具有較好的分散性，浮選環境較好，尾礦回收率跌落，并且有助于提升浮選濃度、減少部分藥劑的投用量，壓縮浮選時間；-0.045 mm內盡管粒度整體較為纖細，但固定碳含量偏低，若采用進一步降低浮選濃度的措施，則有助于優化顆粒的分散性，在這樣的工況下尾礦回收率也偏低。對于本課題研究中選擇的石墨礦產品而言，配合使用預先分級浮選方法，有益于提升浮選效率、較少藥劑用量及降低尾礦回收率。

3.4 閉路流程試驗

通過執行該項工藝研究工作，能較全面地了解原礦內礦物主要構成及不同礦物之間的嵌布特點，以此為基礎進行系統化的選礦試驗分析。在設定要粗選、精選等多種基礎條件試驗上，利用單次粗磨和粗選，實施5次粗精礦配合6次精選的工藝流程，具體是精選尾礦I直接進行拋尾，精選尾礦Ⅱ以后返回執行粗選操作，其他中礦均應用隔段順序返回形式的工藝方法。

統計閉路試驗結果，精礦、尾礦I、尾礦II的產率分別是11.77%、70.15%、18.08%，固定碳含量95.91%、0.49%、4.82%；回收率90.34%、3.68%、6.97%。本課題研究中針對閉路試驗中獲得石墨精礦，在電子顯微鏡下進行觀察分析。統計與分析試驗檢測結果，可以確認石墨精礦內混雜了部分硅酸鹽礦物白云母與高嶺石，以及少許的鐵礦物，以黃鐵礦、褐鐵礦等為主，以上這些雜質均以單體形式存在而不是連生體的方式夾雜。因為以上這些雜質篩選難度較高，故而會對精礦回收率形成較明顯的不良影響。

3.5 精礦分析

即篩選、分析浮選閉路精礦，不同級的產率和固定碳含量的統計見表3。

分析表3內的數據信息，石墨精礦內+0.15 mm粒級固定碳比例達到88.87%，產率相對偏低，對應值是1.48%；相對之下，-0.15+0.074 mm粒級中固定碳最高，達到97.83%，產率值是10.15%；-0.074+0.045 mm粒級固定碳較高97.03%，產率19.33%；-0.045 mm粒級時固定碳含量達96.21%，產率是69.06%。綜合以上信息，可以斷定本課題選擇的石墨精礦中不同粒級內石墨鱗片的分布狀態表現出較高的均勻性，未見富集化特征；大部分脈石礦物聚集在粗、細粒級，粗粒級內石墨鱗片與脈石兩者形成了緊密的共生嵌布關系，對以上現象的成因進行分析，可能是石墨鱗片內缺少單體解離；細粒級內部分礦泥被夾雜在石墨表層或鱗片間。

表3 精礦篩分分析結果統計表

4 結束語

總結與分析本課題的研究結果，發現晶質鱗片石墨是本石墨礦的主要礦物，方解石、石英、黑云母等是脈石礦物的主要類型。基于工藝礦物學研究分析結果，對本石墨礦進行單次粗磨、粗選，執行多次粗精礦、精選的工藝，得到的石墨精礦固定碳含量在95.0%以上，回收率高于90%。