康文澤，李會建，張啟梁，趙 越

(1.黑龍江科技大學(xué) 石墨新材料工程研究院，黑龍江 哈爾濱 150022；2.青島智瑞生物有限公司，山東 青島 266100)

蘿北鱗片石墨選礦工藝流程試驗(yàn)研究

康文澤1，李會建1，張啟梁2，趙 越1

(1.黑龍江科技大學(xué) 石墨新材料工程研究院，黑龍江 哈爾濱 150022；2.青島智瑞生物有限公司，山東 青島 266100)

針對黑龍江蘿北鱗片石墨礦物共生關(guān)系復(fù)雜的現(xiàn)狀，選取具有代表性的礦石，結(jié)合礦石工藝礦物學(xué)研究，在破碎、磨礦、浮選等試驗(yàn)的基礎(chǔ)上確定最佳選礦工藝流程。研究結(jié)果表明：在粗磨時間為3.5 min、煤油用量為250 g/t、仲辛醇用量為25 g/t的條件下，礦石采用一次粗選、一次掃選，粗精礦經(jīng)四階段再磨后五次精選，中礦1、中礦2、中礦3合并掃選后返回粗選，中礦4、中礦5、中礦6合并返回一段再磨的閉路選礦工藝流程，可獲得精礦固定碳含量為95.92%、回收率為95.24%、尾礦品位為0.87%的優(yōu)良工藝指標(biāo)。試驗(yàn)所確定的最佳選礦工藝流程，可為該地區(qū)石墨選礦廠的工藝流程設(shè)計提供一定理論借鑒。

鱗片石墨；階段磨礦；階段浮選

我國石墨儲量豐富，晶質(zhì)石墨礦主要分布在黑龍江蘿北和雞西、山東平度和萊西、內(nèi)蒙古興和、河北赤誠等地區(qū)[1-2]，其中黑龍江地區(qū)分布最廣，儲量最大[3]。石墨具有耐高溫、耐腐蝕、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性好、潤滑性好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)良特性，廣泛應(yīng)用于石油化工、航天航空、耐磨潤滑等領(lǐng)域。隨著經(jīng)濟(jì)與科技的不斷發(fā)展，高品質(zhì)石墨的需求量持續(xù)增加，這對鱗片石墨的選礦技術(shù)提出了更高要求。

國內(nèi)外石墨選礦最常用的方法為浮選，工藝流程包括階段磨礦、階段浮選[4-8]，通過確定合理的磨礦、浮選段數(shù)來獲得最終產(chǎn)品。國內(nèi)許多學(xué)者在鱗片石墨選礦方面進(jìn)行了深入研究，岳成林[9]采用三段再磨替代四段再磨，在不降低生產(chǎn)指標(biāo)的前提下，有效縮短了選礦工藝流程；彭偉軍等[10]研究了中礦處理方式對選礦指標(biāo)的影響，發(fā)現(xiàn)中礦單一的集中返回、循序返回、單獨(dú)處理均不能滿足難選礦的產(chǎn)品指標(biāo)要求，而多種方式的聯(lián)合使用是解決貧、細(xì)、雜石墨中礦分選的有效方法；龍源等[11]采用立式攪拌磨對石墨磨礦效果進(jìn)行了研究，在φ6 mm的陶瓷球作介質(zhì)、磨機(jī)轉(zhuǎn)速為100 r/min、磨礦時間為4 min、磨礦濃度為30%的條件下，采用特定的選礦工藝流程，可獲得>0.15 mm粒級含量為56.12%、品位為92.58%、回收率為94.71%的精礦；王啟寶等[12]通過改進(jìn)藥劑成分，研制出新型浮選藥劑，不但使生產(chǎn)成本大幅下降，而且解決了平度難選石墨回收率低的問題；謝朝學(xué)等[13]的研究表明：采用新型筒棒代替鋼球作為磨礦介質(zhì)，并配備充填式浮選機(jī)，在其他工藝條件不變的情況下可減少一到兩次精選作業(yè)，進(jìn)而達(dá)到保護(hù)大鱗片石墨的目的，從而保證精礦的回收率并提高其質(zhì)量。

在石墨選礦過程中，在設(shè)備和藥劑制度確定的條件下，浮選工藝流程就成為獲得高品位、高回收率精礦的關(guān)鍵。針對黑龍江蘿北鱗片石墨礦物共生關(guān)系復(fù)雜的現(xiàn)狀，選取該礦區(qū)石墨原礦，進(jìn)行磨礦段數(shù)試驗(yàn)、藥劑制度試驗(yàn)、開閉路選礦試驗(yàn)，進(jìn)而確定石墨選礦的最佳工藝流程，為該地區(qū)石墨選礦廠的工藝流程設(shè)計提供理論支持。

1 試驗(yàn)

1.1 設(shè)備與試劑

(1)試驗(yàn)設(shè)備主要包括：PE-150×250顎式破碎機(jī)，用于礦石粗碎，進(jìn)料口尺寸為150 mm×250 mm，最大入料粒度為150 mm，處理能力為3.0～8.5 t/h，功率為10 kW；XPS-φ250×150輥式破碎機(jī)，用于礦石細(xì)碎，輥?zhàn)又睆綖?50 mm，輥?zhàn)娱L度為150 mm，最大入料粒度為12 mm，處理能力為2.5～5.0 t/h，功率為6 kW；HLXMB-φ240×300棒磨機(jī)，球荷充填率為40%，磨礦濃度為67%；XFD-1.0L單槽浮選機(jī)，轉(zhuǎn)速為1 700 r/min；D8 Advance X-射線衍射儀，用于礦物的物相分析。

(2)試驗(yàn)試劑主要包括捕收劑煤油和起泡劑仲辛醇，二者均為市售藥劑。

1.2 礦石性質(zhì)

鱗片石墨礦樣為黑龍江蘿北礦區(qū)的原礦，質(zhì)量約為100 kg，最大粒度為200 mm。先將礦石粗碎到10 mm以下，再細(xì)碎到2 mm以下，然后將破碎的礦石混勻、縮分，留取備樣。石墨礦石的X-射線衍射分析結(jié)果如圖1所示。

圖1 石墨礦石的X-射線衍射圖

由圖1可知：礦石中的主要伴生礦物為石英、長石、白云母、綠泥石、透閃石、方解石等，此外還含有微量的白云石、石榴子石等，礦物種類繁多，共生關(guān)系復(fù)雜，硬度較大。

根據(jù)石墨固定碳測定方法，采用間接定碳法測定其中固定碳的含量，并采用化學(xué)分析法測定其他化學(xué)成分，結(jié)果如表1所示。

表1 石墨礦石的化學(xué)成分

1.3 試驗(yàn)方案

將石墨原礦破碎、磨細(xì)，再對磨細(xì)礦樣進(jìn)行篩分，使其粒度<0.5 mm；進(jìn)行粗磨粗選的最優(yōu)條件試驗(yàn)，確定粗磨的最佳磨礦時間和粗選的最佳藥劑制度、礦漿濃度；進(jìn)行再磨精選試驗(yàn)，確定每段的最佳磨礦時間；在最佳試驗(yàn)條件下進(jìn)行開路選礦試驗(yàn)，分析精礦指標(biāo)；在開路選礦試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行閉路選礦試驗(yàn)，確定最佳選礦工藝流程。

1.4 評價指標(biāo)

(1)根據(jù)GB/T 3521—2008《石墨化學(xué)分析方法》要求，采用間接定碳法測定其中的固定碳含量。在石墨行業(yè)中，固定碳含量特指精礦、尾礦中的石墨含量，有時也稱品位。測得礦樣的揮發(fā)分、灰分后，采用總量減去揮發(fā)分、灰分所得的即為固定碳含量，計算式為：

ω1=100%-ω2-ω3，

式中：ω1為固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；ω2為灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；ω3為揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

(2)礦石回收率是指進(jìn)入精礦產(chǎn)品中有用礦物的總量與所處理原礦石中有用成分的總量之比，計算式為：

式中：ε為礦石回收率，%；γ精為精礦產(chǎn)率，%；α為原礦品位，%；β為精礦品位，%。

2 粗選條件試驗(yàn)

根據(jù)鱗片石墨的性質(zhì)，結(jié)合國內(nèi)外石墨礦石選礦研究成果[14]，基于對鱗片的保護(hù)考慮，采用階段磨礦、階段浮選的工藝流程進(jìn)行試驗(yàn)。在試驗(yàn)過程中，粗選條件試驗(yàn)選擇一次粗選工藝流程。

2.1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)

磨礦是影響單體解離度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，磨礦介質(zhì)主要包括鋼球和鋼棒，在磨機(jī)內(nèi)鋼棒的磨剝作用優(yōu)于鋼球，且更適合保護(hù)石墨鱗片，因此采用棒磨機(jī)進(jìn)行磨礦試驗(yàn)。石墨礦石粗選磨礦-浮選試驗(yàn)流程如圖2所示。

圖2 粗選磨礦-浮選試驗(yàn)流程

試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，由圖3可知：隨著磨礦時間的延長，精礦品位不斷提高，回收率先上升后下降；當(dāng)磨礦時間從3 min延長至3.7 min時，回收率略有下降，但粗精礦品位從28.84%提高到32.20%。綜合考慮，最佳磨礦時間宜選擇3.5 min。

圖3 粗選磨礦-浮選試驗(yàn)結(jié)果

2.2 煤油用量試驗(yàn)

工業(yè)上廣泛使用價廉而性能較好的煤油作為石墨浮選的捕收劑，粗選條件試驗(yàn)也以煤油作為捕收劑。每次試驗(yàn)設(shè)定磨礦時間為3.5 min，仲辛醇用量為30 g/t，探索煤油不同用量時的石墨浮選效果，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知：隨著煤油用量的增加，精礦品位不斷下降，回收率先上升后基本趨于平穩(wěn)。這是因?yàn)槊河陀昧窟^大時，弱疏水性的脈石礦物吸附煤油后疏水性升高，隨著上升氣泡進(jìn)入精礦，導(dǎo)致其品位降低。綜合考慮，煤油用量以250 g/t為宜。

圖4 煤油用量試驗(yàn)結(jié)果

2.3 仲辛醇用量試驗(yàn)

起泡劑屬于表面活性劑，主要作用于水-氣界面，使礦漿中的空氣分散成更小的氣泡，且能防止已經(jīng)分散的小氣泡重新兼并成大氣泡；同時，其能提高氣泡的附著牢固程度，使氣泡在礦化、上浮過程中不破裂，最終形成穩(wěn)定的泡沫層而被刮出，有利于提高浮選指標(biāo)[15]。每次試驗(yàn)設(shè)定磨礦時間為3.5 min，煤油用量為250 g/t，探索仲辛醇不同用量時的石墨浮選效果，結(jié)果如圖5所示。

圖5 仲辛醇用量試驗(yàn)結(jié)果

由圖5可知：隨著仲辛醇用量的增加，精礦回收率先增加后趨于穩(wěn)定，但精礦品位逐漸下降。這是因?yàn)橹傩链加昧窟^多時，泡沫粘度過大，機(jī)械夾雜嚴(yán)重，二次富集作用降低。綜合考慮，仲辛醇的最佳用量選擇25 g/t。

2.4 礦漿濃度試驗(yàn)

入浮礦漿濃度的大小也是影響浮選效果的重要因素[13]，在煤油用量為250 g/t、仲辛醇用量為25 g/t的條件下，探索不同礦漿濃度時的浮選效果，結(jié)果如圖6所示。

圖6 礦漿濃度試驗(yàn)結(jié)果

由圖6可知：礦漿濃度較低時，精礦品位較高，但回收率較低；當(dāng)逐漸增大礦漿濃度時，精礦品位逐漸下降，但回收率有所提高。綜合考慮精礦回收率和品位的變化，粗選礦漿濃度以25%為宜。

通過粗磨、粗選、掃選條件試驗(yàn)確定的最優(yōu)選礦條件為：磨礦時間3.5 min，礦漿濃度為25%，煤油用量250 g/t，仲辛醇用量25 g/t，此時，粗精礦固定碳含量為39.92%，回收率為96.35%。

3 再磨精選試驗(yàn)

粗磨粗選試驗(yàn)獲得的粗精礦品位僅接近于40%，達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)，為此對粗精礦進(jìn)行再磨精選試驗(yàn)。

3.1 一段再磨一次精選試驗(yàn)

在粗選條件試驗(yàn)確定的最優(yōu)條件下進(jìn)行再磨試驗(yàn)，探索最佳的再磨時間。粗精礦一段再磨一次精選試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。

圖7 粗精礦一段再磨一次精選試驗(yàn)結(jié)果Fig.7 Test results of primary regrinding and cleaning for coarse concentrate

由圖7可知:一段再磨時間對精礦品位影響較大，再磨時間增加，精礦品位有所增加，但回收率呈下降趨勢。經(jīng)粗磨粗選處理后，大部分的石墨連生體礦物富集于粗精礦，再磨時間過長會破壞大鱗片的完整性。綜合考慮，粗精礦再磨時間選擇1.7 min。

參照粗精礦一段再磨試驗(yàn)設(shè)計，探索二段、三段、四段的最佳再磨時間。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)方案確定的二段、三段、四段最佳再磨時間分別為2.5、3.5、4.0 min，后續(xù)不同階段的磨礦依據(jù)各階段的最佳時間進(jìn)行。

3.2 開路選礦試驗(yàn)

在上述試驗(yàn)確定的最佳條件下，選擇四磨五浮工藝流程繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，此工藝流程下的開路選礦試驗(yàn)流程如圖8所示。

圖8 開路選礦試驗(yàn)流程

開路選礦試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。由表2可知：經(jīng)一次粗選一次掃選，四段再磨五次精選后，精礦回收率為55.39%，品位為95.35%，達(dá)到高碳石墨等級要求。為進(jìn)一步提高精礦回收率，基于四磨五浮工藝流程進(jìn)行閉路選礦試驗(yàn)。

表2 開路試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of open circuit mineral processing test %

3.3 閉路選礦試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)室閉路選礦試驗(yàn)是在不連續(xù)的設(shè)備上模仿連續(xù)生產(chǎn)的過程。根據(jù)確定的中礦返回工藝流程進(jìn)行閉路選礦試驗(yàn)，由于中礦返回會帶回一部分藥劑，所以粗選藥劑用量有所下降?；谒哪ノ甯」に嚵鞒痰拈]路選礦試驗(yàn)數(shù)質(zhì)量流程如圖9所示。

圖9 閉路選礦試驗(yàn)數(shù)質(zhì)量流程

由圖9可知：品位為15.46%的原礦，采用一次粗選、一次掃選，粗精礦經(jīng)四階段再磨后五次精選，中礦1、中礦2、中礦3合并掃選后返回粗磨，中礦4、中礦5、中礦6合并后返回一段再磨的閉路選礦工藝流程，可獲得精礦固定碳含量為95.92%、回收率為95.24%、尾礦品位為0.87%的優(yōu)良工藝指標(biāo)。

根據(jù)開路選礦試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：中礦1、中礦2、中礦3合并后的產(chǎn)率為31.30%，品位為6.10%，其與15.46%的原礦品位相比，相差較大。如果直接將其混合后返回粗磨，將會導(dǎo)致原礦品位大大降低，進(jìn)而影響浮選效果。為此，將中礦1、中礦2、中礦3合并后掃選一次、拋尾二次，經(jīng)此處理后中礦品位可提高至33.22%，此時將其返回粗磨可使其中的未解離礦物得到再磨。根據(jù)開路選礦試驗(yàn)結(jié)果可以算出中礦4、中礦5、中礦6混合后的品位為42.16%，產(chǎn)率為11.48%，與粗精礦的品位相差不大，故這部分中礦合并后返回一段再磨不會對浮選效果產(chǎn)生太大影響。

4 結(jié)論

(1)黑龍江蘿北鱗片石墨礦石中礦物種類繁多，共生關(guān)系復(fù)雜，與石墨伴生的礦物主要是長石、石英、云母、方解石等，此外還含有微量的白云石、石榴子石等。

(2)通過一系列試驗(yàn)確定的石墨最佳選礦工藝流程為：礦石一次粗選、一次掃選，粗精礦四階段再磨五次精選，中礦1、中礦2、中礦3合并掃選后返回粗選，中礦4、中礦5、中礦6合并后返回一段再磨。

(3)在確定的藥劑制度、入浮濃度及閉路選礦工藝流程下，石墨原礦經(jīng)分選后，可獲得精礦固定碳含量為95.92%、回收率為95.24%、尾礦品位為0.87%的優(yōu)良工藝指標(biāo)。

[1] 尹麗文.世界石墨資源開發(fā)利用現(xiàn)狀[J].國土資源情報,2011(6):29-32,23.

[2] 顏玲亞.世界天然石墨資源、消費(fèi)及國際貿(mào)易[J].中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊,2014(2):33-36.

[3] 武漢建筑材料工業(yè)學(xué)院選礦教研室.石墨選礦[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1979.

[4] LU Xian-jun, E Forssberg. Flotation selectivity and upgrading of Woxna fine graphite concentrate [J].Minerals Engineering, 2001,14(11):1541-1543.

[5] 白麗麗,張凌燕,彭偉軍,等.某難選石墨礦選礦試驗(yàn)研究[J].非金屬礦,2014(3): 54-56,80.

[6] 勞德平,申士富,李崇德,等.鱗片石墨礦階段磨浮-預(yù)先分目工藝流程研究[J].中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊,2014(6):32-35，47.

[7] 張凌燕,邱楊率,黃 雯,等.鞍山地區(qū)某石墨礦選礦試驗(yàn)研究[J].非金屬礦，2011(5):21-23.

[8] 張凌燕,黃 雯,邱楊率,等.細(xì)磷片低碳石墨浮選工藝研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報,2011(11):107-111.

[9] 岳成林.鱗片石墨再磨工藝改進(jìn)研究[J].化工礦物與加工,2001,30(8):8-10,14.

[10] 彭偉軍,張凌燕,李向益.石墨浮選提純中礦處理方式研究[J].中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊,2014(2): 28-30.

[11] 龍 淵,張國旺,肖 驍,等.立式攪拌磨機(jī)對鱗片石墨的磨礦研究[J].礦冶工程,2014(6):41-44.

[12] 王啟寶,張晨光.平度難選石墨礦石浮選藥劑的研究[J].非金屬礦,1995(2):30-32.

[13] 謝朝學(xué),袁慧珍.用充填式浮選機(jī)選別大鱗片石墨的研究[J].金屬礦山,2010(7):57-60.

[14] 呂一波,季長順,李青俠. 浮選柱精選細(xì)鱗片中碳石墨實(shí)驗(yàn)[J].黑龍江科技學(xué)院學(xué)報,2013(1):26-29.

[15] 謝廣元.選礦學(xué)[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2001.

Study on mineral processing technology of the flake graphite in Luobei

KANG Wen-ze1, LI Hui-jian1, ZHANG Qi-liang2, ZHAO Yue1

(1.Engineering Institute of New Graphite Materials, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin, Heilongjiang 150022,China; 2. Qingdao Zhirui biological Ltd., Qingdao, Shandong 266100, China)

In the light of the complex situation of the mineral symbiosis of flake graphite in Luobei, Heilongjiang province, the process mineralogy of the representative ore was studied and experiments such as the crushing, grinding, flotation and so on were done, on the basis of which the best mineral processing technology is determined. The results show that in the case of the 3.5min of coarse grinding, the dosage of 250 g/t kerosene, the dosage of 25 g/t octanol, the excellent process index with the tailings grade of 0.87%, the concentrate containing fixed carbon content of 95.92% and the recovery of 95.24%, can be obtained through the closed circuit process, in which, the ore is served by one roughing and one scavenging, and rough concentrate is made five cleaning after four-stage regrinding, at the same time mixed middlings 1, 2, 3 is delivered to roughing after scavenging while mixed middlings 4, 5, 6 went back to primary regrinding. This process has theoretical experience for the process design of graphite ore dressing plant.

flake graphite; stage grinding; stage flotation

1001-3571(2015)05-0011-05

TD975+.2

A

2015-07-30

10.16447/j.cnki.cpt.2015.05.003

國家科技支撐計劃資助項(xiàng)目(2013BAE04B01)

康文澤(1964—)，男，黑龍江省雞西市人，教授，博士，從事煤與其他非金屬礦分選方面的教學(xué)與研究工作。

E-mail:kwz010@163.com Tel：0451-88036755