鄭仁基，高惠民，2，馮曉菲，岑對對，任子杰

(1.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430070；2.礦物資源加工與環(huán)境湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430070)

甘肅某細(xì)鱗片石墨礦選礦試驗(yàn)研究

鄭仁基1，高惠民1，2，馮曉菲1，岑對對1，任子杰1

(1.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430070；2.礦物資源加工與環(huán)境湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430070)

摘要：甘肅某石墨礦屬于鱗片石墨礦石，原礦固定碳含量較低，為4.48%，石墨鱗片較小。對該地區(qū)細(xì)鱗片石墨礦進(jìn)行選礦試驗(yàn)研究，得出適宜的粗選條件為：粗磨磨礦細(xì)度為-0.074mm占63.52%、浮選濃度為27%、煤油用量為640g/t、2#油用量為110g/t、生石灰用量為2500g/t(即礦漿pH=9)，粗精礦采用五次再磨六次精選流程進(jìn)行開路試驗(yàn)、閉路試驗(yàn)，最終獲得石墨精礦固定碳含量為95.70%，回收率為71.78%的選別指標(biāo)，為該地區(qū)石墨資源的開發(fā)利用提供了技術(shù)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：鱗片石墨；磨礦；浮選；中礦處理

鱗片石墨具有耐高溫、抗腐蝕、抗熱震、抗輻射、強(qiáng)度大、韌性好、自潤滑以及導(dǎo)電、導(dǎo)熱等優(yōu)異的物理、化學(xué)和機(jī)械性能，被廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、電子、軍工國防、航天等領(lǐng)域，是當(dāng)今高新技術(shù)發(fā)展必不可少的非金屬材料[1]。由于鱗片石墨產(chǎn)品使用的特殊性，往往要求大鱗片、高品位，因此，傳統(tǒng)的石墨選礦中采用多段磨選(3～5段再磨)、多次精選(5～12次精選)的選礦原則工藝流程，以期達(dá)到保護(hù)大鱗片、獲得高品位精礦的目的[2-3]。

甘肅某地區(qū)的石墨礦儲量豐富，但未得到高效開發(fā)利用，通過選礦提純可大幅度提高該石墨的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。文章對原礦試樣化學(xué)組成進(jìn)行詳細(xì)分析，并進(jìn)行粗選條件、精選條件及全流程試樣研究，最終提供推薦工藝流程，為當(dāng)?shù)厥Y源的開發(fā)利用提供了技術(shù)依據(jù)。

1試樣性質(zhì)

1.1試樣化學(xué)多元素分析

對試樣進(jìn)行XRF化學(xué)多元素分析，其主要化學(xué)成分為：SiO2，42.67%；Al2O3，25.30%；CaO，5.26%；MgO，4.79%；Fe2O3，1.68%；燒失量，18.61%。根據(jù)石墨固定碳測量方法，測得原礦固定碳含量為4.48%。對石墨礦的選礦而言，必須去除礦石中其它化學(xué)成分，提高精礦固定碳的含量[4-5]。

1.2試樣的XRD物相分析

對試樣進(jìn)行XRD物相分析，其結(jié)果見圖1。

由圖1可知，原礦的主要礦物組成為：石墨、石英、長石類、方解石、綠泥石以及少量的閃石類等。其礦物組成為(%)：石墨，6；石英，53；長石，7；方解石，14；綠泥石，15；其他，5。

該石墨礦風(fēng)化嚴(yán)重，原礦固定碳含量低，石墨與石英、方解石、綠泥石以及長石類等脈石礦物共生，且嵌布粒度細(xì)，屬于低品位難選細(xì)鱗片石墨礦。

2選礦試驗(yàn)研究

2.1粗選條件試驗(yàn)

2.1.1磨礦細(xì)度試驗(yàn)

固定粗選條件為：磨礦濃度65%，調(diào)整劑生石灰用量2500g/t，捕收劑煤油用量400g/t，起泡劑2#油用量60g/t，浮選濃度20%，浮選時(shí)間3min，磨礦時(shí)間分別為1min、2min、3min、4min、6min，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖1　試樣XRD圖譜

從圖2可以看出，隨著磨礦細(xì)度的增加，精礦固定碳含量逐漸增加，后趨于平緩，精礦回收率先降低后平緩上升。當(dāng)磨礦時(shí)間為4min時(shí)，精礦指標(biāo)均較高，雖然磨礦6min時(shí)指標(biāo)有略微提高，但考慮到磨礦成本的因素，確定了粗選的磨礦細(xì)度為-0.074mm占63.52%。

2.1.2浮選濃度試驗(yàn)

浮選礦漿濃度不僅影響藥劑的添加量，同時(shí)還會影響石墨精礦的固定碳含量和回收率。固定粗選條件：生石灰用量2500g/t，煤油用量400g/t，2#油用量60g/t，浮選濃度分別為13%、20%、27%、33%，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

由圖3可知，浮選濃度對精礦質(zhì)量和回收率均有影響，其中精礦回收率最大差值達(dá)12.86%。隨著浮選濃度的提高，精礦固定碳逐漸降低，但相差較小，回收率先升高后降低，在浮選濃度27%時(shí)達(dá)到最大值65.72%?？紤]到石墨選礦粗選時(shí)主要保證回收率，因此確定粗選浮選濃度為27%。

2.1.3捕收劑煤油用量試驗(yàn)

固定粗選條件：生石灰用量2500g/t，2#油用量110g/t，浮選濃度27%，浮選時(shí)間3min，煤油用量分別為480g/t、560g/t、640g/t、720g/t，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖2　磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果

圖3　粗選浮選濃度試驗(yàn)結(jié)果

圖4　捕收劑煤油用量試驗(yàn)結(jié)果

由圖4可知，隨著煤油用量的增加，精礦固定碳含量變化趨勢平緩，回收率均先增加后趨于平緩，在煤油用量為640g/t時(shí)，達(dá)到最大值88.17%，繼續(xù)增加導(dǎo)致精礦回收率開始下降，此時(shí)可能由于捕收劑用量過大，泡沫發(fā)粘，煤油對石墨的選擇性變差，因此確定合適的粗選煤油用量為640g/t。

2.1.4起泡劑2#油用量試驗(yàn)

固定粗選條件：生石灰用量2500g/t，浮選濃度27%，煤油用量560g/t，浮選時(shí)間3min，2#油用量分別為90g/t、110g/t、130g/t、150g/t，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

由圖5可知，隨著2#油用量的增加，精礦固定碳含量逐漸下降。當(dāng)2#油用量為110g/t時(shí)，精礦固定碳含量、回收率和選礦效率均較高，分別為33.35%、87.62%和76.03%。因此確定粗選2#油用量為110g/t。

2.1.5調(diào)整劑生石灰用量試驗(yàn)

生石灰除了可以作為礦漿pH值的調(diào)整劑外，對原礦中少量的黃鐵礦還可起到較強(qiáng)抑制作用。試驗(yàn)中固定粗選條件：煤油用量640g/t，2#油用量110g/t，浮選濃度27%，浮選時(shí)間3min，生石灰用量分別為900g/t、1700g/t、2500g/t、3000g/t，試驗(yàn)結(jié)果見圖6。

由圖7可知，隨著生石灰用量的增加，精礦的固定碳含量先降低后升高，回收率先升高后趨于平緩，在生石灰用量2500g/t時(shí)，固定碳含量、回收率均較高，分別為29.43%、96.21%。因此確定粗選生石灰用量為2500g/t，即礦漿pH=9。

圖5　起泡劑2#用量試驗(yàn)結(jié)果

圖6　調(diào)整劑生石灰用量試驗(yàn)結(jié)果

圖7　精選I再磨細(xì)度試驗(yàn)流程

2.2精選條件試驗(yàn)

2.2.1精選再磨結(jié)構(gòu)試驗(yàn)

常見的石墨精選再磨結(jié)構(gòu)有兩種：先磨再選和先選再磨。一般而言，先選再磨可相對提高再磨的入磨品位，減少再磨過程中石英等脈石礦物對鱗片的割傷，一定程度上可保護(hù)石墨鱗片[6]。試驗(yàn)過程針對兩種再磨結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對比，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

由表1可知，先磨再選流程和先選再磨流程的回收率和選礦效率相近，但先磨再選流程的石墨精礦固定碳含量較先選再磨流程高，因此精選再磨結(jié)構(gòu)選擇先磨再選結(jié)構(gòu)，先磨再選流程有利于礦石的有用礦物單體解離。

2.2.2精選I再磨細(xì)度試驗(yàn)

選擇較優(yōu)的粗選條件進(jìn)行粗精礦再磨I磨礦細(xì)度試驗(yàn)。再磨設(shè)備為XMQ-67Φ150×50型球磨機(jī)，磨礦介質(zhì)為Φ2～3mm小鋼球，變化I次再磨磨礦時(shí)間為2min、4min、6min、8min，考察I次再磨磨礦細(xì)度對I次精選的影響，精選采用0.5L RK/FD型單槽浮選機(jī)。精選I再磨細(xì)度流程見圖7，試驗(yàn)結(jié)果見圖8。

由圖8可知，精選I再磨細(xì)度對I次精選的精礦固定碳含量的影響較大，隨著精選I再磨細(xì)度的增加，精礦的固定碳含量逐漸升高，后稍有降低，回收率先降低后升高后小幅上升。當(dāng)精選I再磨時(shí)間為6min時(shí)，最終精礦固定碳含量達(dá)到最大值50.27%，此時(shí)再磨I磨礦細(xì)度為-0.074mm占68.03%。

2.2.3精選I捕收劑煤油用量試驗(yàn)

由于再磨會導(dǎo)致石墨表面親水，需補(bǔ)加藥劑用量，因此進(jìn)行精選I捕收劑用量試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中固定精選I磨礦細(xì)度為-0.074mm占68.03%，2#油用量27g/t，浮選時(shí)間3min，煤油用量分別為73g/t、110g/t、147g/t、184g/t，試驗(yàn)結(jié)果見圖9。

圖8　精選I再磨細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果

圖9　精選I捕收劑用量試驗(yàn)結(jié)果

由圖9可知，隨著煤油用量增加，精礦固定碳含量先升高后小幅下降，回收率逐漸下降。當(dāng)精選I煤油用量為147g/t時(shí)，精礦固定碳含量達(dá)到最大值46.45%，但回收率損失較高?？紤]到精選I應(yīng)保證精礦的回收率，因此為保證精礦回收率，因此確定精選I煤油用量為73g/t。

2.3開路流程試驗(yàn)

確定了適宜的粗選、精選條件后，根據(jù)原礦試樣性質(zhì)以及目前國內(nèi)類似石墨礦的選礦經(jīng)驗(yàn)和理論研究，精選進(jìn)行五次再磨六次精選開路試驗(yàn)。試驗(yàn)流程見圖10，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

圖10　開路流程試驗(yàn)流程圖

由表2可知，固定碳含量僅為4.48%的原礦粗選經(jīng)過一次粗磨一次粗選一次掃選，粗精礦采用五次再磨六次精選的開路流程試驗(yàn)后，可獲得固定碳含量為97.08%，回收率為43.86%的石墨精礦。

2.4中礦處理試驗(yàn)

由開路流程試驗(yàn)結(jié)果可知，中礦1～中礦4混合后回收率為39.56%，且固定碳含量均較低，表明目的礦物與脈石礦物未充分解離，直接返回精選會較大幅度降低精礦品位，因此考慮將其進(jìn)行再磨再選處理。再磨時(shí)間分別為5min、8min，再磨后掃選添加煤油用量73g/t，2#油用量54g/t。試驗(yàn)流程見圖11，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表2　開路流程試驗(yàn)結(jié)果

圖11　中礦處理試驗(yàn)流程圖

時(shí)間5min8min產(chǎn)物名稱產(chǎn)率/%固定碳/%回收率/%產(chǎn)率/%固定碳/%回收率/%精礦2.7984.4555.263.1885.5563.45中83.2936.3428.022.8727.8618.65尾185.050.35.9885.500.35.98尾28.865.1810.758.456.0611.93

由表3可知，隨著中礦再磨時(shí)間增加，再磨5min所獲得的中礦8固定碳含量和回收率均比再磨8min要高，因此確定中礦處理方式為中礦1～中礦4混合后再磨5min再選。

2.5閉路流程試驗(yàn)

開路流程試驗(yàn)確定了五次再磨六次精選流程為較優(yōu)流程，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行閉路試驗(yàn)。中礦1～中礦4混合后再磨5min再選。再根據(jù)各中礦的固定碳含量及回收率確定中礦返回方式：中礦5和中礦6固定碳含量和回收率均接近且與精選Ⅱ作業(yè)的固定碳含量接近，固混合后返回精選Ⅱ；中礦7固定碳含量達(dá)到了87.28%，與精選Ⅳ作業(yè)固定碳含量相近，可直接返回精選Ⅳ；中礦8返回精選Ⅰ。閉路流程試驗(yàn)數(shù)質(zhì)量流程圖見圖12。

圖12　閉路流程試驗(yàn)數(shù)質(zhì)量流程圖

由圖12可知，對原礦試樣精選一次粗磨一次粗選一次掃選，粗精礦進(jìn)行五次再磨六次精選的閉路流程試驗(yàn)，可獲得最終石墨精礦固定碳含量為95.70%，回收率為74.39%，尾礦固定碳含量為1.26%的良好選別指標(biāo)。

由精礦SEM照片可以看出，石墨鱗片形狀大小不規(guī)則，大部分鱗片大小在10～100μm之間，鱗片石墨表面較干凈，大鱗片表面夾雜著小鱗片，邊緣有磨損痕跡。

3結(jié)論

1)該石墨礦屬于細(xì)鱗片石墨礦石，原礦固定碳含量為4.48%，其中主要脈石礦物主要石英、長石類、綠泥石、方解石和少量的閃石類。

2)對原礦試驗(yàn)進(jìn)行一次粗磨一次粗選一次掃選，粗精礦五次再磨六次精選，中礦1～中礦4混合后再磨5min再選，中礦5、6混合返回精選Ⅱ，中礦7返回精選Ⅳ，中礦8返回精選Ⅰ的閉路流程試驗(yàn)，可獲得石墨精礦固定碳含量為95.70%，回收率為71.78%，石墨精礦達(dá)到國家高碳LG(-)150-95標(biāo)準(zhǔn)，可用于制造耐火材料和電刷制品。

參考文獻(xiàn)

[1]米國民，曹憲賓.鱗片石墨選礦工藝進(jìn)展[J].非金屬礦，1993，16(1)：20-22.

[2]武漢建材學(xué)院，山東南墅石墨礦合編.石墨選礦[M].北京：中建筑工業(yè)出版社，1979.

[3]李皆榮.山東南墅石墨礦選礦實(shí)踐及提高精礦品位和回收率的途徑[J].非金屬礦，1983(2)：3-7.

[4]張凌燕，楊香風(fēng)，洪禮，等.廣元地區(qū)含隱晶質(zhì)難選石墨選礦試驗(yàn)研究[J].非金屬礦，2010，33(5)：30-33.

[5]張凌燕，李向益，邱楊率，等.四川某難選石墨選礦試驗(yàn)研究[J].金屬礦山，2012(7)：95-98.

[6]宋廣業(yè)，岳成林.鱗片石墨選礦再磨段數(shù)的研究[J].山東建材學(xué)院學(xué)報(bào)，1990，4(2):73-76.

Experimentalresearch on beneficiation of fine-flake graphite ore in Gansu

ZHENG Ren-ji1，GAO Hui-min1，2，F(xiàn)ENG Xiao-fei1，CEN Dui-dui1，REN Zi-jie1

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

Abstract:The graphite ore from Gansu belongs to flake graphite ore，with low fixed carbon content of 4.48% and the flake of graphite is small.A beneficiation test of graphite ore from local area was studied and concluded the best rougher flotation conditions：fineness of rougher grinding accounted for 63.52% of -0.074mm，flotation concentration is 27%，the dosage of kerosene is 640g/t，the dosage of alpha-terpineol is 110g/t and the dosage of quicklime is 2500g/t(pH=9).An open and closed trial was conducted by five-times-regrinding and six-times-cleaning on the basic of the best rougher flotation conditions.Finally，the flow can obtain the graphite concentrate with the fixed carbon content of 95.70% and the recovery rate of 71.78%，providing a technical basis for explosion of graphite resources in the local.

Key words：flake graphite；grinding；flotation；middling process

收稿日期：2014-12-10

中圖分類號：TD97

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1004-4051(2016)01-0125-06