甘肃某细鳞片石墨矿选矿试验研究

郑仁基，高惠民，2，冯晓菲，岑对对，任子杰

(1.武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北 武汉 430070；2.矿物资源加工与环境湖北省重点实验室，湖北 武汉 430070)

甘肃某细鳞片石墨矿选矿试验研究

郑仁基1，高惠民1，2，冯晓菲1，岑对对1，任子杰1

(1.武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北 武汉 430070；2.矿物资源加工与环境湖北省重点实验室，湖北 武汉 430070)

摘要：甘肃某石墨矿属于鳞片石墨矿石，原矿固定碳含量较低，为4.48%，石墨鳞片较小。对该地区细鳞片石墨矿进行选矿试验研究，得出适宜的粗选条件为：粗磨磨矿细度为-0.074mm占63.52%、浮选浓度为27%、煤油用量为640g/t、2#油用量为110g/t、生石灰用量为2500g/t(即矿浆pH=9)，粗精矿采用五次再磨六次精选流程进行开路试验、闭路试验，最终获得石墨精矿固定碳含量为95.70%，回收率为71.78%的选别指标，为该地区石墨资源的开发利用提供了技术依据。

关键词：鳞片石墨；磨矿；浮选；中矿处理

鳞片石墨具有耐高温、抗腐蚀、抗热震、抗辐射、强度大、韧性好、自润滑以及导电、导热等优异的物理、化学和机械性能，被广泛应用于冶金、机械、电子、军工国防、航天等领域，是当今高新技术发展必不可少的非金属材料[1]。由于鳞片石墨产品使用的特殊性，往往要求大鳞片、高品位，因此，传统的石墨选矿中采用多段磨选(3～5段再磨)、多次精选(5～12次精选)的选矿原则工艺流程，以期达到保护大鳞片、获得高品位精矿的目的[2-3]。

甘肃某地区的石墨矿储量丰富，但未得到高效开发利用，通过选矿提纯可大幅度提高该石墨的经济价值。文章对原矿试样化学组成进行详细分析，并进行粗选条件、精选条件及全流程试样研究，最终提供推荐工艺流程，为当地石墨资源的开发利用提供了技术依据。

1试样性质

1.1试样化学多元素分析

对试样进行XRF化学多元素分析，其主要化学成分为：SiO2，42.67%；Al2O3，25.30%；CaO，5.26%；MgO，4.79%；Fe2O3，1.68%；烧失量，18.61%。根据石墨固定碳测量方法，测得原矿固定碳含量为4.48%。对石墨矿的选矿而言，必须去除矿石中其它化学成分，提高精矿固定碳的含量[4-5]。

1.2试样的XRD物相分析

对试样进行XRD物相分析，其结果见图1。

由图1可知，原矿的主要矿物组成为：石墨、石英、长石类、方解石、绿泥石以及少量的闪石类等。其矿物组成为(%)：石墨，6；石英，53；长石，7；方解石，14；绿泥石，15；其他，5。

该石墨矿风化严重，原矿固定碳含量低，石墨与石英、方解石、绿泥石以及长石类等脉石矿物共生，且嵌布粒度细，属于低品位难选细鳞片石墨矿。

2选矿试验研究

2.1粗选条件试验

2.1.1磨矿细度试验

固定粗选条件为：磨矿浓度65%，调整剂生石灰用量2500g/t，捕收剂煤油用量400g/t，起泡剂2#油用量60g/t，浮选浓度20%，浮选时间3min，磨矿时间分别为1min、2min、3min、4min、6min，试验结果见图2。

图1　试样XRD图谱

从图2可以看出，随着磨矿细度的增加，精矿固定碳含量逐渐增加，后趋于平缓，精矿回收率先降低后平缓上升。当磨矿时间为4min时，精矿指标均较高，虽然磨矿6min时指标有略微提高，但考虑到磨矿成本的因素，确定了粗选的磨矿细度为-0.074mm占63.52%。

2.1.2浮选浓度试验

浮选矿浆浓度不仅影响药剂的添加量，同时还会影响石墨精矿的固定碳含量和回收率。固定粗选条件：生石灰用量2500g/t，煤油用量400g/t，2#油用量60g/t，浮选浓度分别为13%、20%、27%、33%，试验结果见图3。

由图3可知，浮选浓度对精矿质量和回收率均有影响，其中精矿回收率最大差值达12.86%。随着浮选浓度的提高，精矿固定碳逐渐降低，但相差较小，回收率先升高后降低，在浮选浓度27%时达到最大值65.72%。考虑到石墨选矿粗选时主要保证回收率，因此确定粗选浮选浓度为27%。

2.1.3捕收剂煤油用量试验

固定粗选条件：生石灰用量2500g/t，2#油用量110g/t，浮选浓度27%，浮选时间3min，煤油用量分别为480g/t、560g/t、640g/t、720g/t，试验结果见图4。

图2　磨矿细度试验结果

图3　粗选浮选浓度试验结果

图4　捕收剂煤油用量试验结果

由图4可知，随着煤油用量的增加，精矿固定碳含量变化趋势平缓，回收率均先增加后趋于平缓，在煤油用量为640g/t时，达到最大值88.17%，继续增加导致精矿回收率开始下降，此时可能由于捕收剂用量过大，泡沫发粘，煤油对石墨的选择性变差，因此确定合适的粗选煤油用量为640g/t。

2.1.4起泡剂2#油用量试验

固定粗选条件：生石灰用量2500g/t，浮选浓度27%，煤油用量560g/t，浮选时间3min，2#油用量分别为90g/t、110g/t、130g/t、150g/t，试验结果见图5。

由图5可知，随着2#油用量的增加，精矿固定碳含量逐渐下降。当2#油用量为110g/t时，精矿固定碳含量、回收率和选矿效率均较高，分别为33.35%、87.62%和76.03%。因此确定粗选2#油用量为110g/t。

2.1.5调整剂生石灰用量试验

生石灰除了可以作为矿浆pH值的调整剂外，对原矿中少量的黄铁矿还可起到较强抑制作用。试验中固定粗选条件：煤油用量640g/t，2#油用量110g/t，浮选浓度27%，浮选时间3min，生石灰用量分别为900g/t、1700g/t、2500g/t、3000g/t，试验结果见图6。

由图7可知，随着生石灰用量的增加，精矿的固定碳含量先降低后升高，回收率先升高后趋于平缓，在生石灰用量2500g/t时，固定碳含量、回收率均较高，分别为29.43%、96.21%。因此确定粗选生石灰用量为2500g/t，即矿浆pH=9。

图5　起泡剂2#用量试验结果

图6　调整剂生石灰用量试验结果

图7　精选I再磨细度试验流程

2.2精选条件试验

2.2.1精选再磨结构试验

常见的石墨精选再磨结构有两种：先磨再选和先选再磨。一般而言，先选再磨可相对提高再磨的入磨品位，减少再磨过程中石英等脉石矿物对鳞片的割伤，一定程度上可保护石墨鳞片[6]。试验过程针对两种再磨结构进行了对比，试验结果见表1。

由表1可知，先磨再选流程和先选再磨流程的回收率和选矿效率相近，但先磨再选流程的石墨精矿固定碳含量较先选再磨流程高，因此精选再磨结构选择先磨再选结构，先磨再选流程有利于矿石的有用矿物单体解离。

2.2.2精选I再磨细度试验

选择较优的粗选条件进行粗精矿再磨I磨矿细度试验。再磨设备为XMQ-67Φ150×50型球磨机，磨矿介质为Φ2～3mm小钢球，变化I次再磨磨矿时间为2min、4min、6min、8min，考察I次再磨磨矿细度对I次精选的影响，精选采用0.5L RK/FD型单槽浮选机。精选I再磨细度流程见图7，试验结果见图8。

由图8可知，精选I再磨细度对I次精选的精矿固定碳含量的影响较大，随着精选I再磨细度的增加，精矿的固定碳含量逐渐升高，后稍有降低，回收率先降低后升高后小幅上升。当精选I再磨时间为6min时，最终精矿固定碳含量达到最大值50.27%，此时再磨I磨矿细度为-0.074mm占68.03%。

2.2.3精选I捕收剂煤油用量试验

由于再磨会导致石墨表面亲水，需补加药剂用量，因此进行精选I捕收剂用量试验。试验过程中固定精选I磨矿细度为-0.074mm占68.03%，2#油用量27g/t，浮选时间3min，煤油用量分别为73g/t、110g/t、147g/t、184g/t，试验结果见图9。

图8　精选I再磨细度试验结果

图9　精选I捕收剂用量试验结果

由图9可知，随着煤油用量增加，精矿固定碳含量先升高后小幅下降，回收率逐渐下降。当精选I煤油用量为147g/t时，精矿固定碳含量达到最大值46.45%，但回收率损失较高。考虑到精选I应保证精矿的回收率，因此为保证精矿回收率，因此确定精选I煤油用量为73g/t。

2.3开路流程试验

确定了适宜的粗选、精选条件后，根据原矿试样性质以及目前国内类似石墨矿的选矿经验和理论研究，精选进行五次再磨六次精选开路试验。试验流程见图10，试验结果见表2。

图10　开路流程试验流程图

由表2可知，固定碳含量仅为4.48%的原矿粗选经过一次粗磨一次粗选一次扫选，粗精矿采用五次再磨六次精选的开路流程试验后，可获得固定碳含量为97.08%，回收率为43.86%的石墨精矿。

2.4中矿处理试验

由开路流程试验结果可知，中矿1～中矿4混合后回收率为39.56%，且固定碳含量均较低，表明目的矿物与脉石矿物未充分解离，直接返回精选会较大幅度降低精矿品位，因此考虑将其进行再磨再选处理。再磨时间分别为5min、8min，再磨后扫选添加煤油用量73g/t，2#油用量54g/t。试验流程见图11，试验结果见表3。

表2　开路流程试验结果

图11　中矿处理试验流程图

时间5min8min产物名称产率/%固定碳/%回收率/%产率/%固定碳/%回收率/%精矿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，随着中矿再磨时间增加，再磨5min所获得的中矿8固定碳含量和回收率均比再磨8min要高，因此确定中矿处理方式为中矿1～中矿4混合后再磨5min再选。

2.5闭路流程试验

开路流程试验确定了五次再磨六次精选流程为较优流程，在此基础上进行闭路试验。中矿1～中矿4混合后再磨5min再选。再根据各中矿的固定碳含量及回收率确定中矿返回方式：中矿5和中矿6固定碳含量和回收率均接近且与精选Ⅱ作业的固定碳含量接近，固混合后返回精选Ⅱ；中矿7固定碳含量达到了87.28%，与精选Ⅳ作业固定碳含量相近，可直接返回精选Ⅳ；中矿8返回精选Ⅰ。闭路流程试验数质量流程图见图12。

图12　闭路流程试验数质量流程图

由图12可知，对原矿试样精选一次粗磨一次粗选一次扫选，粗精矿进行五次再磨六次精选的闭路流程试验，可获得最终石墨精矿固定碳含量为95.70%，回收率为74.39%，尾矿固定碳含量为1.26%的良好选别指标。

由精矿SEM照片可以看出，石墨鳞片形状大小不规则，大部分鳞片大小在10～100μm之间，鳞片石墨表面较干净，大鳞片表面夹杂着小鳞片，边缘有磨损痕迹。

3结论

1)该石墨矿属于细鳞片石墨矿石，原矿固定碳含量为4.48%，其中主要脉石矿物主要石英、长石类、绿泥石、方解石和少量的闪石类。

2)对原矿试验进行一次粗磨一次粗选一次扫选，粗精矿五次再磨六次精选，中矿1～中矿4混合后再磨5min再选，中矿5、6混合返回精选Ⅱ，中矿7返回精选Ⅳ，中矿8返回精选Ⅰ的闭路流程试验，可获得石墨精矿固定碳含量为95.70%，回收率为71.78%，石墨精矿达到国家高碳LG(-)150-95标准，可用于制造耐火材料和电刷制品。

参考文献

[1]米国民，曹宪宾.鳞片石墨选矿工艺进展[J].非金属矿，1993，16(1)：20-22.

[2]武汉建材学院，山东南墅石墨矿合编.石墨选矿[M].北京：中建筑工业出版社，1979.

[3]李皆荣.山东南墅石墨矿选矿实践及提高精矿品位和回收率的途径[J].非金属矿，1983(2)：3-7.

[4]张凌燕，杨香风，洪礼，等.广元地区含隐晶质难选石墨选矿试验研究[J].非金属矿，2010，33(5)：30-33.

[5]张凌燕，李向益，邱杨率，等.四川某难选石墨选矿试验研究[J].金属矿山，2012(7)：95-98.

[6]宋广业，岳成林.鳞片石墨选矿再磨段数的研究[J].山东建材学院学报，1990，4(2):73-76.

Experimentalresearch on beneficiation of fine-flake graphite ore in Gansu

ZHENG Ren-ji1，GAO Hui-min1，2，FENG 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

中图分类号：TD97

文献标识码：A

文章编号：1004-4051(2016)01-0125-06