隐晶质石墨提纯试验对比

陈 科

（中国建筑材料工业地质勘查中心青海总队，青海 西宁 810008）



【试验研究】

隐晶质石墨提纯试验对比

陈 科

（中国建筑材料工业地质勘查中心青海总队，青海 西宁 810008）

【摘 要】以青海省某地区隐晶质石墨为原料，采用浮选、酸法浸出、碱法浸出三种提纯试验方法，根据提纯结果对比各方法的适用性。

【关键词】隐晶质石墨；提纯；浮选；酸法；碱法

隐晶质石墨也叫土状石墨，外观呈黑色土状，矿石多呈致密块状，固定碳含量高达60%～80%，甚至90%以上，可选性差，矿石中杂质矿物（石英、白云母等）难以分离，因此其工业应用不如晶质（鳞片）石墨那样广泛，市场售价也较低。如何克服这些不足，使隐晶质石墨更好地得到利用，是应当关注的问题。针对此问题，本文根据试验研究，对比了浮选、酸法浸出、碱法浸出三种纯化隐晶质石墨的方法。

1 原矿化学分析及矿物组成

在该地区采集的石墨原矿多元素化学分析结果（%）如下：SiO265.21、Al2O39.89、Fe2O36.47、K2O 2.87、Na2O 0.24、CaO 0.79、MgO 1.3、TiO20.36、LOI 3.78、C 8.61，合计 99.52。

从多元素化学分析结果可知，原矿中有用矿物石墨的含量为8 .6 1%，主要杂质元素有：S i O2、Al2O3、Fe2O3、K2O、Na2O、CaO、MgO等。

将原矿进行X-射线衍射分析，该原矿的有用矿物石墨含量约为10%，与原矿化学分析结果基本相符，杂质矿物含量较高，主要有石英（52.0%）、白云母（31.0%）、斜绿泥石（5.0%）和方解石（2.0%）等。

2 提纯试验方法

2.1 浮选法

浮选法是提纯矿物的一种常用方法，此次试验首先采用该方法进行提纯。石墨原矿经过一段粗磨粗选，二段再磨六段精选后的石墨精矿品位为18.04%，未达到中碳石墨产品要求。因为该石墨原矿的鳞片片径太小，大的只有1～2μm，要使该石墨原矿中的石墨与杂质矿物解离，磨矿细度应＜2.0μm，要达到该细度，一般的球磨、棒磨设备都无法满足加工要求，必须使用超细磨设备。而目前浮选工艺要求入料细度不低于18μm（浮选作业所处理物料粒度的下限），物料粒度太细具有质量轻、比表面大等性质，会对浮选产生一系列不利的影响，主要有：①易夹杂于泡沫中上浮，降低精矿质量；②动量不足，无法完成矿化过程；③吸收大量浮选药剂，使药耗增加；④增加矿浆粘性，使浮选充气条件变坏，不但影响指标，而且破坏浮选过程。如果磨矿细度不够，则石墨与杂质矿物不能完成单体解理，浮选选出的石墨精矿只是石墨与杂质矿物的集合体，精矿品位低。因此，该石墨原矿不适于采用浮选方法提纯。

2.2 酸法浸出

酸法浸出是矿物原料化学处理常用的方法之一。硫酸、盐酸、氢氟酸都可作为某些矿物原料的浸出剂。硫酸是一种相当强的氧化剂，在加热时几乎能氧化一切金属。盐酸也是强酸之一，可与多种金属化合物反应，生成可熔性金属氯化物（盐），其反应能力较稀硫酸强，可浸出某些硫酸无法浸出的含氧酸盐类矿物，但价格较硫酸高，易挥发。氢氟酸是中等强度的酸，它既不能进行氧化反应，也不能进行还原反应，它的特点是能溶解SiO2和硅酸盐。

本次试验采用三种酸进行混合，反应能力较单一种酸更强，其反应基本原理如下：

影响混合酸浸最终产品品位的因素有：原料的性质、混合酸配比、反应时间、反应温度及洗涤条件等，本次试验原料的石墨含量仅为8.61%，杂质含量达90%以上，通常不适于用作酸浸原料。作为探索试验，本次仅进行混合酸的配比试验。混合酸配比试验采用水浴加热，温度为90℃，酸反应时间为7h，试验结果见表1。

根据混合酸的配比试验结果可知，盐酸的浸出效果比硫酸的好，混合酸效果比单一酸好，采用混合酸浸出时，随着氢氟酸用量的增加，产品的含碳量有所增加，当氢氟酸用量达到600kg/T时，石墨产品的含碳量就不增加了，且产品含碳量仅为23%左右，与中碳石墨92%～93%的含碳量要求相差太远，这主要是由于该石墨原矿的石英、云母含量太高的缘故，因此，采用酸浸工艺不适合于该石墨原矿。

表1　混合酸配比试验结果

2.3 碱法浸出

碱法浸出是在500℃以上的高温熔融状态下将石墨与氢氧化钠反应，一部分生成溶于水的反应产物，被水浸出除去，另一些杂质如铁的氧化物等在碱熔后，用盐酸中和，生成溶于水的氯化铁等，通过洗涤除去。反应式如下：

碱法浸出的石墨精矿电镜照片如图1、图2。

影响碱法浸出提纯效果的主要因素有：原料的性质、NaOH用量、熔融温度、酸用量、反应时间等，本次试验作为探索试验，仅对NaOH用量进行试验。熔融在铁锅中人工搅拌下进行，熔融温度为500～800℃，反应时间为2h，试验结果见表2。

图1　 放大1万倍叠层状石墨鳞片集合体

图2　 放大2万倍叠层状石墨鳞片集合体

表3　碱法浸出提纯试验结果

根据试验结果可知，随着NaOH用量的增加，产品的含碳量也随之增加，当石墨∶NaOH为1∶2时，产品的含碳量可达94.83%，符合中碳产品的含碳量要求，但由于处理物料中杂质含量太高，导致生产成本太高。虽然在提纯方面成本较高，但在超细方面所需的成本非常低，在该方向还是有开发价值的。

3 结论

通过以上三种提纯试验方法的结果对比可知，采用碱法浸出提纯的处理方法，技术上可以获得品位＞94%的石墨产品。如经过进一步纯化，可以进一步提高产品品位，技术上存在开发超纯超细高档次石墨产品的可能性，故该资源可作为超纯超细高档次石墨产品的备选原料。

【中图分类号】TD875.2

【文献标识码】A

【文章编号】1007-9386（2016）02-0018-02

【收稿日期】2015-11-06