黑龙江省双鸭山市某石墨矿选矿工艺流程试验研究

王英东

摘 要：原矿固定碳含量6.06 %，为晶质鳞片石墨，+100目鳞片石墨固定碳含量占总固定碳含量的48.22 %。通过对原矿进行化学分析、矿物组成及特征研究，采用一次粗磨快速浮选、粗精矿经1次精选、再经3次再磨4次精选后筛出大鳞片石墨，筛下精矿产品继续精选，得到大鳞片含量高，精矿品位高的浮选精矿产品。最终精矿石墨总回收率为94.09 %，其中+100目精矿固定碳回收率34.18 %；大鳞片石墨保护率达到70.89 %；-100目精矿固定碳回收率59.91 %。

关键词：石墨矿；鳞片石墨；浮选

中图分类号：TD97 文献标志码：A

0 引言

石墨是一种非金属矿物，是由碳元素（C）组成的自然资源矿物，与金刚石是同素异形体，其晶体是由大量碳原子组成的六角形网格层面规则堆积而成，属于典型的层状构造晶体。石墨不仅具有金属材料的导电、导热性能，还具有可塑性、耐高温、特殊的热性能、化学稳定性、润滑性和能涂敷在固体表面等良好的工艺性能。

石墨产品应用广泛，是现代工业体系中不可缺少的部分，被称为“工业味精”。在冶金工业中可作为优质耐火材料；在电子电气工业中，可作为电极材料；在化学工业中，可作为密封材料，具有耐腐蚀耐高温的优点；在原子能工业中，石墨可作为中子减速剂；2004年，英国物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功从石墨中分离出石墨烯，二人因此获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯具有优异的力学、电学、热传导、阻隔性等材料性能，具有不可估量的应用前景。

中国石墨资源丰富，分布集中度高。2017年晶质石墨查明资源储量3.67亿t，占全球比例60 %以上，主要分布在黑龙江、内蒙古、四川、山西、山东等省（区），其查明资源储量均在1 000万t以上，总量占全国的61.89 %。黑龙江省拥有丰富的石墨资源，其鳞片石墨储量占全国储量的40 %以上。

双鸭山某石墨矿固定碳含量6.06 %，为主要有用矿物。其中+100目以上大鳞片石墨占48.22 %，是非常优质的大鳞片晶质石墨资源，因此在选矿过程必须考虑保护大鳞片石墨。

1 矿石性质

从原矿化学多项分析结果（表1）可知，原矿中固定碳含量较高，是主回收元素。其他元素含量较低，综合利用价值不大。

矿石工艺矿物学研究结果表明，该矿石可认为是含大鳞片的晶质石墨矿。矿物组成主要是石墨、石英、长石类、云母类，少量的方解石、透辉石、绿泥石、石榴石、矽线石、黄铁矿、微量的金红石、赤褐铁矿、磁铁矿。脉石矿物以石英、长石、云母类为主。

2 选矿试验

根据矿石工艺矿物学研究结果，该次试验研究决定采用快速浮选，精矿预先筛分保护大鳞片产品。试验进行了磨矿细度、捕收剂用量、起泡剂用量及流程对比等条件试验，并依据条件试验进行了闭路流程试验研究。

2.1 粗选磨矿细度试验

磨矿细度条件试验能够考察磨矿细度对石墨的单体解离度的影响以及对大鳞片石墨产品的保护效果，试验条件如下：磨矿细度为变量，磨矿浓度50%，粗选捕收剂为煤油70 g/t，起泡剂为2号油48 g/t，浮选时间6 min。

试验表明，当磨矿细度为-0.075 mm含量占45 %时，可获得较好的回收率，继续增加磨矿细度，精矿回收率并未见提高，反而会使大鳞片石墨损失更多。-0.075 mm含量45 %的精矿产品中+100目固定碳回收率为40.11 %，大鳞片石墨保护率达到83.18 %。

2.2 粗选捕收剂用量试验

该次试验采用煤油作为浮选捕收剂，试验条件如下：煤油用量为变量，磨矿浓度50 %，磨矿细度-0.075 mm含量45 %，2号油用量48 g/t，浮选时间6 min。

试验结果表明，随着煤油用量增加，精矿固定碳含量逐渐降低后趋于平缓，回收率逐渐增加后趋于平缓。煤油用量较低时，即矿浆中捕收剂浓度较低，单体解离较好的石墨率先被泡沫捕收，因此精矿固定碳含量高；随着煤油用量的增加，矿浆中的捕收剂浓度提高，捕收能力也得到一定的强化，部分连生体也进入精矿中，因此固定碳含量降低，回收率提高，然而，如果煤油用量过大则会影响2号油的起泡性能，反而降低了精矿的固定碳回收率。煤油用量为84 g/t时，试验效果最佳。

2.3 粗选2号油用量试验

该次试验采用2号油作为起泡剂，试验条件如下：2号油用量为变量，磨矿浓度50 %，磨矿细度-0.075 mm含量45 %，煤油用量84 g/t，浮选时间6 min。

试验结果表明，随着2号油用量增加，精矿固定碳含量降低，回收率先增加后趋于平缓，当2号油用量为64 g/t时，精矿固定碳含量为31.30 %、回收率为96.54 %，指标较好，确定最佳2号油用量为64 g/t。

2.4 开路流程对比试验

根据条件试验，制定最终开路试验流程，最终开路试验在第三段精选后增加一段筛分作业，将+100目大鳞片精矿产品预先筛分作为最终精矿，筛下产品继续精选获得精矿产品；作为对比，同时进行了传统磨浮流程即精矿产品再磨后进行精选直至获得合格的石墨精矿产品。2种流程的药剂制度相同，再磨总段数相同，再磨总时间相同，浮选段数相同，最终试验结果对比见表2（表中开路1为传统磨浮流程，开路2为预先筛分磨浮流程）。

由表2结果可知，虽然矿石中48.22 %的石墨为大鳞片石墨，其达到单体解离仍然需要较长磨矿时间，但是长时间磨矿会导致大鳞片石墨也会被磨碎，对比开路1和开路2的精矿产品，开路2+100目精矿产品固定碳回收率要高出近10 %，总的精矿回收率也更高，因此相比传统的再磨精选流程，精矿预先筛分流程更好。

2.5 闭路流程试验

根据条件试验和开路流程对比试验，选定合理的试验条件进行闭路流程试验，试验流程如图1所示，试验结果见表3。

闭路试验总精矿回收率为94.09 %，其中+100目精矿产率2.28 %，固定碳品位90.69 %，回收率34.18 %，-100目精矿产率3.85 %，固定碳品位94.30 %，回收率59.91 %。精矿+100目大鳞片石墨相对于原矿+100目大鳞片石墨的保护率为70.89 %。根據国家标准《GB/T 3518—2008鳞片石墨》的分类，-100目精矿产品的固定碳含量大于94 %，已经达到高碳石墨的品质要求，标记为LG（-100）-94-GB/T 3518；+100目产品可分类为中碳石墨，标记为LZ150-90-GB/T 3518。

3 结论

原矿主要矿物成分为石墨矿，其他有用矿物较少，石墨矿片径较大，可确定为含大鳞片的晶质石墨矿。原矿的可浮性良好，通过各种条件试验，最终采用了创新的磨浮工艺，在大鳞片石墨精矿产品被破坏之前进行回收，最终获得了优秀的浮选指标。该试验确定的工艺流程结构简单，便于操作，适应性强，易于现场操作。

参考文献

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