江西宜丰圳口里低品位锂瓷石矿选矿试验研究

谢添， 杨思琦， 杨志兆， 张永兵， 罗仙平*，2b，2c

（1.宜春时代新能源资源有限公司，江西 宜春 336000；2.江西理工大学,a.资源与环境工程学院；b.宜春锂电新能源产业研究院；c.江西省矿冶环境污染控制重点实验室，江西 赣州 341000；3.中南大学资源加工与生物工程学院，长沙 410000）

锂是新能源产业重要的基础原料[1-2]，为加快实现“碳中和碳达峰”战略目标，我国大力发展了锂电新能源产业，锂原料的需求逐年递增[3-4]，为保障锂电原材料的稳定市场供应，从锂云母中提锂，已成为获取锂原料的重要途径[5-6]。江西宜春地区拥有丰富的锂云母资源，并且与青藏高原地区（具有盐湖卤水锂资源）、川西与新疆等高寒高海拔地区（具有锂辉石资源）相比，宜春地区的区位优势突出、资源开发条件优越，因此逐渐成为了国内主要锂电新能源原料供应基地[7-8]，并且其采选能力将在两年内达到年处理矿石1亿吨。

随着采选规模扩大，低品位难处理锂瓷石矿的开发成为了亟需解决的重点问题。该类资源具有锂云母理论品位低、长石等脉石矿物含量高、风化程度高而易泥化等特点，影响了该类资源的开发利用水平，特别是由于风化程度高导致其在碎磨过程中长石易泥化，产生大量细泥，而细泥对浮选药剂吸附强烈，易罩盖于矿物表面，恶化矿浆流体环境[9-10]，影响锂云母的回收及其与脉石矿物的浮选分离。目前，研究者已针对低品位锂瓷石矿开展了选矿试验研究，但多是简单地套用高品位锂云母矿的“脱泥-浮选工艺”选矿流程，并采用“单一/混合胺类阳离子捕收剂”等浮选药剂，浮选指标不理想，Li2O回收率基本为60%～75%[11-12]、精矿Li2O品位显著低于理论品位[10]，富集效果不佳。一方面是因为单一胺类阳离子捕收剂对该类矿产资源中锂云母选择性较差，易受细泥影响[13]；另一方面是因为对矿石性质研究不足，未深入理解矿石锂等主要元素赋存状态、矿物晶格元素组成变化、矿物嵌布特征等影响选别效果的矿物学因素。

为提高该类矿石中锂云母的回收及其与脉石矿物的浮选分离效果，本文以宜丰典型低品位锂瓷石矿为研究对象，开展了工艺矿物学研究和选矿试验研究，以期实现该类资源的高效开发利用。

1 试验部分

1.1 试验原料

1.1.1 试样元素组成与矿物组成

试验研究对象为江西宜丰圳口里的锂瓷石矿，按照 国 家 国 家 标 准 （GB/T 17413—2010、GB/T 20931—2007等），采用火焰原子吸收光谱法、硅钼蓝分光光度法等方法对矿样中化学成分进行分析（表1），结果表明，该矿石中Li2O含量为0.33%，原矿品位较低。矿物组成及含量结果见表2。

表1 矿样化学成分分析结果Table 1 Chemical composition analysis results of ore samples单位：质量分数，%

表2 矿物组成及含量分析结果Table 2 Mineral composition and content analysis results单位：质量分数，%

通过光学显微镜、矿物自动定量分析(Advanced Mineral Identification and Characterization System/Mineral Liberation Analyser,AMICS/MLA)等方法对该矿石进行检测发现，该矿石中矿物种类繁多、矿物组成复杂，主要矿物为云母、斜长石、钾长石、石英，其次为高岭石，表明矿石存在较显著的风化蚀变特征，矿石中还存在少量的磷灰石、赤铁矿（磁铁矿）、黄铁矿，以及微量其他脉石矿物，包括锆绿泥石、萤石、锡石及碳酸盐矿物等矿物。其中，主要有价矿物为铁锂云母，伴生有价矿物铌-钽锰（铁）矿与锡石，但含量极微，仅0.01%。

1.1.2 试样锂元素赋存状态

采用激光剥蚀原位分析 （Laser Ablation Inductively Coupled PlasmaMass Spectrometer,LAICP-MS）对矿石中16个点的锂云母矿物元素组成进行了分析，并基于LA-ICP-MS分析结果及锂云母矿物含量计算了锂元素在矿物中的配分，LA-ICP-MS分析平均结果见表3，锂元素配分见表4。

表3 锂云母矿物激光剥蚀原位分析阳离子组成结果Table 3 Cationic composition results of LA-ICPMSin situ analysis of lepidolite mineral单位：质量分数，%

表4 锂的元素配分结果Table 4 Elemental partition results of lithium

锂元素的配分计算结果表明，锂云母中Li2O分布占原矿的90.91%，Li元素主要以锂云母形式赋存。但是，锂云母矿物化学成分分析显示，云母中Li元素含量较低，折合Li2O含量仅1.72%左右，而K含量较高，表明云母晶格中Li取代度较低，更多表现为白云母/绢云母性质，限制了精矿品位的提高；此外，部分铷、铯以类质同相形式进入云母晶格，可随云母矿物一并回收。

1.1.3 锂云母的嵌布特征

采用光学显微镜对锂云母嵌布特征进行了分析，结果表明，锂云母呈浅褐色或无色，具有弱的多色性，其嵌布粒度主要分布在0.074～0.500 mm之间。粒度≤0.074 mm含量40%的综合样中，绝大部分铁锂云母以单体形式存在（图1（a）），单体解离度达86.63%，部分铁锂云母与高岭石等矿物毗邻连生（图1（b）），部分铁锂云母颗粒与长石等颗粒毗邻连生（图1（c）），少部分铁锂云母以包裹体形式嵌布于石英颗粒中（图1（d））。

图1 锂云母的嵌布特征Fig.1 Intercalation characteristics of lepidolite

1.2 试剂及设备

试验设备主要为XMQ-240×90型球磨机、XFG、XFD型系列浮选机、恒温干燥箱、真空抽滤机等。浮选试验所用捕收剂中，十二胺与椰油胺聚氧乙烯醚为分析纯，其余捕收剂为工业级，分散剂六偏磷酸钠为分析纯，试验用水为自来水，在室温下进行浮选。单次浮选试验矿石用量为1 kg，每组试验分别采用试样筛筛分进行脱泥作业，浮选质量浓度为29%，六偏磷酸钠作用时间5 min，捕收剂作用时间3 min，粗选作业刮泡时间4 min。

1.3 选矿方案

长期生产实践表明，锂云母与长石、石英可通过浮选方式分离，但矿石中锂云母理论品位较低，为保证精矿品位，选别作业重点在于提高锂云母与脉石浮选分离效果，获得纯度较高的锂云母精矿产品。由于该锂瓷石矿中长石含量较高，在碎磨过程易泥化，影响锂云母的浮选分离，需设置脱泥作业，而脱泥粒度过大易造成锂大量损失。因此，本试验重点在于针对该矿石选择锂云母捕收剂及脱泥粒度的确定。

2 试验结果与讨论

2.1 锂云母浮选条件试验

2.1.1 捕收剂种类条件试验

由于该类矿石易泥化，虽然采用脱泥-浮选工艺有助于降低细泥对浮选指标的影响，但仍存在大量微细矿物颗粒，易随泡沫上浮，影响精矿品质，因此，捕收剂的选择性对提高精矿品位至关重要。锂云母浮选多采用单一胺类捕收剂或混合胺类阳离子捕收剂[14-15]，而相关研究表明，阴阳离子组合捕收剂由于电性中和而产生共吸附，使得固体表面的捕收剂吸附层更加稳定[16-17]，比单一捕收剂具有更优良的疏水效果[18-20]，可获得更佳的选别指标。本研究分别采用脂肪族伯胺捕收剂十二胺，醚胺类捕收剂异构C13醚胺，椰油胺聚氧乙烯醚，以及阴阳离子组合捕收剂FX-01（油酸与伯胺混合捕收剂）、YS-620(油酸与聚氧乙烯醚混合捕收剂)、G-1（石蜡皂与伯胺混合捕收剂）、JYM（植物油、有机硅阳离子捕收剂、醚胺混合捕收剂），试验磨矿细度为≤0.074 mm、粒级含量40%、脱泥粒度为0.038 mm，以六偏磷酸钠为分散剂（用量100 g/t），试验结果见图2。

图2 捕收剂种类条件试验结果Fig.2 Results of collector species

由图2可见，十二胺与椰油胺聚氧乙烯醚捕收能力较强，但二者对微细矿物颗粒较敏感，选择性较差，所得精矿中Li2O含量较低，分别为0.89%和0.92%；异构C13醚胺选择性显著高于前两者，但其捕收能力较差，所得精矿中Li2O回收率较低，仅为55.43%。阴阳离子组合捕收剂中，G-1选择性较差，所得精矿中Li2O含量较低（1.25%），未能发挥阴离子与阳离子捕收剂间的协同作用；捕收剂YS-620获得的精矿中Li2O的品位和回收率分别为1.22%和53.14%，选择性与捕收能力均低于FX-01和JYM；FX-01选择性与JYM相当，但捕收能力低于JYM。总体而言，使用捕收剂JYM获得的精矿中Li2O品位为1.55%、回收率为68.38%，选别指标最佳。

2.1.2 捕收剂用量对锂浮选指标的影响

以阴阳离子组合捕收剂JYM为锂云母捕收剂，考察了其用量对锂云母浮选指标的影响，试验磨矿细度≤0.074 mm、粒级含量40%、脱泥粒度0.038 mm、分散剂六偏磷酸钠用量100 g/t，试验结果见图3。

图3 捕收剂JYM用量条件试验结果Fig.3 Results of collector dosage conditions

由图3可见，随捕收剂用量增加，锂云母精矿Li2O品位总体呈下降趋势，但变化并不显著，而Li2O回收率逐渐上升后保持平稳，其较优捕收剂用量为400 g/t，此时可获得Li2O品位为1.59%、回收率为72.66%的粗精矿。

2.1.3 脱泥粒度的确定

由于该矿石易风化蚀变，在碎磨过程中，长石等极易泥化，所产生的细泥表面积较大且表面能高，因而具有强烈的吸附特性，在锂云母浮选过程中易吸附大量药剂而上浮，并使锂云母表面因缺药而沉槽；同时，细泥无选择性罩盖矿物表面，进一步恶化了浮选分离环境[1,9]。为保证锂云母与脉石分离效果，需将细泥脱除。固定分散剂六偏磷酸钠用量为100 g/t、捕收剂JYM用量为400 g/t，考察了脱泥粒度对锂云母浮选指标的影响，结果见图4。

图4 脱泥粒度条件试验结果Fig.4 Results of desliming size condition

由图4可见，全泥浮选条件下，因细泥强烈的吸附作用，精矿Li2O回收率较低，随着脱泥粒度升高，细泥中Li2O品位与回收率均逐渐升高，但浮选矿浆中微细颗粒含量降低，精矿品位与回收率均呈现升高趋势，当脱泥粒度大于0.031 mm时，精矿品位升高趋势不再明显，而细泥中Li2O的损失量快速增加，致使精矿回收率急剧降低，因此较优脱泥粒度为0.031 mm。

2.1.4 磨矿细度对锂浮选指标的影响

磨矿细度的选择决定了磨矿产品中锂云母片径大小、药剂主要作用表面（001）面占比以及其单体解离效果[13,18]。磨矿细度过低，易使大片径锂云母沉槽，无法上浮；磨矿细度过高，易导致长石等矿物泥化严重，同时产生大量微细粒锂云母，致使细泥中锂损失量升高。固定脱泥粒度为0.031 mm，分散剂六偏磷酸钠用量为100 g/t，捕收剂JYM用量为400 g/t，本研究考察了磨矿细度对锂云母浮选指标的影响，结果见图5。

图5 磨矿细度条件试验结果Fig.5 Results of grinding fineness conditions

由图5所示，随着磨矿细度升高，细泥中Li2O品位均逐渐降低，细泥中的Li2O损失量快速增大，精矿中Li2O品位呈下降趋势，这与入选物料整体粒度组成降低有关，精矿Li2O回收率呈先上升后下降趋势，原因为磨矿细度降低时，存在大量大片径云母矿物颗粒，其粒度大、重量大，难以粘附泡沫而沉槽，提高磨矿细度后，此现象显著改善，但过高的磨矿细度致使锂随细泥损失量升高，精矿Li2O回收率降低，因此最佳磨矿细度为≤0.074 mm粒级含量40%。

2.2 锂云母浮选闭路流程试验

在上述优化实验所得的实验条件下，开展了闭路试验流程，以确定其完整选矿流程及可获得的选矿指标，闭路试验流程见图6，试验结果见表5。

表5 锂云母浮选闭路流程试验结果Table 5 Results of closed-circuit flotation process test of lepidolite

图6 锂云母浮选闭路试验流程Fig.6 Process of lepidolite flotation closed-circuit test

由表5可知，针对江西宜丰圳口里低品位锂瓷石矿，在阴阳离子组合捕收剂JYM体系下，采用脱泥-浮选工艺，经过“一粗两精两扫”的选矿工艺流程，获得了Li2O品位1.75%、Li2O回收率80.70%的锂云母精矿，精矿品位与LA-ICP-MS分析所得的理论品位相近，表明锂云母精矿纯度较高，并且Li2O回收率较高，获得了良好的选别指标，本研究开发的工艺流程可较好地实现低品位锂瓷石矿资源的开发利用。

3 结 论

1）江西宜丰圳口里锂瓷石矿主要由锂云母、长石、石英组成，伴生少量钽、铌、锡、铷、铯等稀有金属。该矿石品位较低，云母矿物中钾含量较高，而锂取代度较低，主要表现为白云母/绢云母性质，云母中Li2O理论品位仅为1.72%左右，限制了精矿品位的提高。

2）针对该矿石性质，阴阳离子组合捕收剂JYM对其具有良好适应性，其选择性与捕收能力均较强，在该捕收剂体系下，采用脱泥-浮选工艺，控制磨矿细度≤0.074 mm粒级含量40%、脱泥粒度0.031 mm，以“一粗两精两扫”的工艺流程，可在原矿含0.31%Li2O的条件下获得Li2O品位1.75%、Li2O回收率80.70%的锂云母精矿，精矿纯度较高，选别指标良好。