非洲某锂辉石矿分选工艺

余利红 ，高玉德 ，张国范 ，孟庆波 ，吴迪 ，李双棵

（1.中南大学资源加工与生物工程学院，湖南 长沙 410000；2.广东省科学院资源利用与稀土开发研究所，稀有金属分离与综合利用国家重点实验室，广东 广州 510000）

锂在20世纪初期开始商业化生产之后，被广泛应用于电池、陶瓷、玻璃、润滑剂、制冷液、核工业和光电等行业领域，是国防科技及民用工业发展的战略性资源[1-3]。目前，伟晶岩型锂矿和盐湖卤水型锂矿是锂资源主要的来源，卤水中锂资源储量丰富但开发利用相对困难，因此从赋存于伟晶岩型锂矿中的锂辉石等矿物中提取锂仍然是获取锂原料的重要途径[4-5]。然而，由于近年来对锂辉石矿的大量开发，高品位易分选锂辉石矿已经越来越少，目前可开发利用的锂辉石矿大多品位低，含泥量高，赋存状态复杂。因此，对低品位难选锂辉石分选技术的研究对国民经济的发展尤为重要[6-8]。

非洲某伟晶岩型锂辉石矿储量丰富，开采容易，具有较高的开发利用价值。但是原矿Li2O品位仅有0.87%，属于低品位锂辉石矿，同时原矿中含有绿泥石等泥质矿物，矿物分选难度大。为了能够更好地实现该锂矿资源的综合利用，本文采用组合捕收剂在不脱泥的情况下对其展开了选矿实验研究。

1 矿石性质

对原矿进行多元素分析，结果见表1。结果显示，该矿样具有回收价值的金属元素主要为锂，含量为0.87%，其次是锡和铌，但是含量均很低未达到综合回收标准，因此该矿石属于低品位含锂矿石。

表1 原矿多元素分析结果/%Table 1 Multi-elements analysis results of the ore sample

采用MLA矿物自动定量检测系统对原矿的矿物组成及含量进行测定，结果见表2。原矿中锂矿物以锂辉石为主，同时含有少量锂云母及微量的磷锂锰矿，锂辉石中的锂约占原矿中锂含量的86.09%。脉石矿物以石英和钠长石为主，其次为钾长石和白云母。锂辉石是分选工艺回收的主要矿物，理论含Li2O量8.03%左右，混有少量的钠和铁。通过扫描电镜观察可以发现锂辉石颗粒较粗，呈板状或不规则状，与白云母、钾长石、石英等脉石矿物连生，见图1。

图1 锂辉石工艺矿物学特征Fig.1 Process characteristics of spodumene

表2 原矿中主要矿物及含量%Table 2 Mineral composition and contents in the ore sample

2 结果与讨论

2.1 实验方法

目前对于锂辉石与脉石矿物的分选以正浮选为主，药剂制度经过不断发展也形成了“三碱两皂”的经典组合[9]。根据本矿样的矿石性质，确定实验选用碱法不脱泥正浮选工艺，并通过磁选法对浮选获得的锂粗精矿进行提纯。使用Na2CO3、NaOH和CaCl2作为调整剂，YA-1为主要捕收剂，YA-2、油酸皂和环烷酸皂作为辅助捕收剂，对该锂矿浮选药剂制度进行实验研究。实验条件探索流程见图2。

图2 浮选实验条件探索流程Fig.2 Flowsheet of flotation experiment

2.2 实验结果及分析

2.2.1 磨矿细度实验

合适的磨矿细度能促进目的矿物与脉石的解离，增大颗粒晶面的暴露程度和反应活性，是浮选分离的必要条件，但是磨矿细度过细时又会产生大量矿泥，阻碍浮选分离的进行[10]。因此，确定合适的磨矿细度具有重要的意义。根据工艺矿物学研究结果，本矿石中有部分锂辉石与石英、长石和云母等脉石矿物连生，同时还有少量脉石矿物包含于锂辉石中，因此需要通过磨矿来使其分离以保证浮选粗精矿的品位和回收率。在粗选Na2CO3用量500 g/t、NaOH用量100 g/t、CaCl2用量100 g/t、主捕收剂YA-1和辅助捕收剂YA-2用量分别为1600 g/t和800 g/t，扫选YA-1用量800 g/t、YA-2用量400 g/t条件下，对不同磨矿细度的原矿进行浮选实验，对浮选精矿进行分析，研究磨矿细度对锂辉石浮选的影响。

从图3可以发现，当磨矿粒度较粗时，锂辉石粗精矿的品位较高，但是由于粗粒矿物上浮困难，粗精矿产率较低，Li2O回收率只有36.56%。随着-0.074 mm粒级含量的增大，Li2O品位先快速降低然后在-0.074 mm粒级含量占比达到65%左右时又迅速地升高。Li2O回收率随着磨矿细度的变细逐渐升高，并在-0.074 mm粒级含量75%～80%时达到极大值。当磨矿细度继续增大到80%以上时，锂粗精矿泡沫矿化较差，泡沫上浮量大，矿泥夹带严重，不利于精选。故综合考虑，-0.074 mm粒级占比75%时分选效果较佳。

图3 磨矿细度对锂辉石浮选的影响Fig.3 Effect of grinding fineness on spodumene flotation

2.2.2 NaOH用量实验

锂辉石在弱碱性环境中具有较好的可浮性，添加氢氧化钠能调节矿浆pH值，改善锂辉石的浮选，同时有研究表明氢氧化钠对锂辉石表面具有选择性溶蚀作用，能让锂辉石表面暴露出更多的金属离子活性质点强化与捕收剂的作用[11]。在磨矿细度-0.074 mm 75%条件下，调节NaOH用量研究其对锂辉石浮选的影响。从图4可以看出，随着氢氧化钠用量的增加，精矿Li2O品位不断提高。在氢氧化钠用量为0～40 g/t时，锂浮选尾矿损失较少，但是浮选过程中泡沫矿化较差，矿泥夹带严重，粗精矿Li2O品位较低不利于精选。粗精矿Li2O品位随着NaOH用量的增加在逐渐增大，但是回收率逐渐降低。当NaOH用量为100 g/t时，锂粗精矿Li2O 品位为3.54%，回收率为65.65%，继续增大氢氧化钠用量，锂粗精矿产率降低至10%以下，扫选精矿产率大于锂粗精矿产率，锂辉石上浮滞后。综合考虑，NaOH的用量100 g/t为宜。

图4 NaOH用量对锂辉石浮选的影响Fig.4 Effect of NaOH dosage on the flotation of spodumene

2.2.3 辅助捕收剂实验

在磨矿细度-0.074 mm 75%，Na2CO3用量500 g/t，NaOH用量100 g/t，CaCl2用量100 g/t的条件下，采用锂辉石常用捕收剂YA-1作为主捕收剂，分别选择环烷酸皂、油酸皂、脂肪皂类YA-2作为辅助捕收剂，进行辅助捕收剂种类探索实验。从图5可以看出，环烷酸皂与YA-1混合使用，选择性捕收能力较差；油酸皂和YA-2分别与YA-1混合使用，对本矿样锂辉石的浮选选择性捕收能力较强。在相同的药剂用量下，相较于油酸皂，YA-1与YA-2混合使用对本矿样中锂辉石捕收能力更强。故针对本矿样选择YA-2作为辅助捕收剂。

图5 辅助捕收剂对锂辉石浮选的影响Fig.5 Effect of auxiliary collectors on the flotation of spodumene

选择YA-1作为主捕收剂，YA-2作为辅助捕收剂，在捕收剂总用量为2400 g/t的条件下，调整主捕收剂与辅助捕收剂的配比研究辅助捕收剂YA-2的用量对锂辉石浮选的影响，见图6。由图6可以发现，随着辅助捕收剂YA-2用量的增大，锂精矿的品位降低，回收率则先增大然后又降低，当捕收剂配比达到1∶1时达到了极大值。当辅助捕收剂用量为800 g/t时，锂精矿品位降低不大，而回收率已经接近极大值，继续增大用量会使得精矿Li2O品位严重降低，不仅使得产品质量降低而且使得生产成本增加，因此确定辅助捕收剂用量为800 g/t。

图6 捕收剂配比对锂辉石浮选的影响Fig.6 Effect of collector ratio on flotation of spodumene

2.3 浮选闭路实验

根据条件实验确定的药剂制度及工艺流程，使用1∶1的YA-1和YA-2作为捕收剂进行一粗二扫三精的浮选闭路实验，闭路实验流程见图7，闭路实验结果见表3。最终实验获得Li2O品位6.03%，回收率70.14%的锂辉石精矿。

图7 浮选闭路实验流程Fig.7 Flowsheet of closed-circuit test

表3 浮选闭路实验结果Table 3 Results of closed-circuit test

2.4 磁选实验

对浮选闭路锂精矿进行杂质元素分析，结果见表4。经分析结果与锂辉石精矿质量标准《锂辉石精矿》YS/T-261-2011品级要求对比，发现Li2O含量6.03%达到化工—1级要求，但是Fe2O3含量超标，达到了4.80%。

表4 锂粗精矿主要元素分析/%Table 4 Main elements of lithium concentrate

采用高梯度磁选对该锂辉石精矿进行除铁实验，结果见表5。从表5可知，经0.2 T磁选，锂辉石精矿Li2O品位为6.42%，Fe2O3含量为2.14%，属化工级-1产品，锂作业回收率为79.41%；经0.6 T磁选，锂辉石精矿Li2O品位为6.74%， Fe2O3含量为0.60%，属陶瓷级产品，锂作业回收率为65.24%。对磁场强度为0.2 T时的磁选精矿在显微镜下观察，见图8。可以看出，部分细粒锂辉石与铁磁性矿物团聚在一起，夹杂进入磁性产品中，造成锂粗精矿磁选作业回收率偏低，通过在磁选前加入H2SO4充分搅拌使锂辉石与铁磁性矿物分离可以有效提高回收率。

图8 0.2 T磁场下磁选精矿Fig.8 Magnetic separation concentrate under 0.2 T magnetic field

表5 锂精矿磁选实验结果Table 5 Results of lithium concentrate magnetic separation experiment

3 结 论

（1）工艺矿物学研究结果表明，该样品中锂矿物含量较多且种类繁多，以锂辉石为主，还含有少量锂云母和磷锂锰矿等。矿样中锂辉石平均含Li2O 7.97%，呈板状或不规则状，与白云母、钾长石、石英等脉石矿物连生。脉石矿物以石英、钠长石为主，其次为钾长石和白云母。

（2）通过选择性调浆-锂辉石浮选工艺流程，实现了锂的高效回收。对含Li2O 0.87%的矿样，使用碳酸钠作为脉石抑制剂、氯化钙作为锂浮选活化剂、YA-1/YA-2作为捕收剂，经过一粗二扫三精浮选流程，得到Li2O 品位6.03%、回收率70.14%的锂辉石浮选精矿。

（3）采用高梯度磁选对浮选得到的锂粗精矿进行除杂，当磁场强度为0.2 T时，得到的锂辉石精矿Li2O品位为6.42%，Fe2O3含量为1.46%，符合化工级-1产品要求；当磁场强度为0.6 T时，得到的锂辉石精矿Li2O品位为6.74%，Fe2O3含量为0.60%，符合陶瓷级产品要求。