湖南某锂云母与长石综合选矿试验研究*

彭少伟 王兆连 张洪秀 刘风亮 王 前 卢 昊魏守江 窦海涛 王宝春 白子娇 金宝静

(1 山东华特磁电科技股份有限公司 山东 潍坊 262600)

(2 山东省磁力应用技术装备重点实验 山东 潍坊 262600)

我国是重要的锂资源大国,已探明的锂矿资源工业储量位于全球第二位,主要分布于四川、江西、新疆、青海、西藏、湖南、湖北、河南及福建等[1]。具有工业利用价值的含锂矿物主要为锂辉石、锂云母及盐湖卤水等,其中锂云母是最常见的含锂矿物,一般产于花岗伟晶岩中,常伴有长石、石英、黑云母、钽铌矿、锡石、氧化铁等矿物。锂云母作为提取金属锂、碳酸锂和锂化学制品的主要原料,广泛地应用于锂电池、冶金、玻璃、陶瓷、医药、化工等领域[2]。近年来,随着绿色环保的新能源快速发展,对锂电池原材料的需求量随之大幅度地增加。目前,国内锂云母加工企业主要采用“磨矿—脱泥—浮选”工艺进行选矿回收,在浮选前需以水力旋流器预先脱除影响浮选指标的细泥,部分细片状锂云母同时损失于溢流的细泥中,降低锂金属量的回收率;同时浮选药剂对水、土壤、空气等环境形成一定的影响[3]。随着立环、电磁浆料、超导等强磁选设备工艺与技术的发展及绿色环保政策的落实,越来越多的生产企业开始选择“磁选+浮选”工艺进行锂云母及长石的综合回收。

湖南某锂云母选矿厂采用“脱泥—浮选”的常规工艺,脱除的细泥中锂损失率约17%,一粗二扫三精选的浮选回收率约70%,长石精矿产率约50%。笔者主要通过常规磁选、分级磁选、浮选提纯等工艺与常规“脱泥—浮选”的对比研究,在提高锂回收率的同时,产出两种粒度高品质长石精矿产品,大幅度降低了尾矿排放量,使锂云母与长石及细泥得到综合回收和利用。

1 原矿性质

矿样取自湖南临武锂云母生产现场,原矿化学多元素分析结果(见表1),其主要矿物组成及含量(见表2)。由表1 可知,样品中的有益元素为Li2O、SiO2、Al2O3、K2O、Na2O 等,有 害 元 素 为Fe2O3、CaO、Mg O、S、P、CaF2等。由表2可知,样品中有价矿物为锂云母、铁锂云母、锂辉石、石英、钾长石、钠长石等。此外,还分布有少量的白云母、萤石、黑云母、褐铁矿、铁白云石、角闪石、磁铁矿、黄铁矿、锡石等。锂云母、铁锂云母、白云母、黑云母等矿物均呈鳞片状构造,与石英、长石等矿物之间单体解离程度高,主要赋存于+0.038 mm 粗粒中。主要杂质矿物:褐铁矿、黑云母、磁铁矿、铁白云石、角闪石、磷灰石、硫铁矿、萤石等含量较低。

表1 原矿多元素分析结果(质量%)

表2 原矿主要矿物组成及含量(质量%)

2 试验研究

2.1 试验方案

锂云母的可浮性与云母相近,浮选工艺不仅在酸性介质中采用阳离子捕收剂浮选;而且在碱性介质中采用阴离子捕收剂进行浮选。两种工艺均需预先脱泥,以降低细泥质对浮选过程的影响,且需多次精选[4]。锂云母呈片状构造常含有少量的铁、锰、钛,尤其是铁锂云母,分子式中含有一定量的铁,故具有弱磁性,可采用高梯度磁选机进行强磁选回收。目前常用的强磁选设备主要为立环高梯度磁选机、电磁浆料高梯度磁选机及超导磁选机等[5]。

磁选工艺主要选择处理量大、能耗低的立环和电磁浆料高梯度磁选机进行磨矿细度、场强、粗选、扫选、精选、分级磁选等条件对比,采用不同的磁选工艺对锂云母及长石进行综合回收。

2.2 磨矿细度试验

将锂云母矿石分别破碎、磨矿至-200 目52%、64%、76%三种细度、矿浆浓度为30%、选择立环高梯度磁选机的磁场强度为1.2 T、15 Hz脉动等条件进行一次粗选对比试验,以确定合适的磨矿细度条件。对比试验选矿指标(见表3)。磨矿细度对比指标显示,锂精矿品位随着细度的增加而降低,回收率随着细度的增加而提高,尾矿锂含量相对降低。说明在粗磨矿条件下,矿物间解离度不足,在细磨矿条件下,矿物产生泥化现象;综合各选矿指标,以-200目64%的磨矿细度条件较为适宜。尾矿中Li2O 含量为0.20%,提高磁选时的磁场强度,以提高选矿回收率指标。

表3 磨矿细度对比试验结果

2.3 磁选强度试验

磨矿细度-200目64%、30%矿浆浓度等条件,选择立环高梯度磁选机分别做1.2 T、1.4 T、1.6 T 等不同磁场强度条件一次粗选对比试验,场强对比选矿指标(见表4)。

表4 磁场强度对比试验结果

通过提高磁场强度对比试验指标显示,精矿品位随着场强的提高而逐步降低,回收率则逐步提高,其中1.4 T 场强时的选矿效果较优,可获得产率为25.93%、Li2O 品位为1.08%、回收率为68.29%的粗精矿产品。

3种条件所得尾矿中,Li2O 含量最低为0.18%,需考虑增加扫选流程并提高磁场强度以提高回收率;立环强磁选出的粗扫精合并精选,以提高精矿品位。

2.4 常规磁选试验

采用30%矿浆浓度、-200目64%细度,立环高梯度磁选机经1.4 T 一次粗选、1.6 T 一次扫选,混合粗精矿再经1.4 T 一次精选的试验流程进行锂云母与长石的常规磁选综合回收,选矿工艺流程(见图1),选矿试验指标(见表5)。

图1 常规强磁选锂试验流程

表5 强磁粗扫精选试验结果

采用立环高梯度磁选机一粗一扫一精选的开路试验流程,可分别得到产率为16.58%,Li2O 为品位1.63%、Li2O 回收率为64.29%的锂精矿产品,及产率为69.06%、Fe2O3为0.69%、白度为42.68%的长石精矿产品。从常规强磁选工艺指标分析,精矿中Li2O 回收率不高,中矿所含的Li2O 可以返回粗选再次回收,锂的回收率还有待提高。但所获得的长石精矿中Li2O 含量仍较多为0.14%、Fe2O3含量同样较高为0.69%,在1 200℃所测白度仅为40.68%,说明一部分锂云母及其他含铁矿物没有得到有效选别。

2.5 粒度筛析试验

对磨矿细度-200目64% 经立环一粗一扫选所获得的长石精矿产品进行粒度筛析,其结果(见表6)。长石精矿粒级筛析结果显示,+0.074 mm 粗粒级和0.074～0.038中粒级中Li2O 含量低于给矿品位,说明立环高梯度磁选机对粗、中粒级锂云母有较好选别效果。而-0.038 mm 细粒级中Li2O 含量为0.23%,远高于给矿品位,分布率为59.71%,说明常规磁选对这部分细粒级锂云母难以回收,选择电磁浆料高梯度磁选机强化对细粒中锂云母及其他含铁矿物综合选别。

表6 粒度筛析结果

2.6 分级磁选试验

-200目64%细度原矿经立环高梯度磁选机一次粗选,尾矿以水力旋流器分级,其中+0.038 mm 中粒级产品经立环高梯度一次扫选,立环粗扫精合并后再经立环一次精选;-0.038 mm 细泥经电磁浆料磁选机一次粗选+一次精选,分别获得中、细粒两份锂云母精矿产品及中、细粒两份长石精矿产品。试验流程见图2,选矿指标(见表7)。

图2 分级磁选试验工艺流程

表7 分级磁选试验结果

原矿经立环将易选的锂云母选出,磁尾分级粗粒和细粒两种细度,分别选择适于粗粒级矿物选别的立环磁选机和适用于细粒级矿物选别的电磁浆料磁选机进行分级磁选,能取得较好的选矿指标,锂的总回收率达到87.79%,较常规磁选回收率78.57%提高至9.22%;粗细粒两种长石精矿中的Li2O 含量分别降为0.04%、0.09%,白度分别达到61.53%、42.70%,高于常规磁选的长石质量;中矿Li2O 含量为0.68%,可返回粗选作业进行回收。

2.7 磁+浮与脱泥浮选对比试验

原矿分级强磁选出的粗细粒混合锂粗精矿采用碱性介质、阴离子HT 作捕收剂、一粗一扫一精选的流程。分级磁选+浮选闭路试验流程见图3,与常规脱泥一粗一扫一精选的浮选试验对比结果(见表8)。

图3 分级磁选+浮选提精闭路试验流程

表8 磁+浮与脱泥浮选对比试验结果

常规“脱泥—浮选”工艺中,细泥质中的Li2O 损失率占17.07%,锂精矿品位达到2.65%、回收率为70.73%,所得长石精矿产率为49.61%、白度为62.05%;采用分级磁选+浮选工艺,锂精矿品位达到2.57%、回收率为82.93%。较常规“脱泥—浮选”工艺相比,分级磁选+浮选工艺所获得锂精矿品位相近,回收率提高了12.20%;分级磁选工艺可强化锂云母及弱磁性氧化矿物的回收,分别获得白度为60.68%、41.82%的粗细粒两种长石精矿产品,长石精矿总产率较常规“脱泥—浮选”工艺提高了25.06%,同时降低27.81%的尾矿排放量。

综上所述:①花岗伟晶岩型锂云母矿中主要有价矿物为锂云母、铁锂云母、长石、石英等,主要杂质矿物为氧化铁、硅酸铁等。采用常规浮选工艺时需提前脱除影响浮选过程的细泥质,部分呈细片、微细片状锂云母与细泥随着上升水流经溢流排出,造成锂金属量的损失;浮选时需添加大量的调整剂、抑制剂、捕收剂,增加生产成本,加大环保压力。②采用强磁选工艺及设备可有效地回收锂云母,尤其是选择立环和电磁浆料高梯度磁选机等强磁选设备,进行粗细粒分级分选,可大幅度地提高锂云母的回收率及长石的品质;分级强磁选+浮选组合工艺,可获得产率为13.25%、Li2O 品位为2.57%、Li2O 回收率为82.93%的锂精矿产品;粗细粒分级磁选工艺强化弱磁性杂质矿物的选别,可获得产率为44.51%、Fe2O3为0.15%、白度为60.68%的粗粒长石精矿及产率为30.16%、Fe2O3为0.53%、白度为41.82%的细粒长石精粉等两种产品,使有价矿物得到充分地综合回收利用,可节省浮选药剂成本,减少尾矿排放量,为矿山企业创造更高的生产效益。