何培勇，张凌燕,2，邓成才

(1.武汉理工大学资源与环境工程学院,武汉 430070;2.矿物资源加工与环境湖北省重点实验室，武汉 430070)



非洲某大鳞片石墨矿选择性磨浮试验研究

何培勇1，张凌燕1,2，邓成才1

(1.武汉理工大学资源与环境工程学院,武汉 430070;2.矿物资源加工与环境湖北省重点实验室，武汉 430070)

对坦桑尼亚某大鳞片石墨矿进行选择性磨浮试验研究，在确定最佳粗选条件和粗精矿再磨细度的基础上，对比传统选矿工艺流程和优化工艺流程，采用新的优化工艺流程达到了保护石墨大鳞片又提高石墨精矿品位和回收率的目的，最终获得固定碳含量为96.28%，回收率为90.69%的石墨精矿，相比传统工艺流程分别提高了9.63%和3.4%。

石墨； 鳞片保护； 品位； 回收率

1 引 言

鳞片石墨为天然显晶质石墨，结晶完整，片薄且韧性好，具有优良的热传导性、导电性、抗热震性、耐腐蚀性等性能，广泛用于冶金工业的高级耐火材料与涂料及军事工业的火工材料，是当今高新技术发展必不可少的非金属材料之一。近20年，全球大鳞片优质石墨矿储量已减少到不足500万吨[1,2]。我国的大鳞片石墨储量低，现代的工业技术也无法合成，且一旦被破坏就无法恢复。鳞片石墨选矿过程中不仅要提高精矿固定碳含量和回收率，还要考虑石墨鳞片的保护问题[3]。因为石墨鳞片的大小直接影响石墨的性能，鳞片越大，纯度越高，价值就越大，应用范围更加广泛[4]。传统的多段再磨再选工艺使得已经单体解离的大鳞片遭到严重破坏，不能有效地保护石墨鳞片[5]。因此，探索石墨浮选中如何保护石墨大鳞片不被破坏，合理选择再磨工艺，提高大鳞片产率及精矿质量，是大鳞片石墨矿选矿发展的主流趋势[6]。

2 试 验

2.1 原矿性质

2.1.1 原矿化学成分分析

矿样来自坦桑尼亚地区，对其进行XRF分析，测得其主要化学成分见表1。

表1 原矿化学成分分析结果Tab.1 Chemical composition of the raw ore

由表1可知，原矿固定碳含量为14.57%，主要杂质为SiO2、Al2O3、Fe2O3、SO3，含量分别为61.581%、8.799%、3.121%、2.912%，同时含有少量的Na2O、CaO、TiO2、P2O5等。

2.1.2 原矿XRD物相分析

对原矿进行XRD物相分析，结果见图1。

由图1可知，该矿石中主要的矿物为石墨、长石、石英、云母和高岭石。除石墨外，其它脉石矿物都需要通过选矿去除。

图1 原矿XRD分析图谱(G-Graphite;Q-Quartz; K-Kaolinite;F-Feldspar;M-Mica)Fig.1 XRD pattern of the raw ore

图2 石墨显微镜下照片(a)G-石墨;Py-黄铁矿 ×100(反光);(b)G-石墨;Q-石英，Bi-黑云母×100(-)Fig.2 Microscope images of graphite

2.1.3 原矿显微镜下特征

在光学显微镜下对石墨原矿进行分析，镜下图片见图2。

观察发现矿石多为鳞片变晶结构，片状构造，主要组成矿物是石墨、石英、黑云母、长石(主要是钠长石和钾长石)、石榴石、矽线石、刚玉、黄铁矿(磁黄铁矿)等，还有少量的磁铁矿、褐铁矿、金红石、绢云母、绿泥石、高岭石、透辉石等。石墨多为大鳞片，片径较大，片径最大约2.8 mm，最小约0.002 mm，多数在0.15～0.6 mm之间。其中，大部分大鳞片石墨定向分布，与少量黄铁矿共生，部分大鳞片石墨与黑云母、石英“平行连生”，小部分细鳞片石墨呈包裹体分布，多分布在长石、石英、或石榴石、矽线石颗粒内，片径小于0.074 mm。

2.1.4 原矿酸浸-浮选试验

通过对原矿进行酸浸后再进行浮选以粗略测定该矿石中各粒级石墨鳞片的分布。试验中，硝酸和氢氟酸按体积4∶1进行配比，在80 ℃水浴搅拌下反应6 h。对浮选精矿进行筛分分析，测得浮选精矿中各粒级石墨鳞片分布见表2。

表2 酸浸-浮选试验结果Tab.2 Acid leaching-flotation test results

由表2可知，原矿经酸浸-浮选，粗精矿中+0.18 mm粒级占78.98%，+0.15 mm粒级占86.62%，固定碳含量在40%左右，说明原矿中大鳞片石墨含量虽高，但要提高其固定碳含量，需采用磨矿使其中的脉石矿物与石墨分离。因此，在选矿中必须考虑在提高石墨精矿固定含量的同时，保护石墨大鳞片。

2.2 粗选试验

粗磨设备为三辊四筒棒磨机(磨筒容积2 L)，磨矿浓度为50%。粗选试验包括磨矿细度试验、pH调整剂(石灰)用量试验、捕收剂(煤油)用量试验以及起泡剂(2#油)用量试验。试验结果见图3～6。通过一系列的条件试验，确定最优粗选条件：磨矿细度为-0.180 mm粒级含量45.92%，调整剂生石灰用量为2400 g/t，捕收剂煤油用量为435.20 g/t，起泡剂2#油用量为313.60 g/t，矿浆pH=9～10，浮选时间160 s。最终，粗选精矿固定碳含量可达48.92%，回收率达到95.29%。

图3 磨矿细度试验结果Fig.3 Grinding fineness test results

图4 生石灰用量试验结果Fig.4 Lime dosage test results

图5 煤油用量试验结果Fig.5 Kerosene dosage test results

图6 2#油用量试验结果Fig.6 Terpenic oil dosage test results

2.3 开路试验

在进行开路试验之前，需确定最佳的再磨Ⅰ的磨矿细度，即在最优粗选条件下所得粗精矿进行再磨细度试验。再磨设备为XMQ-70三辊四筒球磨机，磨矿介质为2～6 mm小钢球，介质填充率为45%。试验结果表明，再磨Ⅰ的时间为2 min，+0.180 mm粒级含量59.50%时，对石墨鳞片的破坏较小，精矿指标最佳，固定碳含量55.36%，回收率94.74%。

在最佳的粗选条件及再磨Ⅰ磨矿细度基础上进行开路试验，考察传统大鳞片石墨选矿工艺流程中再磨时间、再磨再选段数等对石墨精矿指标的影响及对大鳞片的保护效果。传统大鳞片石墨矿选矿工艺流程如图7所示，试验结果见表3。

表3 传统大鳞片石墨矿选矿工艺流程试验结果Tab.3 Traditional flakey graphite beneficiation process test results

由表3可知，粗精矿进行五次再磨，六次精选后的最终精矿固定碳含量为86.65%，回收率87.29%。虽然最终精矿中+0.18 mm粒级产率为52.49%，但固定碳含量和回收率均不是很理想，说明精矿中还有部分石墨未充分单体解离，致使精矿指标不理想。因此，必须增加磨矿段数及各段磨矿时间，使石墨与脉石矿物充分单体解离，同时为保护石墨大鳞片，采用0.85 mm、0.30 mm标准筛湿筛，对这部分粒级进行单独再磨再选，及时回收高质量的石墨大鳞片。优化工艺流程如图8所示，试验结果见表4。

图7 传统大鳞片石墨矿选矿工艺流程Fig.7 Traditional flakey graphite beneficiation process flow

图8 优化工艺流程图Fig.8 Optimization process flow

ProductConcentrateMiddling1Middling2Middling3Middling4Middling5Middling6Yield/%12.459.0152.731.360.420.17FC/%96.281.841.811.32.4812.8222.66Recovery/%90.691.250.690.270.260.410.29ProductMiddling7Middling8Middling9Middling10Middling11TailingOreYield/%0.130.380.260.140.0267.93100FC/%30.619.1818.8429.7981.140.8713.21Recovery/%0.30.540.380.310.154.47100

由表4可知，最终精矿(精矿3)固定碳含量为96.28%，回收率为90.69%，其中+0.18 mm累积产率为44.43%。相比传统选矿工艺流程，优化工艺流程最终精矿中+0.18 mm粒级有所降低，主要是因为由传统选矿流程得到的大鳞片石墨精矿中仍有部分杂质，必须适当增加磨矿使其进一步解离，以保证最终精矿质量。图8流程的试验结果表明，优化工艺流程最终精矿固定碳含量和总回收率都达到了理想的选矿指标，同时在开路流程条件下，分别在不同阶段分离出各级别高质量大鳞片石墨，有效保护了石墨晶体的完整性，避免了大鳞片石墨被过磨，实现了针对石墨晶体保护的选择性磨矿与浮选。

3 产品分析

3.1 精矿产品分析

图9 精矿扫描电镜图片Fig.9 SEM images of the concentrate

对优化工艺流程试验下的精矿进行SEM分析和XRF分析。SEM分析照片见图9。SEM分析结果显示，石墨颗粒大小不均，绝大多数分布于-0.85+0.15 mm粒级，晶体表面干净，附着物较少。由XRF分析结果可知，精矿主要成分固定碳含量为96.28%，杂质主要为Al2O3、SiO2、Fe2O3。

对优化工艺流程试验条件下的精矿进行筛分分析，并测定各粒级产品的分布率和固定碳含量，结果见表5。由表5可知，石墨精矿各粒级固定碳含量均比较高，主要富集在-0.30+0.18 mm、-0.15+0.074 mm和-0.074 mm粒级，含量分别为23.23%、25.15%和20.19%。

表5 精矿产品筛析结果Tab.5 The analysis result of the concentrate

3.2 尾矿筛分分析

对优化工艺流程试验下的石墨尾矿进行筛分分析，分析结果见表6。结果显示，尾矿中+0.15 mm粒级累积分布率为66.45%，尾矿粒度总体较粗。

表6 尾矿筛分分析结果Tab.6 The analysis result of the tailing

4 结 论

(1)该矿石多为鳞片变晶结构，片状构造。该石墨矿石墨大的片径大，片径最大约2.8 mm，最小约0.002 mm，多数在0.15～0.6 mm之间。其中，大部分大鳞片石墨定向分布，与少量黄铁矿共生，部分大鳞片石墨与黑云母、石英“平行连生”，小部分细鳞片石墨呈包裹体分布。石墨的嵌布粒度粗，分布不均匀，属典型的大鳞片石墨矿;

(2)原矿固定碳含量14.57%，采用优化工艺流程得到的最终精矿固定碳含量96.28%，回收率90.69%，其中+0.18 mm粒级累积产率为44.43%，+0.15 mm粒级累积产率为53.94%，大部分高质量达鳞片石墨已被回收，实现了大鳞片石墨矿石选择性磨矿与浮选;

(3)相比传统工艺流程，优化工艺流程最终精矿固定碳含量提高了9.63百分点，回收率提高了3.4百分点。

[1] 尹丽文.世界石墨资源开发利用现状[J].国土资源情报，2011,(6)：29-33.

[2] Inagaki M,Toyoda M,Kang F Y,et al.Pore structure of exfoliated graphite-A report on a joint research project under the scientific cooperation program between NSFC and JSPS[J].NewCarbonMaterials,2003,18(4)：241-249.

[3] 李向益.含隐晶质细鳞片石墨选矿试验研究[D]．湖北：武汉理工大学学位论文，2013：11-12.

[4] 岳成林.鳞片石墨快速浮选试验研究[J]．非金属矿，2007，30(5)：40-41.

[5] 屈 鑫,张凌燕,李希庆.保护石墨大鳞片的分级磨浮新工艺研究[J].非金属矿，2015，38(2)：53-54.

[6] 高惠民.石墨选矿及深加工技术现状与趋势[C].2013.

Selective Grinding and Floating Test on Flakey Graphite in Africa

HEPei-yong1,ZHANGLing-yan1,2,DENGCheng-cai1

(1.School of Resourcesand Environmental Engineering，Wuhan University of Technology,Wuhan 430070，China；2.Hubei Key Laboratory of Mineral Resources Processing and Environment，Wuhan 430070，China)

With the experimental research on selective grinding and floating offlakey graphitein Tanzania, compared to conventional beneficiation process and optimization process on the basis of the best roughing conditions and regrinding fineness of rough concentrate, the large scale of graphite was protected while improving the grade and recovery rate of graphite concentrate in the experimental conditions of optimization process. Finally, the fixed carbon content of the concentrate is 96.28%, and the recovery rate of concentrate is 90.69% and increased by 9.63% and 3.4%respectivelycompared with conventional beneficiation process.

graphite；scale protection；grade；recovery rate

何培勇(1991-)，男，硕士研究生.主要从事非金属矿选别研究.

张凌燕，教授，硕导.

TD98

A

1001-1625(2016)09-2826-06