石墨矿工艺矿物学及选矿试验浅析

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摘要：利用X射线、显微镜等方法系统分析某石墨矿的工艺矿物学特征。统计发现，晶质鳞片石墨是本石墨矿的主要矿物，方解石、石英、黑云母等是脉石矿物的主要类型。基于工艺矿物学研究分析结果，对本石墨矿进行单次粗磨、粗选，执行5次粗精矿配合6次精选的工艺流程，得到石墨精矿固定碳含量在95.0%以上，回收率高于90%。

关键词：石墨；工艺矿物学；选矿；回收率

有资料记载[1]，截至2017年，我国已探明石墨可开采储量是5500万t，在国内25个省份、91个矿区中广泛分布。石墨作为一种十分重要的非金属矿物材料，其在耐高温性、耐腐蚀性、导电性及润滑性等诸多方面均占据优势，目前被用于冶金、化工及耐火材料制造等诸多领域中。当下，国内很多和石墨相关的工艺矿物学研究发现，长石、云母类等是和石墨共生的主要脉石矿物类型，但是关于碳酸盐含量较高的石墨矿工艺矿物学、选矿试验研究的文献报道偏少。

1试验原料与方法

选用陕西省某石墨矿区不同采矿点组成的混合样。测量仪器有X射线荧光光谱仪和衍射仪；偏光及电子显微镜；选矿设备有浮选机和锥形球磨机。参照国标GB/T3521—2008分析检测石墨内固定碳含量[2]，鉴于原矿内方解石的含量偏高，碳酸盐对挥发分检测过程形成一定干扰作用，故而本课题拟定应用盐酸酸溶处置。

2矿石工艺矿物学研究分析

2.1化学成分

本课题研究中选定的矿石化学成分以SiO2、CaO、Al2O3、F2O3、K2O为主。矿石的固定碳含量达到了13.71%，烧失量是28.66%，烧失量与固定碳含量两者差值高于15.0%。鉴于矿石内CaO的含量相对较高，可以推测其内含有较多的方解石[3]。

2.2矿石的矿物构成与具体含量

参照检测分析、系统鉴定结果，认定本矿石内的主要构成及大约含量值如下：石墨14%、方解石30%、，石英24%、正长石7%、钠长石4%、白云母6%、黑云母7%、透辉石2%、黄铁矿1%、褐铁矿2%、透闪石2%及其他1%。

2.3矿石矿物构成特点

2.3.1石墨。在单偏光下其呈黑色，反光时显白色。参照石墨分布岩石类型的不同，可以将其细分成如下4种类别：一是含有石墨云母的石英片麻岩，其内局部黑云母已经被水化成浅褐色；二是含石墨的二长片麻岩，石墨呈条带状分布，长石内有石墨包裹体，绿泥石与石墨呈平行镶嵌分布；三是含有石墨与方解石的片岩，该种矿石内固碳含量较高，增加了石墨解离难度，需历经磨矿处理后解离石墨单体；四是含石墨的透辉石大理岩，该种矿石内石墨含量低，通常＜3%，石墨片径很大[4]。2.3.2脉石矿物。（1）方解石：单偏光之下显无色和浅褐色，表现出半白形的粒样。单体颗粒0.05~1.5mm，混合样内方解石含量约30%。（2）石英：显微镜下呈无色，粒状无规则未见解理，单体颗粒通常0.07~0.2mm，混合样内含量约25%。（3）长石类：单偏光下呈无色，表面已高度石化。单体粒度0.04~0.30mm，多数会集中在0.1~0.2mm，混合样内含量通常不超过10%。（4）黑云母：单偏光下呈现出黑绿色，多色性明显，多数已经实现绿泥石化或水化，片径0.01~0.40mm。试样内含量大概是7%。（5）白云母：单偏光下，其是无色、透明的片状。片径0.012~0.4mm，通常实测值范围0.07~0.17mm[5]。（6）透辉石：在单偏光之下显色，柱状-短柱状。柱长最大值2mm，通常是0.1~0.5mm，混合样内含量约2%。（7）透闪石：单偏光下表现出无色，长柱状。单体颗粒0.099~0.401mm，其在混合样内的含量不足2%。（8）铁矿物：以赤褐、黄、赤铁矿等为主，其中，在反光镜下赤褐铁矿呈现出灰白色无规则状，条带状分布，常和石墨相嵌布；黄铁矿呈亮黄色，磁铁矿呈亮白色，以上3种铁矿物在混合样内的含量均不足3%。（9）其他：其他脉石矿物的含量通常低于3%，长石类风化形成的产物是高岭石的主要构成。

2.4石墨的嵌布粒度特征

既往有很多研究发现，石矿内石墨颗粒以微细粒级为主，和石英、方解石、云母类等矿物之间形成了密切的共生关系。参照线测法，于显微镜下观察以上矿石等比例混合情况，石墨的部分嵌布粒度特征见表1。结合表1内的数据统计情况，不难发现石墨鳞片粒级分布主要是＋0.045mm，占比94.80%。其中，+0.150mm粒级的石墨颗粒数占7.20%，表明石墨矿中有一些大鳞片石墨。整体分析表内线测颗粒数，可以推测原矿内石墨+0.074mm的颗粒数占比约82.53%，据此可以推测该石墨矿中的一些鳞片样态较纤细。为提升固定碳含量及使高回收率得到更大保障，有必要提高磨矿细度，进而提升石墨鳞片的解离效率。

3选矿工艺研究

3.1粗选条件试验

通过反复试验，确定了最适宜的粗选条件：生石灰3000g/t，六偏磷酸钠（SHMP）投用2000g/t，捕收剂煤油用量205g/t，2#油用量50g/t，浮选浓度设定13%，浮选时间持续20min。

3.2扫选试验

在最佳的粗选工艺条件下，在尾矿内石墨的损失率依然相对较高，达到了9.53%，鉴于以上情况考量穿插进行扫选试验，宗旨在于进一步降低石墨损失率。由于选择的试验样品没有进行粗磨处理，所以扫选试验阶段考虑进行磨矿，进而分析其对尾矿回收率指标大小形成的影响。试验结果统计见表2。结合表2内的数据值，不难发现，粗尾矿历经磨矿、扫选工艺储留后，得到的扫尾矿内固定碳回收率有降低趋势，但是依然处于较高水平，达到了8.90%；并且以上流程执行过程中暴露出浮选浓度偏低、耗时相对较长、工作效率低下、药剂投用量大及粗尾矿二次磨脱水难度高等问题，这表明常规石墨选矿程序可能对本文选定的墨矿试样适用性偏差。

3.3预先分级浮选试验

统计粗选、扫选试验各自形成的结果，鉴于石墨试样内黏土含量相对较高、浮选环境条件偏差，利用直接磨浮工艺这种传统方法，很可能造成尾矿内石墨的损失率过高。通过分析原矿工艺矿物学和粒度能够察觉到，在细粒级内粘土表现出富集特征，而石墨在粗粒级内能抵达中富集水平，鉴于以上情况把石墨试样预先分级以后再依次浮选。统计本节试验结果，尾矿Ⅰ的产率、固定碳及回收率分别是29.22%、2.95%、3.80%，尾矿Ⅱ以上三项指标对应值分别是39.82%、0.53%、0.93%。对原矿石预先分级后再进行浮选操作，累计尾矿回收率只达到了4.73%，和传统流程相比较降低了约50%，且各类药剂用量减少，浮选时间长度也被压缩。这主要是由于历经分级处理以后，+0.045mm内黏土含量显著减少，矿物粒度整体较大，故而自身具有较好的分散性，浮选环境较好，尾矿回收率跌落，并且有助于提升浮选浓度、减少部分药剂的投用量，压缩浮选时间；-0.045mm内尽管粒度整体较为纤细，但固定碳含量偏低，若采用进一步降低浮选浓度的措施，则有助于优化颗粒的分散性，在这样的工况下尾矿回收率也偏低。对于本课题研究中选择的石墨矿产品而言，配合使用预先分级浮选方法，有益于提升浮选效率、较少药剂用量及降低尾矿回收率。

3.4闭路流程试验

通过执行该项工艺研究工作，能较全面地了解原矿内矿物主要构成及不同矿物之间的嵌布特点，以此为基础进行系统化的选矿试验分析。在设定要粗选、精选等多种基础条件试验上，利用单次粗磨和粗选，实施5次粗精矿配合6次精选的工艺流程，具体是精选尾矿I直接进行抛尾，精选尾矿Ⅱ以后返回执行粗选操作，其他中矿均应用隔段顺序返回形式的工艺方法。统计闭路试验结果，精矿、尾矿I、尾矿II的产率分别是11.77%、70.15%、18.08%，固定碳含量95.91%、0.49%、4.82%；回收率90.34%、3.68%、6.97%。本课题研究中针对闭路试验中获得石墨精矿，在电子显微镜下进行观察分析。统计与分析试验检测结果，可以确认石墨精矿内混杂了部分硅酸盐矿物白云母与高岭石，以及少许的铁矿物，以黄铁矿、褐铁矿等为主，以上这些杂质均以单体形式存在而不是连生体的方式夹杂。因为以上这些杂质筛选难度较高，故而会对精矿回收率形成较明显的不良影响。

3.5精矿分析

即筛选、分析浮选闭路精矿，不同级的产率和固定碳含量的统计见表3。分析表3内的数据信息，石墨精矿内+0.15mm粒级固定碳比例达到88.87%，产率相对偏低，对应值是1.48%；相对之下，-0.15+0.074mm粒级中固定碳最高，达到97.83%，产率值是10.15%；-0.074+0.045mm粒级固定碳较高97.03%，产率19.33%；-0.045mm粒级时固定碳含量达96.21%，产率是69.06%。综合以上信息，可以断定本课题选择的石墨精矿中不同粒级内石墨鳞片的分布状态表现出较高的均匀性，未见富集化特征；大部分脉石矿物聚集在粗、细粒级，粗粒级内石墨鳞片与脉石两者形成了紧密的共生嵌布关系，对以上现象的成因进行分析，可能是石墨鳞片内缺少单体解离；细粒级内部分矿泥被夹杂在石墨表层或鳞片间。

4结束语

总结与分析本课题的研究结果，发现晶质鳞片石墨是本石墨矿的主要矿物，方解石、石英、黑云母等是脉石矿物的主要类型。基于工艺矿物学研究分析结果，对本石墨矿进行单次粗磨、粗选，执行多次粗精矿、精选的工艺，得到的石墨精矿固定碳含量在95.0%以上，回收率高于90%。

参考文献：

[1]卫亚儒，王瑞廷，高菊生.陕西某石墨型钼矿工艺矿物学研究[J].中国钼业，2020，44（5）：29-32.

[2]张莉莉，洪秋阳，李波，等.莫桑比克某含钒石墨矿工艺矿物学研究[J].矿产综合利用，2020（5）：110-114+26.

[3]张曦月，孙红娟，彭同江，等.旺苍含钒石墨矿的工艺矿物学及钒的赋存状态研究[J].矿产综合利用，2020（3）：136-142.

[4]刘淑贤，徐平安，苏严，等.河北某地细粒石墨矿工艺矿物学及选矿工艺研究[J].矿产综合利用，2021（1）：157-165.

[5]杨建文，肖骏，陈代雄，等.河南淅川鳞片石墨矿工艺矿物学研究[J].化工矿物与加工，2019，48（11）：36-39.

作者:何姜毅 雷武林 郑超 张巨峰 单位:陇东学院能源工程学院