石墨矿选矿试验研究

靳慧杰,迟 丹,高 倩,周泳君,白昕冉

(辽宁省物测勘查院有限责任公司,沈阳 110031)

黑龙江省是石墨资源大省,以晶质石墨为主,已发现的石墨矿产地主要分布在黑龙江省东部的萝北县、鸡西市等地区[1],如萝北县卫东石墨矿[2]、鸡西市东海石墨矿[3]等。在石墨矿选矿工艺中大多进行磨矿及浮选工艺研究,采用 4段再磨 6次精选工艺流程[4]。本选矿实验采用不同磨浮工艺的对比,精矿预先分离工艺可有效保护大鳞片石墨,提高资源利用率[5]。

1 采样方法及其代表性

矿石样品是在各矿体探槽、钻孔样品中选择具有一定代表性的矿石样品,共计443.2 kg。其中,有代表性的各种类型原生带石墨矿石189.9 kg,矿体围岩10.5 kg(原生带矿石围岩);风化带石墨矿石230.3 kg,矿体围岩12.3 kg(风化带矿石围岩)。分别对原生矿、风化矿样品进行破碎、制样及化学分析。原生矿固定碳平均品位10.45%,风化矿固定碳平均品位9.88%,均低于勘探报告中矿区固定碳平均品位(原生矿12.47%,风化矿10.45%),矿样可直接混匀进行试验研究,无需配矿。最终围岩混入率分别为原生矿5.24%、风化矿5.07%。

2 矿石性质研究

2.1 矿石化学成分

原生矿原矿制备样多元素分析结果见表1,风化矿原矿制备样多元素分析结果见表2。

表1 原生矿化学多元素分析结果

表2 风化矿化学多元素分析结果

由表1、表2可知,原生矿中固定碳含量11.66%,风化矿中固定碳含量9.83%,脉石矿物主要为硅、铝、铁、钙、镁、钾等。

原生矿原矿粒度组成见表3,风化矿原矿粒度组成见表4。

表3 原生矿原矿粒度组成

表4 风化矿原矿粒度组成

2.2 矿石矿物成分及结构构造

矿石矿物成分单一,为石墨,石英、绢云母、白云母、黑云母、长石,少量的电气石、黝帘石、磷灰石、黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿等,其中石墨无目的矿物,其他为脉石矿物。偏光镜下为石墨为片状粒状变晶结构构造,呈烟灰色,显晶质片状或片状集合体,少数为鳞片状。

3 试验种类、方法及结果

对石墨矿进行选矿实验室流程试验,采用浮选方法。样品制备后进行工艺矿物学研究及选矿工艺研究。

3.1 试验流程

在确定了最佳粗选条件及一次再磨的基础上采用常规的磨矿及选别方法对风化及原生矿样进行了四次再磨六次精选、五次再磨七次精选、六次再磨八次精选、七次再磨九次精选及九次再磨十一次精选开路试验。结果表明,九次再磨十一次精选开路试验原生矿及风化矿最终精矿固定碳含量分别达到95.98%、96.03%,故开路试验确定了七次再磨九次精选为最佳流程,如图1。在九次再磨十一次精选基础上进行闭路试验,如图2。按七磨九选的工艺流程进行闭路试验,在此过程中采取提高再磨机的磨矿浓度等措施以提高磨矿效率,减少再磨次数,目的是采用七磨九选的工艺流程达到常规磨选的九磨十一选工艺流程指标,从而降低选矿成本。

图1 七次再磨九次精选闭路试验工艺流程

图2 九次再磨十一次精选开路试验工艺流程

3.2 精矿产品质量分析

通过开路试验研究确定了粗选与扫选及精选二、四、六、八加药的七次再磨九次精选开路试验流程。当原生矿粗磨磨矿时间为3.5 min,即粗磨磨矿细度为-0.074、粒级含量52.5%时,粗精矿固定碳及回收率最高。精选二、四、六、八的煤油用量分别为135 g/t、130 g/t、100 g/t、60 g/t,2#油用量分别为68 g/t、60 g/t、35 g/t、20 g/t时,开路试验精矿固定碳含量可达95.61%,回收率可达57.64%。当风化矿粗磨磨矿时间为3.5 min,即粗磨磨矿细度为-0.074、粒级含量58.3%时,粗精矿固定碳及回收率最高。精选二、四、六、八的煤油用量分别为135 g/t、120 g/t、90 g/t、50 g/t,2#油用量分别为68 g/t、60 g/t、35 g/t、20 g/t时,开路试验精矿固定碳含量可达95.75%,回收率可达57.18%。

在推荐的闭路流程下,原生矿最终精矿产率为11.12%,品位为95.12%,回收率为92.69%,正目率10.9%,达到尾矿品位为0.93%的选别指标(表5)。风化矿最终精矿产率为9.31%,品位为95.33%,回收率可达91.26%,正目率11.97%,达到尾矿品位为0.95%的选别指标(表6)。

表5 原生矿精矿产品质量分析

表6 风化矿精矿产品质量分析

3.3 尾矿综合利用

对尾矿进行沉降性能验证试验,该尾矿pH值约为7.78,选矿尾矿不属于危险废物,根据《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》(GB 18599-2001)及其修改单中有关规定,判定该尾矿属于第Ⅰ类一般工业固体废弃物。但鉴于尾矿给人类生产及生活带来很大威胁与不便,建议用于制白炭黑或建材工业中。

3.4 与临近的生产矿山类比

根据石墨矿矿石特征,与邻近区已生产的石墨矿进行类比研究,选矿对比结果见表7。

表7 石墨矿矿石加工技术性能对比

从表7可以看出,本石墨矿与临近生产的石墨矿矿石在自然类型、结构构造、脉石矿物成分等方面基本一致,大鳞片率云山石墨矿较高,产品正目率达到16%以上。原矿入选品位与生产的石墨矿基本相同,生产的选厂采用9段11选方法选矿,与本石墨矿选矿方法一致,回收率略高于临近生产的石墨矿。与临近生产的石墨矿山实际选矿情况对比表明,矿石属于易选矿石,浮选性能较好,能被工业利用,选矿效果较好。

4 结论

通过粗选条件试验、开路试验及闭路试验,确定了较适宜的闭路选矿工艺流程,即一次粗选一次扫选,粗精矿七次再磨九次精选,中矿1、2、3、4、5、6合并后浓缩返回粗磨及粗选,中矿7、8、9、10合并后浓缩返回一次再磨及二次精选的工艺流程。原生矿最终精矿产率为11.12%,品位为95.12%,回收率为92.69%,正目率10.9%,达到尾矿品位为0.93%的选别指标。风化矿最终精矿产率为9.31%,品位为95.33%,回收率可达91.26%,正目率11.97%,达到尾矿品位为0.93%～0.95%的选别指标。工业试验综合尾矿沉降性能良好,属于一般工业固体废弃物。与临近生产的矿山类比,本石墨矿矿石属于易选矿石,浮选性能较好,能被工业利用,选矿效果较好。