江西某石墨矿选矿工艺设计

卢小涛，彭春艳

（1.江西省冶金设计院有限公司，江西 南昌 330046；2.建筑材料工业技术情报研究所，北京 100024）

江西某石墨矿矿区位于武夷山脉北东端大旭山的北西侧。地形属中低山区，最高点海拔631.2m，最低点海拔247.9m。矿区所处山区以农业为主，劳动力充裕。矿体裸露地表且厚度大，矿石品位较高，矿石类型属鳞片状晶质石墨矿，选别性能较好。

1 矿床特征

石墨矿层主要赋存于寒武系下部石墨片岩岩性段中，由下至上分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ矿层。矿层产状总体走向北西，倾向南西。

Ⅰ矿层由白云母石墨片岩、云母石墨片岩组成，呈厚层状产出，走向长993m，倾向延深99～178m，平均延深147m，平均厚度97.5m，矿层倾角28～55°，平均37.7°，平均品位固定碳10.29%。

Ⅱ矿层由石英石墨片岩组成，小且变化大，主要呈似层状、透镜状产出，走向长度450m，倾向延深12～120m，平均60m；厚度2～31.5m，平均厚度10.75m，矿层倾角20～59°，平均37.5°，平均品位固定碳6.49%。

Ⅲ矿层由白云母石墨片岩、云母石墨片岩组成，呈厚层状产出，走向长997m，倾向延深33～103m，平均延深74m，平均厚度91.25m，矿层倾角20～76°，平均41.5°，平均品位固定碳9.84%。

矿石中主要矿物为石英、石墨、绢云母、白云母和黑云母；次要矿物有黄铁矿、绿泥石、长石、绿帘石；副矿物有锆石、磷灰石、黄玉、电气石、铁金红石、金红石、磁黄铁矿等，石墨以晶质为主，自形—半自形，六方或四方磷片状，片度中等，以小于0.15mm为主。

矿石中主要有用组分为固定碳，全矿区单样固定碳品位最高26.76%，最低0.61%，平均10.18%。有害组分含量分别为S 1%～2%、Fe2O32%～6%、P2O50.2%～0.3%。

2 原矿工艺矿物学特征

2.1 矿石类型

矿床的工业类型为鳞片状晶质石墨矿。按其共生组合、矿物含量及结构构造等特征差异，又可分为白云母石墨片岩(富矿)和石英石墨片岩(贫矿)两个矿石自然类型。在两者之间，受沉积环境和热液作用的影响，存在一种过渡类型矿石—云母石墨片岩。

2.2 矿石矿物成分

(1)白云母石墨片岩型矿石：主要矿物为石英、石墨、白云母和绢云母；次要矿物为黄铁矿、绿泥石、白云母、长石、绿帘石；副矿物有锆石、磷灰石、黄玉、电气石、铁金红石、金红石、磁黄铁矿、褐铁矿等。

石墨呈钢灰色、灰黑色、自形—半自形六方、四方鳞片状晶体、沿片理方向呈不规则板条状不均匀分布，单晶鳞片以0.06～0.2mm为主，部分可达0.6mm。常在粗石英粒间和白云母变斑晶周围有重结晶长大的石墨晶体，片径0.1～0.5mm，大的可达1.5mm。鳞片小于0.15mm占66.67%，含量10%～20%。

(2)云母石墨片岩型矿石：主要矿物为石英、石墨、白云母、黑云母；次要矿物为残余长石、绿泥石、绢云母、黄铁矿。副矿物有磷灰石、电气石、金红石等。

石墨呈钢灰色、灰黑色、自形—半自形六方、四方片状和细小鳞片状晶体，有时呈鳞片状集合体堆积，与不同形黄铁矿占57.85%，含量6%～12%。

(3)石英石墨片岩型矿石：主要矿物石英、石墨，次要矿物白云母、褐铁矿、长石、黄铁矿，副矿物有磁黄铁矿、磷灰石、铁金红石、电气石、闪锌矿、金红石、钼铅矿。

石墨呈钢灰色、伸长片状、六方片状与石英均匀相间分布、鳞片大小0.03～0.6mm，鳞片小于0.15mm占57.50%，含量5%～10%。

2.3 矿石的结构构造

按矿物的结晶程度、形态、大小、含量、矿物相互关系和连生特点，矿石可划分为花岗鳞片结晶—鳞片花岗变晶、鳞片变晶及斑状变晶结构。

按照矿物集合体在空间的排列、组合关系、相互关系，矿石有块状、片状、眼球状、条带状及肠状构造等。

2.4 物质组成分析

(1)原矿化学全分析结果见表1。

表1 原矿化学全分析结果(%)

(2)原矿光谱半定量分析。

原矿光谱分析结果见表2。

2.5 矿石中的有害组分

经光谱分析、岩石化学全分析、电子探针单矿物分析等系统的研究，矿石中有害元素主要有S和Fe2O3；其次为P2O5及放射性元素U、Ra等，但其含量极微。有害成分S、Fe2O3主要以星散状或浸染状磁黄铁矿、黄铁矿和褐铁矿等矿物形式分布在矿石中。根据组合分析资料，Fe2O3含量最高10.15%，最低1.27%，一般2%～6%；S含量最高2.79%，一般为1%～2%。P2O5赋存于磷灰石矿物中，而磷灰石多集中以含磷结核形式产于矿石中，据部分组合样分析，P2O5含量最高0.54%，最低0.14%，一般为0.2%～0.3%。区内的放射性强度反映在地表上最大为280Bq，一般为60～80Bq，在钻孔岩矿芯中，最大放射性强度为59Bq，一般为40Bq左右。对异常点分别采样化验，矿区见有U、Ra、Th等放射元素和氡气的存在，其含量U最高0.023%，一般0.001%～0.008%；Ra最高0.0198%，一般在0.002%～0.009%；Th最高为0.002%，一般为0.001%。可见放射性元素含量极低。

表2 原矿光谱分析结果(%)

3 选矿试验

针对粗晶石墨矿石、细晶石墨矿石及混合矿石的石墨浮选进行了条件试验、开路试验及闭路试验。混合矿石的石墨浮选闭路试验采用一段粗磨、粗选；粗精矿四段再磨、9次精选试验流程，试验结果见表3。

表3 混合矿石石墨浮选闭路流程试验结果(%)

试验结果表明：混合矿石石墨浮选经一段粗磨、粗选，四段再磨、9次精选可获得品位92.15%、回收率95.65%的石墨精矿。

3.1 设计流程和指标

3.1.1 碎磨工艺流程的确定

碎磨是矿石入选前的准备作业，是实现有用矿物单体解离，提供经济而合适入选粒度的重要手段[1]。根据原矿石中硬偏软的性质，为简化生产流程、保证清洁生产的原则，确定碎磨工艺流程为：粗碎后，半自磨+球磨的流程。

3.1.2 浮选工艺流程的拟定

鳞片状石墨浮选工艺流程一般为多段磨矿、多段选别、中矿顺序(或集中)返回的闭路流程[2]。本次设计以试验报告提出的推荐流程作为拟定选矿工艺流程依据。根据选矿试验报告，混合矿石粗磨后，进行石墨粗选，粗精矿进行四级再磨共9次精选，获得石墨精矿。

3.1.3 精矿脱水工艺流程的拟定

石墨精矿粒度较细，要求精矿含水不大于15%，根据类拟矿山的生产经验，精矿的脱水工艺选择浓缩、过滤两段脱水流程。

3.1.4 选矿生产过程

露天矿采出的小于800mm的原矿石，由汽车运至选矿厂粗碎矿仓，然后经粗碎后，小于200mm的矿石，用胶带输送机运至磨浮车间前的矿仓，用给矿机和给矿皮带将矿石给至半自磨机，半自磨机排矿处设圆筒筛，筛上矿石返回半自磨机，筛下矿浆自流至泵池，经矿浆泵扬至水力旋流器分级，溢流自流至浮选前搅拌槽，沉砂自流至球磨机，球磨排矿自流到泵池，与水力旋流器构成闭路。

搅拌槽的矿浆给入浮选机进行石墨粗、扫选，粗精矿经四段再磨、9次精选，得石墨精矿经浓密机、过滤机两段脱水后，堆存外运。

设计选矿工艺流程见右图。

3.1.5 产品方案及选矿工艺指标

根据选矿试验结果及综合回收资源的要求，拟定产品方案。设计的选矿工艺指标见表4。

表4 设计选矿工艺指标(%)

3.2 主要设备选择及说明

(1)碎矿设备：本次设计日处理矿石为3000t。破碎流程工作制度为3班/d，6h/班。考虑大块影响问题，在粗矿仓之前设有格筛，大块矿在进入粗矿仓之前被格筛拦出后，经敲碎后再进破碎流程。通过破碎流程计算，同时留有一定的富余能力，粗碎设备选择PE900×1200颚式破碎机一台。

(2)磨矿分级设备：根据矿石的机械物理性质和设计的破碎最终产品粒度以及磨矿机的台时处理量和最终磨矿细度，结合同类矿山的生产实践，通过计算，磨矿选择一台湿式半自磨机和一台溢流型球磨机联合作业，设备型号规格分别为：MZ5500×1800与MQY3200×4500。球磨机与6台φ500水力旋流器组构成闭路。

(3)浮选设备：根据矿石性质以及浮选机的性能、特点，本次设计浮选选择BF型浮选机。BF型浮选机叶轮由闭式双截锥体组成，可产生强的矿浆下循环，并且吸气量大，功耗低，每槽兼有吸气、吸浆和浮选三重功能。通过计算，浮选设备粗选和扫选分别选择BF-10浮选机8台，精选选择BF-6浮选机20台。

(4)脱水设备：结合同类矿山的生产实践，精矿的脱水工艺选择浓缩、过滤两段脱水流程。通过计算，浓缩设备选择NZ-20浓密机1台，过滤设备选择GP-18过滤机1台。

4 结语

(1)针对江西某石墨矿，研究单位进行了大量的选矿试验研究工作，从而为设计合理的选矿工艺流程提供了充分的依据。

(2)本次设计选矿厂的生产车间有：粗碎、磨浮和脱水。厂房布置和车间配置有以下特点：①充分利用了山坡地形、尽可能实现矿浆自流，减少了土场工程量；②各车间之间联系方便，车间场地与外部公路畅通；③设备配置利于操作、控制、易于检修；④粗碎车间，磨浮车间和脱水车间均垂直于等高线呈台阶式的竖向布置，为物料的自流输送创造了有利条件[3]。

(3)本次设计在保证设计指标和工艺参数的前提下，合理进行了设备选型，并且根据地形地貌进行设备配置，尽可能节约了投资。

(4)现代的新型选矿厂设计，选择大型、高效节能、安全环保、维修简单的选矿设备尤为重要[4]。

[1]冯守本.选矿厂设计[M].北京:冶金工业出版社,1996:18.

[2]非金属矿工业手册编委会.非金属矿工业手册(下册)[M].北京:冶金工业出版社,1992:911.

[3]选矿设计手册编委会.选矿设计手册[M].北京:冶金工业出版社,1988.

[4]陈国荣.广西某钛铁矿的选矿工艺设计[J].有色金属(选矿部分),2009(5):29-32.