不同嵌布粒度的鳞片石墨浮选速率研究

任衍增，高惠民，2，任子杰，2，管俊芳，2，冯晓菲

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

不同嵌布粒度的鳞片石墨浮选速率研究

任衍增1，高惠民1，2，任子杰1，2，管俊芳1，2，冯晓菲1

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

嵌布粒度不同的鳞片石墨浮选性质也有所差异，针对甘肃民勤鳞片石墨矿(1#矿)和黑龙江萝北鳞片石墨矿(2#矿)两种不同嵌布粒度的鳞片石墨矿石分别进行了矿石性质及浮选速率研究。研究表明，2#矿的石墨鳞片大于1#矿样；2#矿的浮选速率常数较1#矿高；随着煤油用量的增加，且浮选速率常数均逐渐升高后趋于平缓，浮选速率常数最大值分别为1.344 min-1和3.036 min-1；随着2#油用量的增加，精矿固定碳含量均逐渐降低后有小幅上升。试验表明可通过控制浮选时间，适量增加煤油用量，降低2#油用量达到提前回收部分石墨鳞片的目的。

鳞片石墨；嵌布粒度；浮选速率

石墨天然可浮性较好，浮选是主要分选方式[1]。浮选过程十分复杂，涉及到各种物理化学变化，且容易受各种内部外部因素影响，通过建立浮选速率模型，可研究各因素对浮选过程与时间的影响[2]。影响浮选的各种内部与外部因素有矿石自身物理化学性质、浮选药剂(包括结构及用量)、浮选机种类、浮选槽内相界面变化过程等[3-5]。

由于石墨矿石中石墨嵌布粒度粗细不均，浮选粒度范围较宽，大鳞片石墨以保证回收大鳞片为主，对可浮性较差的细鳞片石墨则尽量提高产品含碳量[6-7]。

对一级浮选速率模型的研究发现实验数据曲线为非线性，表明同种矿物的浮选速率常数并非固定不变[8]。Ofori Phili等[9]通过对不同粒度不同性质的煤进行了浮选实验，发现不同粒级不同性质煤的浮选过程均符合分布式动力学模型，在分布式浮选动力学模型中通过接触角测定可以预测不同粒度组成物料的浮选速率常数，也可得到不同粒级颗粒的可浮性分布。除考虑矿物本身性质对浮选速率常数的影响，研究浮选溶液环境对矿物浮选分离的影响，通过研究捕收剂、抑制剂、活化剂、pH值调整剂等浮选药剂对各矿物浮选速率的影响，可实现矿物的差异化浮选[10]。

本文通过对两种不同嵌布粒度的鳞片石墨在不同条件下进行粗选分批浮选试验，考察不同药剂用量及工艺参数对不同泡沫产品的具体影响，并借助浮选速率模型，为实际生产中改进浮选工艺等提供指导。

1 实验部分

1.1 试样

1.1.1 化学多元素分析

对试样进行XRF化学多元素分析，甘肃民勤鳞片石墨矿(1#矿)和黑龙江萝北鳞片石墨矿(2#矿)的主要化学成分：SiO2为69.48%和51.86%；Al2O3为12.43%和11.33%；Fe2O3为3.53%和4.85%；MgO为2.45%和3.15%；烧失量为4.45%和13.01%。试样中固定碳含量为4.45%和9.29%。

1.1.2 石墨的嵌布特征

1#矿石墨多为鳞片状，鳞片大小不均，一般为0.01～0.105 mm。多为分布在脉石矿物(石英、白云母、黑云母、长石类等)颗粒间的片状(鳞片状)的石墨，少部分呈微细粒的鳞片，呈矿物包裹体分布在脉石矿物颗粒内，这类石墨一般小于0.025 mm，另有片状的石墨分布在云母类矿物(白云母、黑云母)片层间；2#矿石墨多为片径小于0.18 mm的石墨，少部分与云母类矿物(白云母或黑云母)平行连生的石墨以及结晶程度较低呈粒状分布的石墨集合体，另有部分片径大于0.18 mm的石墨。两种石墨试样的嵌布特征如图1所示。

图1 矿石中石墨嵌布特征(光学显微镜 反光)

1.1.3 石墨的粒度组成

两种试样中石墨的粒度组成及其分布特征见表1。

表1 石墨的粒度组成(石墨片的长径统计)

由表1可知，2#矿样的鳞片大于1#矿样，且1#矿石中石墨颗粒主要大小在0.037～0.105 mm，+0.150 mm粒级的石墨颗粒数累计比仅为3.10%，90%以上的石墨颗粒小于0.105 mm，粒径在-0.052 mm以下的颗粒较多，累计比达58.65%；2#矿石中石墨颗粒一般在0.026～0.15 mm之间，+0.15 mm的大粒径石墨累计颗粒比为9.84%，+0.18 mm的大粒径石墨累计颗粒比为6.38%。

1.2 试验试剂、设备和条件

浮选试验所用捕收剂和起泡剂分别为煤油和松醇油(2#油)(工业纯)，pH值调整剂和抑制剂为生石灰(配成5%溶液使用)(化学纯)。试验采用PK型0.5L单槽浮选机。1#矿和2#矿的磨矿细度分别为-0.074 mm 66.68%和45.11%，pH=8～9，石灰用量1 800 g/t，浮选浓度20%。

1.3 试验方法

根据两种不同嵌布粒度鳞片石墨矿石性质的研究结果，浮选速率研究采用分批浮选流程，即对不同浮选时间的泡沫产品进行分析，试验过程中应严格控制浮选时间，且保证除变量外其他工艺参数保持不变，包括充气量、叶轮转速等。考察鳞片石墨浮选过程中各工艺参数对浮选速率的影响研究采用一级浮选速率方程[11]，见式(1)。

(1)

式中：ε为精矿回收率；K为浮选速率常数；t为浮选时间。

对不同嵌布粒度的石墨1#矿和2#矿分别进行浮选，考察鳞片石墨浮选过程中不同煤油用量和2#油用量对泡沫固定碳含量和浮选速率K值的影响。

2 结果与讨论

2.1 1#鳞片石墨矿浮选速率研究

2.1.1 煤油用量对浮选速率的影响

2#油用量为50 g/t时，改变煤油加入量，考察其对1#石墨浮选过程的影响，煤油用量分别为155 g/t、271 g/t、387 g/t、503 g/t、620 g/t。结果见图2。

由图2(a)可知，前20 s预先浮出的泡沫固定碳含量较高，随着浮选时间增加，固定碳含量逐渐降低，表明可浮性较好的石墨在较短时间内优先浮出。随着煤油用量增加，预先浮出的泡沫固定碳含量也随之增加，表明捕收剂煤油用量的增加对提高石墨可浮性有益。石墨鳞片具有天然疏水性，在煤油用量较少时应优先浮出，但试验结果表明煤油用量过少时，优先浮出的泡沫固定碳含量较低，这是由于1#矿中石墨嵌布粒度较小，经过磨矿后+0.15 mm粒级的石墨颗粒含量很少，而优先浮出的泡沫中以较细石墨鳞片及石墨连生体居多。

由图2(b)可知，ln1/(1-ε)与t基本呈线性关系，即浮选速率常数K值可认为是一个常数，分别为0.942 min-1、1.056 min-1、1.344 min-1、1.314 min-1和1.290 min-1。随着煤油用量的增加，浮选速率常数K值先增加后趋于平缓，在387g/t时达到最大值1.344 min-1。

2.1.2 2#油用量对浮选速率的影响

煤油用量为387 g/t时，改变2#油加入量，考察其对1#石墨浮选过程的影响，2#油用量分别为33 g/t、66 g/t、99 g/t、132 g/t、165 g/t。结果见图3。

图2 1#矿煤油用量试验结果

图3 1#矿2#油用量试验结果

由图3(b)可知，起泡剂2#油用量的增加对浮选速率影响较小，浮选速率常数均较接近。由图3(a)可知，随着起泡剂2#油用量的增加，前20 s刮出的泡沫精矿固定碳含量先降低，后有所上升并趋于稳定，起泡剂2#油用量较少时，可浮性得到提高的石墨颗粒则优先上浮，而随着2#油用量的增加，泡沫间夹带细鳞片石墨及连生体的几率增加，因此前20 s浮选精矿固定碳含量会先降低。因此较低的起泡剂用量对回收石墨鳞片有益，而较高的起泡剂用量对保证粗选回收率有益。

2.2 2#鳞片石墨矿浮选速率研究

2.2.1 煤油用量对浮选速率的影响

2#油用量为33 g/t时，改变煤油加入量，考察其对2#石墨浮选过程的影响，煤油用量分别为116 g/t、232 g/t、348 g/t、465 g/t、581 g/t。结果见图4和表2。

由表2可知，随着煤油用量的增加，前10 s刮出的泡沫精矿中+0.15 mm粒级产率均逐渐升高，后趋于平缓，在煤油用量为348 g/t时达到最大值46.16%。这可能是由于在煤油用量不足时，可浮性好的石墨鳞片较快被捕收附着在气泡表面并随之上浮。较1#矿而言，2#矿浮选时间较短，且浮选速率常数明显较高。随煤油用量增加，浮选速率常数先提高后降低，在煤油用量为348 g/t时达到最大值3.036 min-1。

2.2.2 2#油用量对浮选速率的影响

煤油用量为348 g/t时，改变2#油加入量，考察其对2#石墨浮选过程的影响，2#油用量分别为30 g/t、40 g/t、50 g/t、60 g/t、70 g/t，结果见图5和表3。

表2 2#矿煤油用量试验前10 s浮出精矿筛分结果

图4 2#矿煤油用量试验结果

图5 2#矿2#油用量试验结果

粒级(mm)产率(%)33g/t66g/t99g/t132g/t+0.1545.0643.1143.2743.70-0.15+0.07434.6936.0035.7135.09-0.074+0.04511.5411.4511.4811.59-0.0458.719.449.539.63

由图5(a)和表3可知，随着2#油用量增加，前10 s刮出的泡沫精矿固定碳含量先降低后稍有小幅上升，且泡沫精矿中+0.15 mm粒级产率逐渐降低后稍有升高，其他细粒级产率则逐渐上升，这可能是因为当煤油用量充足时，较可浮性较差的细鳞片石墨及连生体颗粒而言，可浮性较好的石墨鳞片可以优先附着在气泡表面，在较少的2#油用量条件下即可上浮，因此固定碳含量相应较高。由图5(b)可知，随着2#油用量的增加，浮选速率常数不断增大后趋于平缓，这表明2#油用量的增加可使石墨上浮速率加快，后趋于稳定。

2.3 药剂用量对浮选速率影响对比

根据浮选速率试验结果，对比不同的煤油及2#油用量对1#矿和2#矿的浮选速率常数K值的影响，结果见图6。

图6 药剂用量对K值影响试验结果

由图6(a)可知，1#矿和2#矿的浮选速率常数随煤油用量增加均呈现先升后略微下降并趋于平缓，且2#矿的K值均明显高于1#矿，变化趋势更为明显，说明煤油用量对2#矿浮选过程的影响远大于1#矿。这是因为随着煤油用量的增加，煤油与石墨颗粒接触概率也随之增加，在充足的煤油用量下，石墨颗粒表面被疏水薄膜包裹得以上浮，因此浮选速率随之提高。2#矿石墨嵌布粒度较1#矿粗且单体相对易解离，因此增加煤油用量，由于2#矿已部分单体解离的石墨鳞片与脉石矿物可浮性差异较1#矿大，可浮性更好，上浮速度更快，因此浮选速率受煤油用量影响较大。

由图6(b)可知，2#矿浮选速率常数同样也大于1#矿，且2#油用量对1#矿K值影响不大，变化较为平缓，而2#矿K值则呈现不断增加的趋势。2#矿由于石墨单体较易解离，粗磨后可浮性较好的石墨鳞片被煤油捕收浮在矿浆表面，适量增加2#油用量即可大大增加其上浮速率，因此起泡剂用量对2#矿浮选速率影响也较大。

3 结 论

1)黑龙江萝北鳞片石墨(2#矿)的鳞片大于甘肃民勤鳞片石墨矿(1#矿)。1#鳞片石墨矿中石墨粒级一般处于0.037～0.105 mm。2#鳞片石墨矿中石墨粒级则处于0.026～0.15 mm。

2)随着煤油用量的增加，1#矿和2#矿优先浮出的精矿固定碳含量和浮选速率常数均逐渐升高，浮选速率常数最大值分别为1.344 min-1和3.036 min-1，且2#矿精矿中+0.15 mm粒级含量逐渐增加，这表明煤油用量的增加有益于回收石墨鳞片；随着2#油用量的增加，1#矿和2#矿优先浮出的精矿固定碳含量均逐渐降低后小幅上升，且2#矿精矿中+0.15 mm粒级含量逐渐降低，这表明煤油充足时，较少的2#油用量有利于回收大鳞片石墨。

3)在适宜浮选条件下，较1#矿而言，2#矿浮选时间较短，2#矿的浮选速率常数K值也高于1#矿。这表明嵌布粒度不同的鳞片石墨浮选速率也存在差异。

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Study on the flotation rate of flake graphite with different dissemination size

REN Yanzeng1，GAO Huimin1，2，REN Zijie1，2，GUAN Junfang1，2，FENG Xiaofei1

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

The flake graphite with different dissemination size has different flotation properties.The research on Minqin flake graphite mine (1#) and Luobei flake graphite mine (2#) of ore properties and flotation rate were carried out.The graphite scale of 2#graphite was larger than 1#.The research of flotation rate demonstrated that flotation rate flotation rate constant increased with the amount of kerosene，the maximum constant is 1.34 min-1and 3.04 min-1，fixed carbon content decreased first and then increased with the increase of the amount of terpene oil，the constant of 2#graphite was higher than 1#.The purpose of retrieving part of graphite flake in advance could be achieved by means of controlling scraping time，increasing amount of kerosene，reducing amount of terpene oil.

flake graphite；dissemination size；flotation rate

2017-03-13 责任编辑：赵奎涛

任衍增(1992-)，男，汉族，山东枣庄人，硕士研究生，主要从事非金属选矿的研究工作，E-mail：644200346@qq.com。

高惠民(1958-)，男，教授，博士生导师，主要从事非金属矿加工的教学及研究工作，E-mail：gaohuimin1958@126.com。

TD97

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1004-4051(2017)07-0116-05