某伟晶岩型锂辉石矿石中锂的高效回收试验

戴艳萍 王全亮 赵建湘 周虎强 魏党生 乐 毅 刘 望

（湖南有色金属研究院有限责任公司，湖南长沙410100）

锂是一种重要的战略金属，也是自然界中最轻的碱金属，广泛应用于电池、陶瓷、玻璃、润滑剂、制冷液、核工业以及光电等行业，享有“工业味精”的美誉［1-2］。随着全球科学技术的发展，锂资源的需求量大幅增长［3］，战略地位越发凸显，已成为全球新能源和高科技竞争的焦点。我国锂资源探明储量约450万t，居世界前列，合理开发、利用我国锂资源是保障锂资源安全供应的关键［4-5］。伟晶岩型矿床和盐湖卤水矿床是锂资源的主要赋存类型，但我国盐湖卤水矿床锂资源开发利用难度极大，短期内还不能实现大规模工业化［6-11］，锂矿石仍是提炼金属锂的主要来源。

近年，湖南仁里—传梓源地区发现伟晶岩型锂辉石矿床，探明Li2O品位1.30%～1.40%，矿石中含有大量石英、长石和云母等非金属矿物。加强对锂辉石资源的勘查及合理开发利用，是厘清国内锂资源分布、实现国内锂资源增长的重要途径。锂辉石的选别方法主要有手选法、热裂法、重悬浮液法、浮选法和联合选矿法，其中浮选法是应用最广泛的选矿方法［12］，特别是正浮选，因流程简单、工艺成熟而被广泛应用［13-15］。现有锂辉石浮选工艺大部分采用传统的“三碱两皂”法，存在浮选药剂用量大、浮选时间长、锂精矿Li2O品位与回收率偏低、选矿回水难以直接返回再用等缺点，因此，新型、高效的浮选药剂及分选工艺的研究一直是锂辉石矿石浮选研究的重点［16］。

为实现锂辉石中锂的高效回收，同时解决回水碱性过高的问题，根据矿石性质特点，经选矿工艺及浮选药剂制度的研究，确定采用中性组合调整剂ZT（碳酸钠和木质素磺酸钙质量比为5∶3）和组合捕收剂ZB处理矿石，解决了回水利用问题，实现了对该锂辉石矿石中锂的高效回收，为该矿床转化成具经济开发意义的矿山提供了依据。

1 原矿性质、试验药剂及设备

1.1 原矿性质

本研究所采用的锂辉石来自湖南仁里—传梓源地区，属于伟晶岩型锂辉石。原矿化学多元素分析、XRD分析及矿物组成分析结果分别见表1、图1和表2。

由表1可知，原矿主要有价成分Li2O含量为1.35%，主要脉石成分SiO2和Al2O3含量分别为75.50%、15.46%。

由图1和表2可知，原矿中主要有用矿物锂辉石含量为18.0%，主要脉石矿物石英和长石的含量分别为54.9%、20.0%，其次为云母3.7%、绿泥石1.6%。

1.2 试验药剂及设备

试验中用到的主要药剂及主要设备分别见表3、表4。

2 研究方案的制定

试样中含有绿泥石、角闪石、高岭石等易于泥化矿物，磨矿时产生的矿泥会增加浮选阶段药剂的消耗，此外，矿泥的罩盖作用还会降低捕收剂的选择性，从而导致生产指标不理想［17-19］。为此，对原矿进行了脱泥、不脱泥工艺流程的对比试验。由于试样中铁主要以赤褐铁矿的形式存在，为保证浮选锂精矿Fe2O3含量不超标（＜2.5%），同时确保后续综合回收的非金属矿（长石、石英）产品铁含量不超标，对入浮前给矿（脱泥后原矿）进行强磁选除铁。

为实现锂辉石中锂的高效回收，浮选阶段进行了碱性调整剂与ZT的比选、组合捕收剂比选等试验。

基于以上讨论，本研究采用脱泥—磁选—浮选原则工艺流程（图2）进行试验。

3 试验结果与讨论

3.1 磨矿细度试验

为确定适宜的磨矿细度，采用图3所示的流程，固定脱泥粒度为-0.020 mm，磁选磁场强度为480 kA/m，考察磨矿细度对锂粗精矿指标的影响，试验结果见表5。

由表5可知，随着磨矿细度的提高，锂粗精矿Li2O品位先升高后降低，Li2O回收率逐渐升高；当磨矿细度大于-0.074 mm 66.55%时，Li2O回收率的升高趋于平缓。综合考虑，确定后续试验磨矿细度为-0.074 mm占66.55%。

3.2 直接浮选与脱泥—磁选—浮选对比试验

经脱泥和磁选条件试验，确定脱泥粒度为0.015 mm、磁场强度为640 kA/m，在此条件下，固定磨矿细度为-0.074 mm占66.55%，进行直接浮选和脱泥—磁选—浮选对比试验，浮选阶段药剂制度与图3一致，试验结果见表6。

由表6可知，脱泥—磁选工艺提前脱除了一部分对浮选影响较大的矿泥、降低了入浮铁品位，经过1次粗选可获得锂粗精矿Li2O品位2.88%、Li2O回收率57.73%，指标好于直接浮选工艺。

3.3 锂辉石1次粗选条件试验

3.3.1 调整剂与矿浆的作用时间试验

在锂辉石浮选过程中，加入捕收剂之前调整剂与矿浆的作用时间及强度对Li2O回收率有较大影响，增加搅拌擦洗时间能有效提高锂辉石表面的纯净度，从而增强捕收剂对锂辉石的捕收效果［7］。固定Na2CO3用量为1 000 g/t、NaOH用量为600 g/t、CaCl2用量为100 g/t、ZB用量为1 100 g/t，搅拌时间试验结果见图4。

由图4可知，随着调整剂与矿浆的作用时间的延长，锂粗精矿Li2O品位逐渐降低，Li2O回收率逐渐增加；当作用时间超过20 min后，Li2O回收率的增加不明显。综合考虑，确定后续调整剂与矿浆的作用时间为20 min。

3.3.2 调整剂种类试验

ZT为改性木质素磺酸盐，研究表明，Na2CO3与木质素磺酸钙协同作用对矿浆有较好的分散作用，且能有效抑制长石、石英等硅酸盐类矿物［20-23］。为对比中性调整剂与传统碱性调整剂的作用效果，固定作用时间为20 min、ZB用量为1 100 g/t，选择中性调整剂ZT（1 440 g/t），碱性调整剂Na2CO3+NaOH（1 000+600 g/t）、Na2CO3+NaOH+CaCl2（1 000+600+100 g/t）和NaOH+CaCl2（1 000+100 g/t）进行调整剂种类试验，结果见图5。

由图5可知，碱性调整剂中，使用Na2CO3+NaOH组合获得的锂粗精矿Li2O品位最高，为3.16%；使用NaOH+CaCl2获得的锂粗精矿Li2O回收率最高，为67.23%。使用中性调整剂ZT可获得Li2O品位3.60%、Li2O回收率83.79%的锂粗精矿，指标显著好于传统碱性调整剂。因此，后续试验选择中性调整剂ZT。

3.3.3 ZT用量试验

固定调整剂与矿浆的作用时间为20 min、ZB用量为1 100 g/t，ZT用量试验结果见图6。

由图6可知，随着ZT用量的增加，锂粗精矿Li2O品位逐渐升高，Li2O回收率先略微降低后显著降低。综合考虑，确定后续试验ZT用量为1 760 g/t。

3.3.4 捕收剂种类试验

为考察不同捕收剂种类对锂辉石浮选的影响，固定调整剂与矿浆的作用时间为20 min、ZT用量为1 760 g/t，选择氧化石腊皂+油酸（2 000+300 g/t）、氧化石腊皂+十二烷基黄酸钠（2 000+150 g/t）、ZB（1 100 g/t）、氧化石腊皂+环烷酸皂（2 000+150 g/t）和氧化石腊皂（3 000 g/t）进行捕收剂种类试验，结果见图7（图中OPS代表氧化石蜡皂，NaOL代表油酸，SDX代表十二烷基黄酸钠，NS代表环烷酸皂）。

由图7可知，使用氧化石腊皂+油酸获得的锂粗精矿Li2O回收率较高，但其选择性较差；使用氧化石腊皂+环烷酸皂获得的锂粗精矿Li2O品位较高，但其捕收能力较弱；使用ZB获得的锂粗精矿Li2O品位、回收率均最高，分别为4.26%和83.59%。因此，确定后续试验选择组合捕收剂ZB。

3.3.5 ZB用量试验

固定调整剂与矿浆的作用时间为20 min、ZT用量为1 760 g/t，ZB用量试验结果见图8。

由图8可知，随着ZB用量的增加，锂粗精矿Li2O品位呈先快后慢的降低趋势，Li2O回收率先升高后维持在高位。综合考虑，后续试验组合捕收剂ZB用量为1 300 g/t。

3.4 全流程试验

结合条件试验及开路试验结果，确定采用脱泥—磁选—浮选联合工艺处理该矿石，具体试验流程及药剂制度见图9，试验结果见表7。

由表7可知，原矿经脱泥—磁选—浮选联合工艺处理，最终可获得Li2O品位6.05%、Fe2O3品位0.83%、Li2O回收率79.77%的锂精矿，产品达到化工级-1产品的品质标准。

4 结论

（1）湖南某伟晶岩型矿石中主要回收的有价成分为Li2O，主要有用矿物为锂辉石，主要脉石矿物为石英和长石，其次为云母、绿泥石、角闪石、高岭石和赤褐铁矿。

（2）基于矿石特性，经过一系列选矿试验研究，最终确定在磨矿细度为-0.074 mm占66.55%的条件下，采用脱泥—磁选—浮选的工艺流程，选取ZT为中性调整剂、ZB为组合捕收剂，浮选阶段经“1粗2精2扫”，最终获得Li2O品位6.05%、Li2O回收率79.77%、Fe2O3含量0.83%的锂精矿，该产品达到化工级-1产品的品质标准。