石墨矿选矿技术特点及应用

2022-08-06邓朝安常亮亮

有色设备 2022年3期

吴尧,邓朝安,常亮亮

(中国恩菲工程技术有限公司,北京 100038)

石墨具有良好的耐高温性及导电、导热性能,且具有良好的润滑性和化学稳定性。在冶金工业中主要用作耐火材料;在铸造业中用作铸模和防锈涂料;在电气工业中用于生产碳素电极、电极碳棒、电池,制成的石墨乳可用作电视机显像管涂料,制成的碳素制品可用于发电机、电动机、通讯器材等诸多方面。在机械工业中用作飞机、轮船、火车等高速运转机械的润滑剂;在化学工业中用于制造各种抗腐蚀器皿和设备;在核工业中用作原子反应堆中的中子减速剂和防护材料等;在航天工业中可做火箭发动机尾喷管喉衬,火箭、导弹的隔热、耐热材料以及人造卫星上的无线电连接信号和导电结构材料。此外,石墨还是轻工业中玻璃和造纸的磨光剂和防锈剂,制造铅笔、墨汁、黑漆、油墨和人造金刚石的原料。随着科技和工业的发展,石墨的应用领域还在不断拓宽,已成为高科技领域中新型复合材料的重要原料,在国民经济中具有重要作用[1]。

我国是世界上石墨储量、产量最大的国家之一,其石墨选矿技术和相关装备水平也长期处于世界领先地位。随着新能源、新材料产业的崛起,石墨产品尤其是下游深加工制品越来越引起关注,正逐渐成为国防、航天、新材料等领域不可替代的重要材料。我国工业和信息化部发布的《石墨行业准入条件》也对当前的石墨市场乃至整个石墨行业的未来发展形成种种利好[2]。

本文通过对石墨矿选矿技术特点的总结分析,以某国内大型石墨矿项目的开发、建设和生产工作为例进行探讨和研究。

1 石墨矿矿物学特性

石墨矿石自然类型主要有两大类:石墨片岩型石墨矿石、石墨变粒岩型石墨矿石,其次为片麻岩型石墨矿石、混合岩型石墨矿石和含石墨大理岩型石墨矿石。

国内大部分石墨矿属于晶质鳞片状石墨矿,按其风化程度又可分为2 个亚类:风化石墨矿石和原生石墨矿石。矿石矿物成分较为单一,为石墨,黑灰—银灰色,偏光镜下为烟灰色,显晶质片状或片状集合体。脉石矿物种类很多,其中石英、云母、长石占80%～90%以上,矿石类型为含石墨大理岩时,方解石为主要脉石矿物。某国内大型石墨矿的原矿矿物组成及相对含量如表1 所示,原矿主要化学成分分析如表2 所示。

表1 矿物组成及相对含量表

表2 主要化学成分分析结果表

2 石墨选矿工艺特点

石墨矿石相对于常见的黑色金属及有色金属,既要求石墨矿具备较高的精矿品位,又应尽可能保护石墨矿物的晶体结构。因此,对其选矿技术和工艺方案提出了不同要求。

(1)由于石墨矿石硬度一般为中硬或中硬偏软,因此选厂的破碎流程较为简单常采用两段、三段的开路破碎,也有新建的较大型选矿厂采用三段一闭路破碎流程。

(2)石墨矿准入标准中石墨精矿中大鳞片含量要求、保护石墨鳞片自然结晶状态,石墨选矿中磨矿工艺的制定非常重要。考虑到大直径磨机抛落作用更强、对石墨矿冲击更大、更易破坏石墨的鳞片状态,现场生产中一般采用直径2.7 m 以下规格球磨机,目前国内仅有个别现场尝试采用直径3.6 m 规格球磨机,具体使用效果尚不理想。

(3)石墨矿多采用粗精矿多段再磨、多段选别、中矿顺序(或几种、或分段集中)返回的流程进行分选。因为石墨可选性较好,经多段再磨再选后基本上可得到品位90%以上、回收率80%以上的石墨精矿。采用多段再磨主要是出于保护石墨大鳞片少受损坏[3]。

国内常见大鳞片石墨矿石的选矿工艺流程图,如图1 所示。

图1 国内石墨矿石常规工艺流程图

3 国内某大型石墨矿选矿实例

国内某大型石墨矿山石墨矿床属沉积变质矿床,矿床工业类型为中-深变质岩晶质石墨矿床。矿石自然类型主要有两大类:石墨片岩型石墨矿石、石墨变粒岩型石墨矿石,其次为片麻岩型石墨矿石、混合岩型石墨矿石和含石墨大理岩型石墨矿石。矿石工业类型属于晶质鳞片状石墨矿,按其风化程度又可分为2 个亚类:风化石墨矿石和原生石墨矿石。风化石墨矿石松软,分布于地表深度至45.82 m。其下为原生矿石,矿石较坚硬,矿石矿物石墨为鳞片状、叶片状结构。石墨与共生脉石矿物构成片状、团块状和条带状构造。经试验研究,为该矿山制定了“三段一闭路-阶段磨矿阶段选别-再磨再选段八磨九选-单段脱水”的原则流程,并最终得到了品位95%、回收率85% 的石墨精矿,其中0.045 mm(-325 目)的粒级含量≤35%,石墨精矿含水≤25%,后续经过干燥作业能达到水分含量≤5%。具体流程如图2 所示。

图2 国内某大型石墨选厂工艺流程图

在该石墨矿选矿厂建设中,针对石墨矿选矿技术特点,应用了以下针对性的技术措施:

(1)为兼顾选矿回收率指标和最终产品的成品率,从保护石墨矿鳞片,避免过磨的角度考虑,将粗磨作业由传统的一段闭路磨矿调整为两段闭路磨矿,一段磨矿细度为-0.15 mm 占50%,磨矿产品经一段粗选、一段精选产出粗精矿1;二段磨矿细度为-0.074 mm 占60%,二段磨矿给矿为一段粗选尾矿,磨矿产品经一粗、二扫产出粗精矿2 和最终尾矿。粗精矿1 经一段再磨进入精选1 及后续作业,粗精矿2 直接进入精选1 及后续作业。此工艺流程调整充分考虑了石墨选矿技术特点,一方面实现了快速回收石墨矿物优先进入后续再磨再选工序,减少过磨,减少最终石墨精矿细粒级含量,提高产品成品率;另一方面通过二段磨矿,提高最终抛尾精度,进而提高选矿回收率。

(2)精选作业采用八次再磨九段精选,再磨设备一段再磨采用球磨机,其它均采用立式搅拌磨机,立式搅拌磨磨矿介质采用中铝陶瓷球。采用立式搅拌磨机能很好的剥离石墨精矿表面,提高石墨可浮性增加浮选效率。磨矿介质采用中铝陶瓷球比鹅卵石更优,鹅卵石易碎,一方面影响磨矿效率,另一方面脱落石英会污染石墨表面,最终降低石墨精矿品位。

(3)石墨精矿密度轻、粒度细且呈鳞片状,不易沉降。经国内石墨选矿厂多年生产实践证明,浓缩机很难达到脱水目的,其溢流水“跑浑”现场严重。石墨精矿通常采用一段脱水工艺,即浮选精矿不经浓缩直接采用过滤脱水工艺。一段脱水的过滤设备经国内外石墨选矿生产实践表明,采用带压榨、吹干工艺的压滤机对精矿滤饼水份控制最好。