锂辉石矿的选矿工艺现状与发展趋势

杨金山 卿林江 张建刚 陈典助

（长沙有色冶金设计研究院有限公司）

锂是世界上密度最小、电位值最低、电化当量最大的金属，密度仅为0.53 g/cm3、电位为-3.043 V、电化当量为2.98 Ah/g。金属锂、锂合金及其化合物具有优异的特性，不仅在电池、玻璃、陶瓷、冶金、石油化工、电子、橡胶及医药等领域有广泛的应用，而且在原子能、航空及国防等尖端领域有广泛的应用［1-2］。

锂辉石（LiAl（SiO3）2）是目前工业开发利用的主要锂矿资源之一，锂辉石为花岗伟晶岩矿物型，属柱状、粒状或板状单斜晶系，理论Li2O、Al2O3、Si2O 含量为8.0%、27.4%、64.6%［3-4］。我国锂辉石矿储量丰富，主要分布在四川、新疆等地［5］，最常见、最有效的选矿方法是浮选法。但对于有用矿物和部分脉石矿物天然可浮性差异不大或矿物表面被污染而难以有效浮选分离的矿石，则往往需要其他选矿方法介入。

1 锂辉石的浮选

浮选法是获得高质量锂辉石精矿最有效的方法，早在20世纪30年代国外就有工业应用［6］，我国对锂辉石的浮选研究则始于20 世纪50 年代［7］。目前，工业上锂辉石的浮选工艺既包括正浮选工艺，也包括反浮选工艺。

正浮选工艺通常在碱性环境中进行，经过多次强搅拌擦洗，然后脱泥，最后添加阴离子捕收剂浮选锂辉石矿物。孙蔚等［8］对四川某Li2O 品位为1.42%的矿石，进行了正浮选锂辉石试验，结果表明，搅拌时间随着NaOH 用量的增加可相应缩短；锂辉石精矿品位随Na2CO3用量的增加而上升［9］；最终锂辉石精矿Li2O 含量为6.05%、回收率为85.92%。严更生等［10］认为，强化矿浆的搅拌擦洗和浮选药剂制度优化可以改善锂辉石的可浮性，最终取得了较好的选别指标。

反浮选工艺通常采用淀粉、糊精等抑制锂辉石，在碱性条件下用阳离子捕收剂浮出石英、长石、云母等硅酸盐类脉石矿物，使锂辉石与某些含铁矿物在浮选槽内得到富集，最后用磁选法去除含铁矿物，得到锂辉石精矿［11］。美国某锂辉石选厂采用反浮选工艺处理Li2O 品位为1.5%的矿石，在石灰调浆情况下获得了Li2O 品位高于6.0%、回收率为75%左右的化工级锂辉石精矿，该精矿通过添加氢氟酸、树脂酸盐和起泡剂进行二次精选，降低了精矿Fe含量，获得了陶瓷锂辉石产品［12］。

从目前的锂辉石浮选技术看，主要存在3 个问题：①胺类阳离子捕收剂、脂肪酸及其皂类捕收剂等传统型捕收剂效能有一定的缺陷，如胺类捕收剂对锂辉石、硅酸盐类脉石矿物均有较强的捕收能力，但选择性不佳；脂肪酸类捕收剂用量大，对温度敏感，且单独使用时效果较差，往往需要多种捕收剂组合使用。②“难免离子”（Ca2+、Fe3+、Mg2+等）对锂辉石浮选有负面影响。由于不同的硅酸盐矿物破碎后表面特征及矿物晶体的天然差异，在控制好浮选矿浆环境的情况下，理论上可以实现锂辉石与其他硅酸盐类脉石矿物的分离，然而在生产实践中，矿浆中矿物颗粒表面易在磨浮过程中受到“难免”离子的污染，同时活化锂辉石和脉石矿物，使得有用矿物和脉石矿物的可浮性差异变小。③调整剂选择性较差。锂辉石浮选的关键在于实现对锂辉石的选择性抑制或活化，现在国内常用调整剂主要是“三碱”［13-14］、水玻璃［15］、油酸钠［16］、六偏磷酸钠和硫化钠［17］等，这些抑制剂不仅抑制脉石矿物，对锂辉石也有一定的抑制效果。由此可见，要实现锂辉石的高效浮选，必须先解决“难免离子”、高效药剂等相关基础问题。

2 锂辉石浮选技术进展

2.1 浮选药剂研究进展

（1）锂辉石浮选捕收剂。当前捕收剂研究的主要方向是寻找对锂矿物捕收能力强、选择性好的多官能团药剂。何建璋［18］研制的新型药剂YZB-17 选择性好、能效高，使用该药剂对新疆可可托海锂辉石矿石进行了实验室试验和工业试验，结果表明，该药剂可替代环烷酸皂和氧化石蜡皂，在相同用量下，可提高锂辉石精矿回收率9.46 个百分点。王毓华等［19-20］在浮选锂辉石试验中采用了新型捕收剂YOA-15，结果表明，该药剂在酸性矿浆中对锂辉石捕收能力较强，更重要的是其对被碱擦洗后的锂辉石捕收能力仍较强。程仁举等［21］使用自主开发的新型高效捕收剂EM-PN5 浮选川西某Li2O 品位1.20%的锂辉石矿石，闭路试验采用1粗3精2扫、中矿顺序返回流程，最终获得Li2O 品位为5.69%、回收率为83.06%的锂辉石精矿，达到化工级产品标准。赵开乐等［22-23］在对某锂辉石矿石进行工艺矿物学研究的基础上，先进行预先沉降脱泥，再以新的组合捕收剂SD-5 进行浮选，获得了Li20 品位为6.12%、回收率为86.01%的锂精矿。钱志博等［24］采用新型捕收剂BK317 和活化剂TC，对某复杂难选低品位锂辉石矿石（Li2O 品位0.97%）开展了详细的浮选试验研究，1粗3 精1 扫闭路浮选流程获得了Li2O 品位为4.46%、回收率为80.40%的锂辉石精矿，试验结果表明，该捕收剂具有高效、选择性好的特点。

大量的研究与实践表明，组合捕收剂的使用能降低药剂成本，同时发挥药剂间的协同作用，从而提高锂辉石的浮选效率。目前，关于新型捕收剂的开发，高效、易降解是主流发展方向。

（2）脉石矿物调整剂。在锂辉石所赋存的花岗伟晶岩矿床中，脉石矿物主要为硅酸盐矿物。硅酸盐矿物对锂辉石浮选主要有2点影响：一是容易吸附在锂辉石矿物表面，并随之富集，影响精矿质量；二是由于电性作用，使硅酸盐矿物罩盖在锂辉石表面，影响其回收。所以，脉石矿物的抑制是锂辉石矿浮选药剂研究的一个重要内容。罗仙平等［25］对国内某锂辉石矿石进行了浮选试验，选别前用H2SO4调整矿浆pH 值至3～5 以脱除云母的吸附时，会对锂辉石产生一定的抑制作用；用NaOH 调整矿浆pH 值至8～9并搅拌，同时根据矿山水质加入CaCl2活化锂辉石，最终获得Li2O 品位为5.20%、回收率达76.72%的锂辉石精矿。于福顺［3］在进行锂辉石浮选试验时，发现有机小分子抑制剂EDTA 中部分极性基团可与矿浆中金属离子络合，形成相对稳定的金属螯合物，使捕收剂失去吸附活性点，从而起到抑制作用。总之，小分子有机抑制剂所带极性基团的水化性越强、数量越多，则其抑制效果越好。

2.2 浮选新技术研究进展

随着选矿技术和工业化水平的提高，研究人员为了应对锂辉石矿易风化、矿泥含量高等特点，开始将一些新技术、新设备应用在锂辉石选矿领域。

（1）浮选柱。浮选柱常用于煤及细粒矿物的浮选，但对粗粒矿物的选别效果不理想。许东［26］对新疆可可托海锂辉石矿石进行了浮选柱半工业试验，试验给矿-150 目占71%左右，通过优先混浮锂铍矿物，再采用浮选柱精选。结果表明，浮选柱对细粒锂辉石矿物回收效果较好，但难以回收粗粒锂辉石矿物，从而导致浮选分离效果不佳；浮选柱具有选择性好、操作简单、能耗低和指标波动小等优点。对四川某高海拔地区锂辉石矿石，马智敏等［27］介绍了采用新结构的浮选柱，即无传动微泡浮选槽进行工业试验的情况。结果表明，该设备与传统浮选机相比，Li2O 回收率提高了2.1 个百分点，浮选单位能耗下降20.6%，且设备自动化程度高、运行稳定和处理能力大，能够提高高海拔地区的浮选效率。

（2）电化学技术推动了浮选药剂创新。锂矿物的电化学机制研究是锂矿物浮选研究的微观基础，锂辉石、绿柱石和微斜长石在粉碎过程中大量的Si—O 键会断裂，导致这些矿物的零电荷点相似，而静电作用是用于解释捕收剂在硅酸盐矿物表面吸附的通用理论，因而表面化学性质相似的锂辉石、绿柱石和微斜长石具有相似的浮选行为；同理，锂云母和白云母在浮选中的行为也相似。要实现这些矿物的高效浮选分离，必须发挥混合型捕收剂中阳离子或阴离子的协同作用，提高浮选的选择性，改善捕收剂在目标矿物表面的吸附行为，从而提高浮选分离效率［28］。

3 锂辉石矿的其他选矿工艺

由于矿石类型、构造及矿物嵌布特征等因素对锂辉石矿选矿工艺的确定有着重要影响，因此，生产实践中应根据矿石性质选择合适的选矿工艺。

3.1 重介质选矿法

锂辉石的密度在3.03～3.22 g/cm3，而脉石矿物石英、长石的密度为2.52～2.79 g/cm3，密度差异不大，跳汰、摇床等传统重选设备难以进行有效分离，但满足重介质分选的条件。目前美国南达科他州和北卡罗来纳州锂矿石，新疆福海县某锂辉石矿石和四川阿坝州某锂辉石矿石均已实现重介质选锂辉石的工业应用。

四川某锂辉石矿石的重介质选矿工业试验表明，Li2O 品位2.95%的3～1 mm 粒级矿石，采用密度为2.95～3.0 kg/L 的重介质进行1粗1精流程重选，可获得Li2O 品位为7.06%、回收率为87.47%的锂辉石精矿，分选效果较好［29］。对于Li2O品位为0.69%的锂辉石矿石，为降低其选矿成本，刘广学等［30］开展了选矿试验研究，试验先将矿石破碎至4～0 mm，并对4～0.5 mm 粒级的物料进行重介质选矿，试验重介质密度为2.89 g/cm3，获得的精矿Li2O 品位为5.71%、回收率为63.82%，抛弃产率达67%。

廖明和等［31］的研究表明，重介质分选锂辉石矿石方法简便、有效，该方法可以了解不同破碎粒度下目的矿物的单体解离度，以及分离精度，有助于快速判断矿石的可选性，能够为选矿扩大试验提供基础数据。

3.2 磁选法

锂辉石精矿对铁含量有明确的要求，故磁选一般作为进一步提高锂精矿质量的一种辅助方法，用于脱除锂辉石精矿中的含铁杂质或分选出弱磁性的铁锂云母［32-33］。锂辉石矿物中只有当铁锂辉石中伴生有钽铌铁等磁性矿物时才具有弱磁性，预先磁选可以实现对伴生金属的综合利用。

江西赣州有色冶金研究所［34］采用SLon-1000 型高梯度强磁选机对某锂辉石矿浮选精矿进行除铁，最终获得Li2O 品位6.15%、Fe2O3含量0.24%的低铁锂辉石精矿。熊涛等［33］采用SLon-3000 型高梯度强磁选机（1.5 T）对江西某复杂难选低锂高铁锂辉石矿石浮选精矿进行除铁提锂，最终获得Li2O 品位为6.24%、Fe2O3含量为0.38%、Li2O 回收率为63.83%的锂辉石精矿，达到YS/T261-2011 化工Ⅰ级用锂辉石精矿质量要求。

3.3 联合选矿法

针对细、贫、杂的锂矿石，采用单一选矿方法常常很难获得合格的锂精矿［35-36］，浮磁联合选矿工艺［37］、浮重磁联合选矿工艺、浮化联合选矿工艺、重色浮联合选矿工艺［38］等就成为必然的选择。

澳大利亚格林普什锂辉石矿石Li2O 品位为4.01%、Fe 含量约1%，矿石矿物组成简单，铁主要存在于电气石中，通过浮重磁联合选矿工艺流程处理，最终获得Li2O 品位＞7.5%、Fe2O3含量＜0.1%的玻璃级锂辉石精矿。新疆可可托海锂辉石矿石Li2O 含量为1.14%，经碎磨、脱泥后，以环烷酸皂+氧化石蜡皂为组合捕收剂、氢氧化钠为pH 调整剂，采用1 粗1 精流程浮选、强磁选流程除铁，获得了Li2O 品位为6.44%、Fe2O3含量为0.39%的陶瓷级锂辉石精矿［39］。刘广学等［38］采用重色浮联合选矿工艺处理国外某Li2O品位3.60%、粒度+1 mm的锂辉石跳汰中矿，最终获得Li2O品位为6.53%、回收率为91.51%的锂精矿。

4 结 论

（1）浮选法（包括正浮选和反浮选）是获得高质量锂辉石精矿的最有效方法。目前浮选法还存在3个主要问题：传统型捕收剂或选择性不佳，或对温度敏感，多需组合使用；“难免离子”（Ca2+、Fe3+、Mg2+等）污染矿物表面，使得有用矿物和脉石矿物的可浮性差异变小；调整剂选择性较差；常用抑制剂在抑制脉石矿物的同时对锂辉石也有一定程度的抑制作用。

（2）锂辉石浮选药剂技术进展主要体现在锂辉石浮选捕收剂和脉石矿物调整剂方面，捕收剂研究的主要方向是寻找捕收能力强、选择性好且高效易降解的捕收剂；小分子有机抑制剂所带极性基团的水化性越强、数量越多，其抑制效果越好。

（3）浮选新技术研究进展主要体现在自动化程度高、运行稳定、处理能力大的浮选柱的应用和电化学技术推动浮选药剂创新方面。

（4）锂辉石矿的其他选矿工艺还包括重介质选矿法、磁选法和联合选矿法。