某锂辉石矿选矿厂工艺研究及设计实践

2023-12-23王闻单赵红星蒲雪丽胡航嘉

矿业工程 2023年6期

王闻单，赵红星，蒲雪丽，胡航嘉，文娅

(1.昆明有色冶金设计研究院股份公司，云南昆明 650051；2.中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038)

0 引言

四川某锂辉石矿床主要有用矿物以锂辉石为主，其次有极少量的磷锂铝石、锂云母，还有微量的铌铁矿、铌钽铁矿、钽铌铁矿、钽铁矿可供综合利用。为综合利用该锂辉石矿资源，需新建一座规模为2 000 t/d的锂辉石选矿厂。设计流程采用“浮选+磁选+重选”的联合工艺，对矿石中的锂辉石、钽铌矿石进行综合回收利用。该锂辉石矿选矿厂现已建成投产，投产后生产稳定，选别指标达到设计指标，实际生产指标为原矿Li2O品位1.20%，锂精矿Li2O品位5.48%，Li2O回收率75.44%。

1 矿石性质

1)原矿矿石类型。矿石类型为花岗伟晶岩型锂辉石矿石，以原生矿石为主。

2)矿石矿物组成及含量。矿石中主要矿物种类及含量见表1。

表1 矿石中矿物种类

3)矿石化学成分。原矿化学多元素分析结果见表2。

表2 矿石中矿物种类 %

4)矿石中Li2O的赋存状态。矿石中Li2O主要分布在锂辉石中，锂的元素配分表见表3。

表3 锂的元素配分表 %

2 选矿试验

试验单位根据工艺矿物学研究的结果，对该锂辉石矿样进行了方案探索试验、系统的条件试验及全流程闭路试验，并在此基础上进行了扩大联系选矿试验[1]。扩大连续全流程试验最终获得的选矿指标见表4，试验流程见图1。

图1 试验流程图

表4 某锂多金属矿选矿扩大连续试验全流程结果 %

1)试验推荐采用“锂、铌钽混浮—混浮精矿弱磁除铁—强磁分离锂和钽铌、重选精选铌钽的工艺”对该锂矿中的有价金属进行选矿回收。

2)该试验在常温(20～25 ℃)条件下进行，所获得的选矿指标较好，推荐的工艺流程简单、稳定，精矿杂质含量也符合精矿标准要求。

3 选矿工艺设计方案

3.1 工艺流程的确定

选矿厂设计规模为2 000 t/d，服务年限14年。矿山供矿由露采和地采同时供矿，另有部分外购矿石，通过汽车运输至选矿厂原矿堆场，供矿最大块为700 mm。选矿厂工作制度：每年工作270天，每天3班，每班8小时。

破碎采用三段一闭路破碎流程，磨矿采用两段闭路磨矿，选矿采用锂钽铌浮选—混浮精矿弱磁除铁—强磁、重选分离铌钽联合工艺流程，选矿工艺流程见图2，设计指标见表5。钽铌精矿采用沉淀池脱水，锂精矿、尾矿脱水均采用浓缩压滤两段脱水。浮选药剂包括碳酸钠、氢氧化钠、氯化钙、EM-PN5、硫酸亚铁。

图2 设计工艺流程图

表5 选矿设计指标 %

3.2 碎矿系统

根据类似矿山生产实践，选矿厂能耗主要为磨矿作业，为了尽量降低磨矿功耗，碎矿流程的确定本着“多碎少磨”的原则，碎矿最终采用的是三段一闭路碎矿流程，最终碎矿产品粒度为-10 mm。粗破碎选用C120颚式破碎机，中细碎设备选用GP100S圆锥破碎机和HP300圆锥破碎机，筛分设备选用2DYK3060圆振动筛。整个破碎系统联动试产时即达到了设计产能要求。

3.3 磨矿、选别系统

磨矿采用两段闭路磨矿流程。磨矿细度为-200目占75%～78 %。磨矿系统单系列配置，一段磨矿、二段磨矿均采用了3.6 m×4.5 m溢流型球磨机，一段磨矿分级采用4-Φ500旋流器组，二段磨矿分级采用6-Φ350旋流器组。

浮选流程采用锂、钽铌矿混合粗选—四次精选—两次扫选工艺。弱磁除铁后的混合精矿采用高梯度强磁机分离锂精矿、钽铌矿，最后钽铌矿重选提质。从工艺上考虑选择充气机搅拌式浮选机，风量可调节范围大，有利于选矿过程中根据原矿性质的变化而调整泡沫层厚度。因此，设计浮选设备选择充气搅拌式浮选机，对于日处理量2 000 t的单系列浮选设备，选择容积为16 m3/8 m3组合的浮选机较为适宜。粗选、扫选Ⅰ和扫选Ⅱ选用16 m3浮选机共10槽，配置为4+3+3；精选Ⅰ、精选Ⅱ、精选Ⅲ和精选Ⅳ选用8 m3浮选机共10槽，配置为3+3+2+2。

3.4 脱水系统

钽铌精矿采用沉淀池脱水，锂精矿、尾矿脱水均采用浓缩压滤两段脱水。值得注意的是，在锂精矿、尾矿矿浆自然沉降试验中没有较为明显的澄清层出现，这可能是因为在磨矿过程中，锂辉石、钽铌矿、锡石矿等易细化，同时由于浮选过程中加入大量的碱，导致细泥分散程度高。故在脱水设备的选择时考虑了矿泥的影响，参照类似选厂的设备选取脱水设备型号：锂精矿浓缩NXZ-30J高效浓缩机1台；锂精矿压滤HMZGF220/1600-UK隔膜压滤机2台；尾矿浓缩NXZ-38高效浓缩机1台；尾矿压滤XMZ500/2000-U隔膜压滤机4台[2]。

4 设计过程中的关键因素分析

1)合理的工艺流程。针对“贫、细、杂”锂辉石选矿，常用的工艺有“重磁选铌钽—重选尾矿浮选锂辉石”和“锂钽铌浮选—混浮精矿弱磁除铁—强磁、重选分离铌钽联合工艺”。后者相对于前者而言，其工艺在确保较好地回收锂辉石的同时，有效实现了伴生铌钽矿物的综合利用；且该工艺流程简单，可大幅减少铌钽矿的处理量，工业生产中选矿成本低。同时，该工艺流程灵活性较强，在原矿铌钽品位较低或市场锂金属价格较高时，可随时停止后续选铌钽作业，以保证锂辉石的回收，故设计流程选择了“浮选+磁选+重选”的联合工艺。

2)合适的作业条件。影响锂辉石选矿的因素有很多，如磨矿细度、矿泥及易浮杂质、合理的药剂制度等，各因素之间又相互影响[3]。其中，合适的磨矿细度是矿物实现有效分选的关键，当磨矿粒度过细时，由于该锂辉石矿石含有云母、高岭土、锡石等矿物，这些矿物在磨矿过程中，易泥化，从而恶化浮选环境。此外，在浮选过程中为避免矿泥对浮选的影响，所添加大量的碱或分散剂常会造成精矿、尾矿中矿泥沉降困难，因此在设计中应综合考虑磨矿细度、药剂制度、是否预处理等因素，以确定最佳选别条件。设计在充分分析试验报告后，确定磨矿细度为-200目占75%～78 %，对矿泥不做预处理，但是预留出脱泥设备位置，视后续生产情况进行增加。

3)加温浮选。项目建设地海拔约3 500 m，年平均气温约12.7 ℃，无霜期仅216天，10月～次年4月中旬为冰雪期，生产用水平均气温约为5～10 ℃。脂肪酸类及胺类等锂辉石浮选捕收剂的性能受温度影响较大，在与试验单位沟通后，试验单位补做了温度条件试验，试验结果见表6。试验结果表明，随着温度的降低，浮选捕收剂的性能受到一定影响，温度由30 ℃降至6 ℃时，锂辉石精矿Li2O品位由4.43%降到4.03%，Li2O回收率则降低了近20个百分点，尾矿中锂的损失大幅增加。