四川某锂辉石矿磨矿产品粒级优化试验研究.pdf
四川某锂辉石矿磨矿产品粒级优化试验研究 ① 赵悦豪, 王毓华, 郑海涛, 李旭东, 朱广丽, 卢东方 (中南大学 资源加工与生物工程学院,湖南 长沙 410083) 摘 要 针对四川某锂辉石矿,在浮选入料粒度为-0.075 mm 粒级占 70%的前提下,系统研究了磨矿浓度、磨矿时间、介质充填率、 钢球配比、药剂作用及磨矿介质类型等参数对锂辉石最佳浮选粒级(-0.106+0.038 mm)分布及品位的影响。 实验室试验结果表明, 通过调整磨矿浓度、介质充填率和钢球配比等参数,可有效提高-0.106+0.038 mm 粒级含量和磨矿技术效率。 在此基础上,添加碳 酸钠可改善磨矿过程中矿浆的流变性,碳酸钠用量为 800 g/ t 时,能进一步提高-0.106+0.038 mm 粒级产率。 在-0.075 mm 粒级占 70%条件下,球磨和棒磨获得的-0.106+0.038 mm 粒级含量相近,但球磨产品中该粒级 Li2O 品位更高,选择性磨矿作用更好。 优化 球磨参数后,锂辉石回收率可达 95.92%,精矿品位为 4.84%。 关键词 球磨; 棒磨; 碳酸钠; 锂辉石矿; 粒级分布; 浮选 中图分类号 TD921文献标识码 Adoi10.3969/ j.issn.0253-6099.2019.01.012 文章编号 0253-6099(2019)01-0049-05 Optimization of Particle Size Distribution of Grinding Products of Spodumene Ore from Sichuan ZHAO Kue⁃hao, WANG Ku⁃hua, ZHENG Hai⁃tao, LI Xu⁃dong, ZHU Guang⁃li, LU Dong⁃fang (School of Minerals Processing & Bioengineering, Central South University, Changsha 410083, Hunan, China) Abstract In the processing of a spodumene ore from Sichuan Province, the flotation feed fineness was optimized as -0.075 mm 70%. The influences of parameters, such as grinding concentration, grinding time, medium charge proportion, steel ball distribution, reagent′ s effect and medium shape, on proportion and grade of the optimal size fraction (-0.106+0.038 mm) for flotation were systematically studied. The results showed that the percentage of -0.106+0.038 mm range and grinding efficiency could be improved effectively by adjusting grinding concentration, medium charge proportion and steel ball distribution. By adding sodium carbonate, the rheological properties of slurry amid the grinding process were improved and the yield of -0.106+0.038 mm fraction could be further enhanced with its dosage at 800 g/ t. When ball mill and rod mill were introduced to obtain the same grinding fineness of -0.075 mm 70%, the percentage of -0.106+0.038 mm fraction in the products was very close, yet the Li2O content in the -0.106+0.038 mm fraction of ball milled pulp was higher, showing a better grinding selectivity. After the optimization of grinding parameters, the recovery of spodumene was increased to 95.92% and the concentrate grade reached 4.84%. Key words ball mill; rod mill; sodium carbonate; spodumene; particle size distribution; flotation 锂被誉为“世纪的新能源金属”,也被誉为“推动 世界前进的重要元素”,此外,锂在玻璃、陶瓷、冶金、 润滑剂与核工业等领域也有着广泛应用[1-2]。 锂资源 主要赋存于花岗伟晶岩型矿床和盐湖卤水矿床中,而 盐湖卤提取锂仍未实现大规模工业化生产[3],目前从 锂矿物中提取锂仍是主要途径,而锂辉石则是最为重 要的锂矿物资源[4]。 浮选是选别锂辉石应用最为广 泛的方法[5],但目前锂辉石浮选的研究和生产实践主 要集中在浮选药剂[6-7]和药剂作用机理[8]方面,对锂 辉石矿磨矿工艺参数方面的研究相对较少。 已有研究 表明,当锂辉石粒度偏粗时,浮选过程中容易掉槽,造 成选矿回收率不高;而锂辉石过磨后,会导致其与脉石 矿物浮选分离的选择性下降,最终直接影响锂辉石的 浮选指标。 朱广丽等人研究发现,湿磨条件下,锂辉石 单矿物在-0.106+0.038 mm 粒级的浮选回收率明显高 于其他粒级,是锂辉石浮选的最佳粒级[9]。 由此可 ①收稿日期 2018-08-30 基金项目 国家自然科学基金面上项目(51674290);中南大学研究生科研创新项目(2018zzts786) 作者简介 赵悦豪(1994-),女,江苏盐城人,硕士研究生,主要研究方向为锂辉石矿浮选。 通讯作者 王毓华(1964-),男,湖北鄂州人,教授,博士,博士研究生导师,主要研究方向为浮选理论与工艺和计算机应用。 第 39 卷第 1 期 2019 年 02 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.39 №1 February 2019 万方数据 见,合适的磨矿粒度组成,尤其是锂辉石矿物的粒级分 布,可能是影响锂辉石浮选的重要因素。 为此,在已有 研究工作基础上,针对四川某锂辉石矿,在浮选最佳入 料粒度为-0.075 mm 粒级占 70%前提下,在实验室条件 下系统研究了磨矿浓度、磨矿时间、磨机充填率、磨机球 配比、药剂作用及磨矿介质类型等对-0.106+0.038 mm 粒级分布及品位的影响,为进一步优化磨矿工艺参数 提供指导。 1 原料与方法 1.1 原料与设备 试验原料为取自四川某地的锂辉石矿,经破碎筛 分后得到-3 mm 粒级原矿样品。 锂辉石化学多元素 分析结果见表 1,原矿粒度组成分析结果见表 2。 表 1 锂辉石化学多元素分析结果质量分数) / % Al2O3SiO2Fe2O3 FeOCaOMgO K2O 14.4373.292.011.370.210.132.32 Na2OSCBeOLi2ONb2O5Ta2O5 3.810.0960.350.011.470.0110.009 表 2 锂辉石矿样粒度组成 粒级/ mm产率/ % +0.150 74.45 -0.150+0.106 6.99 -0.106+0.075 4.49 -0.075+0.038 9.80 -0.038 4.27 合计100.00 试验所用碳酸钠为分析纯(天津市大茂化学试剂 厂)。 试验用水为自来水。 试验所用球磨机为 Ф240 90 mm 锥形球磨机(有效容积 6.25 L,大、中、小球的球 径分别为 30、25、20 mm),所用棒磨机为 XMB-68 型 Ф160200 mm(有效容积 4.02 L,棒条直径 17 mm、长 185 mm),球磨机和棒磨机均产自武汉探矿机械厂。 1.2 研究方法 1.2.1 磨矿试验 每次称取 500 g 矿样,加自来水在不同磨矿条件下 进行一段开路磨矿。 磨矿产品用标准筛进行湿式筛分, 得到+0.106 mm,-0.106+0.075 mm,-0.075+0.038 mm, -0.038 mm 共 4 个粒级,再分别过滤、烘干、称重,确定 各粒级含量,或送化学分析得到各粒级 Li2O 品位。 1.2.2 磨矿技术效率计算 将物料磨到某一指定粒度 a 的同时指定某一过粉 碎粒度 b,介于 a 与 b 之间的粒级就是合格粒级。 本文 通过衡量-0.106+0.038 mm 粒级的磨矿技术效率,来对 比磨矿效果的好坏。 磨矿技术效率数学表达式为[10] E = γ - γ1 100 - γ1 - γ3 - γ 2 100 - γ2 (1) 式中 E 为磨矿技术效率,%;γ 为磨矿产品中-0.106 mm 粒级产率,%;γ1为给矿中-0.106 mm 粒级产率,%;γ2 为给矿中-0.038 mm 粒级产率,%;γ3为磨矿产品中 -0.038 mm 粒级产率,%。 1.2.3 实际矿石浮选流程 实际矿石浮选流程见图 1。 原矿 磨矿 药剂单位g/t Na2CO3800 NaOH CaCl2 油酸 浮 选 精矿尾矿 1200 40 800 20 min 5 min 5 min 5 min 图 1 实际矿石浮选流程 2 结果与讨论 2.1 球磨磨矿时间对产品粒度的影响 磨机钢球充填率 22%,钢球配比小∶中∶大=37∶40∶ 23(按钢球质量),磨矿产物中各个粒级含量随磨矿时间 的变化见图2。 从图2 可以看出,随磨矿时间延长,磨矿 产品中-0.075 mm 粒级含量越多,最终接近于 100%。 -0.106+0.038 mm 粒级含量随磨矿时间延长呈现先增加 又逐渐降低的趋势。 入磨原矿中-0.106+0.038 mm 粒级 含量为 14.29%。 随着磨矿过程的进行,在磨矿时间约 为 8.6 min 时,磨矿产物细度达到-0.075 mm 粒级占 70%,且 0.106+0.038 mm 粒级含量增加至 54.6%左右。 磨矿时间/min ■ 100 90 80 70 60 50 40 30 861012141618 粒级产率/ ● -0.075 mm -0.1060.038 mm 图 2 磨矿时间与磨矿产物粒度的关系 2.2 球磨磨矿浓度对产品粒度的影响 磨矿时间 8.6 min,磨机钢球充填率与钢球配比不 05矿 冶 工 程第 39 卷 万方数据 变,磨矿浓度与磨矿产品粒度的关系见图 3。 磨矿浓度/ ■ 100 90 80 70 60 50 40 30 50455560657075 粒级产率/ ● -0.075 mm -0.1060.038 mm 图 3 磨矿浓度与磨矿产物粒度的关系 图 3 结果表明,随磨矿浓度增加,磨矿产物中 -0.075 mm 粒级和-0.106+0.038 mm 粒级含量均先缓 慢增加后逐渐下降。 磨矿浓度较低(如 45%)或磨矿 浓度较高(如 75%)时,其合格粒级含量都较少。 综合 比较,当磨矿细度为-0.075 mm 粒级占 70%时,磨矿浓 度为 58.82%,此时磨矿产物中-0.106+0.038 mm 粒级 含量最多,为 55.02%。 2.3 钢球充填率对产品粒度的影响 磨矿浓度 58.82%,钢球配比不变,考查了不同充 填率条件下磨矿时间与磨矿产物粒度间的相互关系, 结果见图 4。 磨矿时间/min ■ 100 90 80 70 60 50 40 75391113151719 -0.075 mm粒级产率/ ● 12 17 22 ▲ 磨矿时间/min ■ 60 50 40 30 20 75391113151719 -0.1060.038 mm粒级产率/ ● 12 17 22 ▲ -0.075 mm粒级产率/ ■ 60 55 50 45 40 35 30 25 504060708090100 -0.1060.038 mm粒级产率/ ● 12 17 22 ▲ 图 4 钢球充填率对磨矿产物粒度的影响 从图 4 可以看出,当钢球充填率过小(如 12%)或 充填率过大(如 22%)时,都会导致单位矿石的磨矿功 耗增加。 不同钢球充填率条件下,相同磨矿时间的磨矿 产物中-0.075 mm 粒级含量大小顺序为 17%>12%> 22%,且-0.075 mm 粒级占 70%条件下,-0.106+0.038 mm 粒级含量大小顺序仍为 17%>12%>22%。 由此计 算可知钢球充填率 12%、17%和 22%条件下的磨矿技 术效率分别为 54.10%、54.88%和 52.61%,与粒度变化 规律一致,可见球磨机最佳钢球充填率为 17%。 2.4 钢球配比对产品粒度的影响 磨矿浓度 58.82%,球磨机钢球充填率 17%条件 下,考查了钢球配比对磨矿产品粒度组成的影响,结果 如图 5 所示。 其中 A 为小球 ∶中球 ∶大球=48 ∶ 40 ∶12, B 为小球∶中球 ∶大球= 37 ∶ 40 ∶23,C 为小球 ∶中球 ∶大 球=25∶40∶35。 从图 5 可知,钢球充填率一定时,在试验考查的钢 球配比范围内,钢球配比对磨矿产物粒度组成的影响 相对较小。 综合图 5 结果可得,钢球配比 A 能在更短 时间内达到-0.075 mm 粒级占 70%的磨矿效果,同时 获得的-0.106+0.038 mm 粒级产率也相对较高,此条 件下磨矿技术效率最高,为 55.49%。 2.5 碳酸钠对球磨产品粒度影响 磨机钢球配比为 48(小) ∶ 40(中) ∶12(大),钢球 充填率 17%,磨矿浓度 58.82%条件下,考察了在磨机 中添加不同用量碳酸钠对磨矿产品粒度组成的影响, 结果见图 6。 15第 1 期赵悦豪等 四川某锂辉石矿磨矿产品粒级优化试验研究 万方数据 磨矿时间/min ■ 100 90 80 70 60 7539111315 -0.075 mm粒级产率/ ● A B C ▲ 磨矿时间/min ■ 60 55 50 45 40 35 7539111315 -0.1060.038 mm粒级产率/ ● A B C ▲ -0.075 mm粒级产率/ ■ 60 55 50 45 40 35 70608090100 -0.1060.038 mm粒级产率/ ● A B C ▲ 图 5 钢球配比对磨矿产物粒度组成的影响 磨矿时间/min ■ 100 90 80 70 60 50 7539111315 -0.075 mm粒级产率/ ● 0 g/t 800 g/t 1200 g/t 1600 g/t ▲ ▲ ■ ● 0 g/t 800 g/t 1200 g/t 1600 g/t ▲ ▲ ■ ● 0 g/t 800 g/t 1200 g/t 1600 g/t ▲ ▲ ■●▲▲ 磨矿时间/min 65 60 55 50 45 40 35 7539111315 -0.1060.038 mm粒级产率/ ■ ● ▲ ▲ -0.075 mm粒级产率/ 65 60 55 50 45 40 35 6070508090100 -0.1060.038 mm粒级产率/ 图 6 碳酸钠用量对磨矿产物粒度组成的影响 磨矿过程中添加碳酸钠,可以起到分散矿浆的作 用,从而改善矿浆的流变学特性,提高磨矿效率。 结果 表明,添加碳酸钠后,可使磨矿细度达到-0.075 mm 粒 级占 70%的时间相对缩短。 当碳酸钠用量为 800 g/ t 时,磨矿技术效率最高,为 58.03%。 进一步增大碳酸 钠用量,磨矿技术效率逐步降低至 55%左右。 2.6 磨矿介质的影响 在以上球磨试验确定的最佳条件(碳酸钠用量 800 g/ t,磨矿浓度58.82%,钢球配比48(小) ∶40(中) ∶ 12(大),介质(球、棒)充填率 17%)下,分别考察了球 25矿 冶 工 程第 39 卷 万方数据 磨和棒磨对磨矿产品粒度组成的影响规律,结果如图 7 和图 8 所示。 磨矿时间/min 100 80 60 40 20 0 5379111315 粒级产率/ ■ ● -0.075 mm球磨 -0.075 mm棒磨 -0.1060.038 mm球磨 -0.1060.038 mm棒磨 ▲ ▲ ■ ● ▲ ▲ 图 7 磨矿介质对磨矿产物粒度的影响 磨矿时间/min ■ 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 5379111315 -0.1060.038 mm粒级Li2O品位/ ● ■ ● 棒磨 球磨 磨矿时间/min ■ 90 60 30 0 5379111315 -0.1060.038 mm粒级分布率/ ● ■ ● 棒磨 球磨 图 8 磨矿介质对-0.106+0.038 mm 粒级品位和金属分布率的 影响 通常,球形介质在磨碎时呈点接触,在接触点上的 作用力大,容易形成接触点上高度的应力集中,故磨碎 行为容易发生,磨矿过程中非常容易产生过粉碎现象。 在棒磨机中,钢棒之间夹持的粗粒使棒与棒之间存在 平行缝隙,类似于“筛子”,导致细矿粒不易被破碎,因 此,棒磨过程也存在选择性破碎作用,使磨矿产品粒度 均匀、过粉碎少。 图 7 表明,在磨矿产品-0.075 mm 粒级含量达到 70%时,球磨时间为 5 min 左右,而棒磨时间为 11 min 左右,说明球磨的磨矿效率要远高于棒磨。 在-0.075 mm 粒级占70%条件下,球磨和棒磨产品中-0.106+0.038 mm 粒级含量接近,分别为 58.10%和 61.57%。 从图 8 可 知,球磨得到的-0.106+0.038 mm 粒级的 Li2O 品位和 金属分布率均高于棒磨,由此可见,对试验的锂辉石矿 样,球磨效率相对较高,且有一定选择性磨矿作用。 2.7 实际矿石浮选试验 在优化后的最佳磨矿条件下进行了实际矿石浮选 试验,具体条件如表 3 所示,试验结果如表 4 所示。 表 3 实际矿石磨矿条件 序号 磨矿时间 / min 磨矿浓度 / % 钢球充填率 / % 钢球 配比 Na2CO3用量 / (gt -1 ) 18.658.822237∶40∶230 24.958.821737∶40∶230 34.758.821748∶40∶120 45.158.821748∶40∶12800 511.358.8217棒磨800 表 4 实际矿石浮选试验结果 序号 精矿产率 / % 精矿品位 / % 回收率 / % 浮选效率 / % 124.554.4772.6859.04 226.665.0288.6276.01 328.514.9393.0879.21 429.934.8495.9280.96 522.655.3580.2370.64 由表 4 可以看出,通过不断优化球磨机磨矿工艺 参数,浮选效果也得到了相应的改善,回收率不断提 高。 同时,通过对比球磨和棒磨的浮选效果发现,棒磨 得到的浮选精矿品位高于球磨,但在回收率方面,球磨 明显优于棒磨,结合浮选效率与磨机功耗问题,球磨仍 是优于棒磨的选择。 3 结 论 1) 通过球磨机工艺参数的调整,可以明显提高锂 辉石矿的磨矿效率,在更短的时间内达到磨矿细度 -0.075 mm 粒级占 70%,同时可使锂辉石最佳浮选粒 级-0.106+0.038 mm 粒级含量提高至 56%左右。 2) 在优化球磨工艺参数基础上,在磨矿过程中添 加 Na2CO3有利于改善矿浆流变性,提高磨矿效率。 当碳酸钠用量为 800 g/ t 时,可使磨矿产品中-0.106+ 0.038 mm 粒级含量由 56%进一步提高至 58%左右。 3) 与棒磨相比,球磨达到-0.075 mm 粒级占 70% 的时间更短,约为 5 min 左右,且-0.106+0.038 mm 粒 级含量接近,此外,球磨产品中-0.106+0.038 mm 粒级 的 Li2O 品位更高,选择性更好。 4) 优化球磨工艺参数后,锂辉石浮选回收率由 72.68%提高到 95.92%,且远高于棒磨的浮选回收率。 (下转第 57 页) 35第 1 期赵悦豪等 四川某锂辉石矿磨矿产品粒级优化试验研究 万方数据 由此可知,矿浆中的 Ce 3+ 及 OHA 均在方解石表面发生 了吸附反应。 综上所述并结合 Ce 3+ 对两种含钙类脉石矿物的浮 选行为分析可知,吸附在含钙类脉石矿物表面的 Ce 3+ 可以增强羟肟酸根离子对矿物的吸附力,从而强化羟 肟酸的捕收性能,达到活化含钙脉石矿物的效果。 3 结 论 1) 当辛基异羟肟酸浓度为 2.010 -4 mol/ L、矿浆 中 Ce 3+ 浓度小于 110 -4 mol/ L 时,在 pH= 6~10 范围 内 Ce 3+ 对含钙类矿物有活化作用。 其中,Ce 3+ 浓度 510 -5 mol/ L 时 对 萤 石 活 化 效 果 最 好; Ce 3+ 浓 度 110 -4 mol/ L 时对方解石活化效果最好。 2) Ce 3+ 可吸附在萤石和方解石矿物表面,增强其 表面 Zeta 电位;OHA 能吸附在被 Ce 3+ 活化后的萤石和 方解石表面,降低其表面电位。 3) Ce 3+ 在萤石和方解石矿物表面形成活性位点, 与羟肟酸产生络合吸附,且生成稳定的五元环络合物, 可增大羟肟酸根离子在矿物表面的吸附力,达到活化 矿物浮选的效果。 参考文献 [1] Kuehua Hu, Zhenghe Xu. 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