立式搅拌磨机对鳞片石墨的磨矿研究.pdf

立式搅拌磨机对鳞片石墨的磨矿研究 ① 龙 渊， 张国旺， 肖 骁， 李自强 （长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南 长沙 ４１００１２） 摘 要 采用立式搅拌磨机对鳞片石墨进行了磨矿研究，得出最佳条件为采用 Φ６ ｍｍ 纳米陶瓷球为磨矿介质，磨机转速 １００ ｒ／ ｍｉｎ，磨矿时间 ４ ｍｉｎ，磨矿浓度 ３０％。 按此条件下进行 ４ 段再磨、４ 次浮选的闭路试验流程，可获得石墨品位为 ９２．５８％、回收率为 ９４􀆱 ７１％、精矿中＋０．１５ ｍｍ 粒级含量为 ５６．１２％的良好指标。 关键词 立式搅拌磨机； 磨矿； 鳞片石墨 中图分类号 ＴＤ９２１文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１４．０６．０１１ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０１４）０６－００４１－０４ Ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｏｆ Ｆｌａｋｅ Ｇｒａｐｈｉｔｅ ｗｉｔｈ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｇｉｔａｔｉｎｇ Ｍｉｌｌ ＬＯＮＧ Ｙｕａｎ， ＺＨＡＮＧ Ｇｕｏ⁃ｗａｎｇ， ＸＩＡＯ Ｘｉａｏ， ＬＩ Ｚｉ⁃ｑｉａｎｇ （Ｃｈａｎｇｓｈａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ｃｏ Ｌｔｄ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００１２， Ｈｕｎａｎ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｖｅｒｔｉｃａｌ ａｇｉｔａｔｉｎｇ ｍｉｌｌ ｗａｓ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｆｌａｋｅ ｇｒａｐｈｉｔｅ， ａｎｄ ｔｈｅｒｅｗｉｔｈ， ｍｉｌｌ ｓｐｅｅｄ， ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｄｅｎｓｉｔｙ ｗｅｒｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ａｓ １００ ｒ／ ｍｉｎ， ４ ｍｉｎ ａｎｄ ３０％， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ， ｗｈｉｌｅ Φ６ ｍｍ ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ ｃｅｒａｍｉｃ ｂａｌｌ ｗａｓ ｃｈｏｓｅｎ ａｓ ｔｈｅ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｍｅｄｉｕｍ． Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ａｂｏｖｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ， ａ ｃｌｏｓｅｄ⁃ｃｉｒｃｕｉｔ ｆｌｏｗｓｈｅｅｔ ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ ｆｏｕｒ⁃ｓｔａｇｅ ｒｅｇｒｉｎｄｉｎｇ ａｎｄ ｆｏｕｒ⁃ｓｔａｇｅ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｅｄ ｉｎ ａ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｗｉｔｈ ９２．５８％ ｇｒａｐｈｉｔｅ ｇｒａｄｅ ａｔ ９４．７１％ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ａｎｄ ５６．１２％ ｉｎ ＋０．１５ ｍｍ ｆｒａｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｖｅｒｔｉｃａｌ ａｇｉｔａｔｉｎｇ ｍｉｌｌ； ｇｒｉｎｄｉｎｇ； ｆｌａｋｅ ｇｒａｐｈｉｔｅ 鳞片石墨是一种很重要的非金属矿物材料，它具 有耐高温、热电导性、抗热震及润滑性等优良特性，被 广泛应用于冶金、机械、化工、耐火材料、航空航天等工 业［１］。 鳞片石墨结构特殊，鳞片越大、含碳量越高，其 相应的价值也越大。 因此，在石墨的磨矿选别过程中， 必须保护石墨大鳞片不被破坏［２］。 湖北宜昌地区具有丰富的鳞片石墨资源，该地区 石墨品位为 １１％左右，具有重大的开发利用价值。 该 地区石墨选厂采用 ５ 段再磨 ６ 次精选的工艺流程，能 生产出高品位（９３％左右） 的鳞片石墨，回收率达到 ９１．６０％。 但是该选厂的精矿中大鳞片石墨产量较低， 正目比（即精矿中＋０．１５ ｍｍ 产品含量）只有 ２４．５％左 右。 精矿中大片率的产量直接影响到其经济效益。 本 文采用立式搅拌磨机进行保护石墨大鳞片的磨矿研 究，旨在达到现场品位、回收率的同时提高精矿中 ＋０．１５ ｍｍ 粒级含量。 １ 原矿性质及粗精矿制备 １．１ 原矿化学成分及矿物组成 原矿化学成分分析及固定碳含量测试结果见表 １。 表 １ 原矿化学成分分析结果（质量分数） ／ ％ Ｎａ２ＯＫ２Ｏ ＣａＯＭｇＯ ＳｉＯ２ＳＯ３ ０．５８３．８６０．６９１．８５１６１．５４１．１７ ＴｉＯ２Ａｌ２Ｏ３Ｆｅ２Ｏ３ＢａＯ烧失固定碳 ０．５３１１１．４８４．６３０．２３１３．５６１１．７９ 由表 １ 可以看出，原矿固定碳含量为 １１．７９％，选 矿主要排除的成分为 ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、Ｋ２Ｏ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｓ、 Ｐ 等。 通过工艺矿物学研究得出，原矿中主要脉石矿物 有石英、白云母、黑云母、钾长石、钠长石、高岭土、赤褐 ①收稿日期 ２０１４－０６－１４ 作者简介 龙 渊（１９８９－），男，湖南永州人，硕士，工程师，研究方向为细磨技术及其设备的应用。 第 ３４ 卷第 ６ 期 ２０１４ 年 １２ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．３４ №６ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２０１４ 铁矿等。 褐铁矿分布不均匀，主要呈不规则状集合体 产出，内部常夹杂微细脉石或叶片状石墨，部分沿脉石 边缘嵌连，或零星散布于脉石中。 １．２ 粗精矿制备 为了使石墨与脉石矿物良好分离以保证回收率， 并防止过磨造成大鳞片石墨的损失［３］，对原料进行了 粗磨粗选。 取 １ ｋｇ 原矿样在锥形球磨机中磨矿 ３ ｍｉｎ，磨矿后－０．１５ ｍｍ 粒级含量为 ４６．０２％。 粗选选用 煤油为捕收剂，用量为 ８００ ｇ／ ｔ，起泡剂为松醇油，用量 为 ４０ ｇ／ ｔ，加入一定量的水玻璃作为分散剂，制得了品 位为 ３６．４９％、＋０．１５ ｍｍ 粒级产率为 ６５．９７％、品位为 ３６．１３％的粗精矿样，结果见表 ２。 表 ２ 粗选结果 名称 产率／ ％品位／ ％ 全粒级＋０．１５ ｍｍ全粒级＋０．１５ ｍｍ 回收率 ／ ％ 粗精矿３１．６３２０．８７３６．４９３６．１３９７．８０ 尾矿６８．３７０．３８２．２０ 合计１００．００１１．７９１００．００ ２ 磨矿效果表征方法及立磨实验研究 ２．１ 表征方法 在石墨的磨矿过程中，石墨鳞片的保护率要有正 确的表示方法，一些研究者用再磨后品位变化来表征， 也有一些研究者用一定级别产率损失来表征，但这些 都不够全面。 本文认为对石墨鳞片磨矿好坏的评价， 应经过同等浮选条件选别过后，对精矿的各项指标进 行分析，精矿产率越高并且精矿中＋０．１５ ｍｍ 粒级产率 越高，磨矿效果越好，其次精矿中＋０．１５ ｍｍ 粒级品位 较其磨矿前提高越高越好。 此外，还应跟回收率有关。 同样的道理，在相同的浮选条件下，回收率越高，说明 单体解离度越好。 综上所述，采用再磨前与再磨选别后＋０．１５ ｍｍ 粒 级产率的减少与品位提高的比值并与精矿回收率倒数 的乘积来表征石墨鳞片的保护率，以 Ｌ 表示，此 Ｌ 表示 的意义是磨矿破坏系数［４］，其计算式为 Ｌ ＝ γ前 － γ 精γ１ β１ － β 前 １ α精 式中 γ前为再磨前＋０．１５ ｍｍ 粒级产率，％；γ精为再磨选 别后精矿的产率，％；γ１为精矿中＋０．１５ ｍｍ 粒级产 率，％；α精为再磨选别后精矿回收率，％；β前，β１分别为 再磨前与再磨后精矿中＋０．１５ ｍｍ 粒级品位，％。 破坏 系数 Ｌ 越小，表明磨矿对石墨鳞片破坏得少，即磨机对 石墨鳞片保护效果越好。 ２．２ 实验方法 采用 ２ Ｌ 立式搅拌磨机（长沙矿冶研究院研制）， 粗磨粗选所得粗精矿给矿量为 １５０ ｇ，磨机填充率为 ５０％，控制磨矿浓度为 ３０％［５］；分别进行介质球种类、 介质球大小、搅拌器转速、磨矿时间等条件实验。 浮选 采用煤油为捕收剂，用量为 ４３０ ｇ／ ｔ，采用 ２ 号油为起 泡剂，用量为３５ ｇ／ ｔ，采用石灰和５％ＮａＯＨ 溶液为抑制 剂，浮选刮泡 ３ ｍｉｎ。 ２．３ 结果及分析 ２．３．１ 介质球种类试验 分别用直径为 ６ ｍｍ 钢球、 锆球、纳米陶瓷球、玻璃球作介质球，按介质球与石墨 体积比为 ４．５ ∶１（保证介质球与石墨有相同的接触面 积）进行磨矿，磨矿时间 ３ ｍｉｎ，转速 １００ ｒ／ ｍｉｎ，磨后进 行浮选，结果见表 ３。 表 ３ 介质球种类试验结果 介质球名称 产率／ ％品位／ ％ 全粒级 ＋０．１５ ｍｍ 全粒级 ＋０．１５ ｍｍ 回收率 ／ ％ 破坏系数 Ｌ 浮选精矿５０．４５２３．５８７０．８５７１．４９９７．９４ 钢球尾矿４９．５５１．５２２．０６１．２２４２ 合计１００．００３６．４９１００．００ 浮选精矿５３．５６２８．６３６６．５９６７．２１９７．７０ 锆球尾矿４６．４４１．８１２．３０１．２２９６ 合计１００．００３６．４９１００．００ 纳米 陶瓷球 浮选精矿５７．６１３５．４２６１．７５６１．７３９７．４８ 尾矿４２．３９２．１７２．５２１．２２４０ 合计１００．００３６．４９１００．００ 浮选精矿６５．３８４４．６３５３．１９５０．４４９５．２９ 玻璃球尾矿３４．６２４．９６４．７１１．４６４５ 合计１００．００３６．４９１００．００ 从表 ３ 可以看出，纳米陶瓷球对石墨鳞片的破坏 系数为 １．２２４０。 用玻璃球进行磨矿，虽然保证了大鳞 片含量较高，却因其质量轻，起不到足够的单体解离作 用；用钢球进行磨矿，对石墨的单体解离作用效果显 著，但因质量大，对石墨鳞片结构造成破坏严重，正目 比只有 ４６．７３％，且容易产生二次污染；而锆球价格昂 贵，且破坏系数大于纳米陶瓷球，现场一般不采用它进 行再磨。 因此，选用纳米陶瓷球进行后续试验研究。 ２．３．２ 介质球大小试验 分别采用不同直径的纳米 陶瓷球作介质，球料比为１２∶１，转速设为１００ ｒ／ ｍｉｎ，对 其进行磨矿，磨矿时间 ３ ｍｉｎ，磨后进行浮选，结果见表 ４。 由表 ４ 可以看出，６ ｍｍ 介质球对石墨的磨矿破坏 系数为 １．２２４０。 ２ ｍｍ 介质球对石墨鳞片结构保护较 好，但对单体解离不够，品位提高不大；８ ｍｍ 介质球对 单体解离度好，但介质球之间作用力大，大片损失较 大，不利于保护石墨鳞片结构。 因此，选用 ６ ｍｍ 介质 球进行后续试验研究。 ２４矿 冶 工 程第 ３４ 卷 表 ４ 介质球大小试验结果 介质球 大小／ ｍｍ 名称 产率／ ％品位／ ％ 全粒级 ＋０．１５ ｍｍ 全粒级 ＋０．１５ ｍｍ 回收率 ／ ％ 破坏系数 Ｌ 浮选精矿６２．１７４４．７７５４．９４５１．２５９３．６０ ２尾矿３７．８３６．１７６．４０１．４９７６ 合计１００．００３６．４９１００．００ 浮选精矿５６．６７３７．４２６１．４８５６．６９９５．４８ ４尾矿４３．３３３．８１４．５２１．４５４４ 合计１００．００３６．４９１００．００ 浮选精矿５７．６１３５．４２６１．７５６１．７３９７．４８ ６尾矿４２．３９２．１７２．５２１．２２４０ 合计１００．００３６．４９１００．００ 浮选精矿５３．４７３０．５０６５．４２６４．０７９５．８６ ８尾矿４６．５３３．２５４．１４１．３２４２ 合计１００．００３６．４９１００．００ ２．３．３ 磨机转速试验 采用直径 ６ ｍｍ 的纳米陶瓷球 作介质，在不同搅拌器转速条件下进行了磨矿试验，磨 矿时间 ３ ｍｉｎ，磨后进行浮选，结果见表 ５。 表 ５ 磨机转速试验结果 转速 ／ （ｒ ｍｉｎ －１ ） 名称 产率／ ％品位／ ％ 全粒级 ＋０．１５ ｍｍ 全粒级 ＋０．１５ ｍｍ 回收率 ／ ％ 破坏系 数 Ｌ 浮选精矿６２．６５４１．１４５６．８７５４．３６９７．６３ ８０尾矿３７．３５２．３２２．３７１．３９５０ 合计１００．００３６．４９１００．００ 浮选精矿５７．６１３５．４２６１．７５６１．７３９７．４８ １００尾矿４２．３９２．１７２．５２１．２２４０ 合计１００．００３６．４９１００．００ 浮选精矿５６．７５３３．２４６３．２５６３．２７９８．３６ １２０尾矿４３．２５１．３８１．６４１．２２６１ 合计１００．００３６．４９１００．００ 浮选精矿５５．４７２９．９８６４．８８６５．９１９８．６１ １４０尾矿４４．５３１．１４１．３９１．２２５５ 合计１００．００３６．４９１００．００ 从表 ５ 可以看出，转速为 １００ ｒ／ ｍｉｎ 时，破坏系数 值为 １．２２４０。 搅拌器转速为 ８０ ｒ／ ｍｉｎ 时，虽然正目比 较高，但带动介质球之间产生的作用力强度不够，起不 到良好的矿物单体解离作用，＋０．１５ ｍｍ 粒级品位只有 ５４．３６％；转速为 １４０ ｒ／ ｍｉｎ 时，虽品位上升到 ６５．９１％， 但却使得鳞片结构破坏较大，正目比只有 ５４．０５％。 转 速 １００ ｒ／ ｍｉｎ 时，其破坏系数较小，又因磨机转速对矿 物磨矿的效果也可以在磨矿时间中体现出来，综合能耗 等经济因素考虑，选用 １００ ｒ／ ｍｉｎ 进行后续试验研究。 ２．３．４ 磨矿时间试验 采用直径为 ６ ｍｍ 的纳米陶瓷 球作为介质，在搅拌器转速为 １００ ｒ／ ｍｉｎ 条件下进行 磨矿时间试验，磨后进行浮选，结果分别见表 ６。 从表 ６ 可以看出，磨矿时间为 ４ ｍｉｎ 时，破坏系数为 １．２１９８。 磨矿时间过短，达不到良好的单体解离；而磨矿时间过 长，又容易造成鳞片破坏。 选用磨矿时间 ４ ｍｉｎ 进行 后续试验。 表 ６ 磨矿时间试验结果 磨矿时 间／ ｍｉｎ 名称 产率／ ％品位／ ％ 全粒级 ＋０．１５ ｍｍ 全粒级 ＋０．１５ ｍｍ 回收率 ／ ％ 破坏系数 Ｌ 浮选精矿５８．４５３６．９５６０．９１５６．３７９７．５４ ２尾矿４１．５５２．１６２．４６１．４６９８ 合计１００．００３６．４９１００．００ 浮选精矿５７．６１３５．４２６１．７５６１．７３９７．４８ ３尾矿４２．３９２．１７２．５２１．２２４０ 合计１００．００３６．４９１００．００ 浮选精矿５４．７３３２．０６６４．５５６４．８５９６．８１ ４尾矿４５．２７２．５７３．１９１．２１９８ 合计１００．００３６．４９１００．００ 浮选精矿５３．６５３０．１１６５．６１６６．０２９６．４４ ５尾矿４６．３５２．８０３．５６１．２４３９ 合计１００．００３６．４９１００．００ ２．４ 开路流程试验 通过实验得出，第一段再磨最佳磨矿条件为在给 矿量、填充率、磨矿浓度一定的条件下，介质球采用 ６ ｍｍ 纳米陶瓷球，转速 １００ ｒ／ ｍｉｎ，磨矿时间 ４ ｍｉｎ。 后 续段数再磨按第一段再磨最佳条件进行，开路流程如 图 １ 所示，试验结果见表 ７ 及表 ８。 图 １ 开路试验流程 表 ７ 开路试验结果 产品名称产率／ ％品位／ ％回收率／ ％ 精矿８．８３９２．６５６９．３６ 中 １１４．３１２．５７３．１２ 中 ２４．２１１６．０５５．７３ 中 ３２．４０４０．３３８．２１ 中 ４１．８６７５．０４１１．３８ 尾矿６８．３９０．３２２．２０ 原矿１００．００１１．７９１００．００ 表 ８ 开路试验精矿粒度分析结果 粒级／ ｍｍ粒级产率／ ％品位／ ％ ＋０．１８ ３８．２６９２．８５ －０．１８＋０．１５１７．３５ ９２．６６ －０．１５ ４４．３９９２．４８ 合计１００．００９２．６５ ３４第 ６ 期龙 渊等 立式搅拌磨机对鳞片石墨的磨矿研究 ２．５ 闭路流程试验 为考察中矿返回后的指标影响，进行了实验室闭 路流程试验。 根据品位相近的原理进行中矿合理返 回，闭路试验数质量流程见图 ２，精矿粒度分析结果见 表 ９。 图 ２ 闭路试验数质量流程 表 ９ 闭路试验精矿粒度分析结果 粒级／ ｍｍ粒级产率／ ％品位／ ％ ＋０．１８ ３８．３６９２．８２ －０．１８＋０．１５１７．７６ ９２．６４ －０．１５ ４３．８８９２．３５ 合计１００．００９２．５８ 由图 ２ 和表 ９ 可以看出，对品位为 １１．７９％的石墨 矿样，采用 １ 次粗选，粗精矿进行 ４ 次再磨、４ 次精选， 闭路流程可获得产率为 １２．０６％、品位为 ９２．５８％、回收 率为 ９４．７１％的良好指标，精矿产品中＋０．１５ ｍｍ 粒级 含量为 ５６％，远大于现场＋０．１５ ｍｍ 粒级产率 ２４．５６％ 的指标。 起到了保护石墨大鳞片的作用。 精矿中＋０．１５ ｍｍ 粒级产品的 ＳＥＭ 照片见图 ３。 由图 ３ 可以看出，石墨精矿形貌良好，边缘棱角清晰且 圆滑，径厚比大，鳞片表面磨损少且光滑。 图 ３ 精矿中＋０．１５ ｍｍ 粒级产品的 ＳＥＭ 照片 ３ 结 语 采用立式搅拌磨机对鳞片石墨第一段再磨条件进 行了研究，确定第一段再磨的最佳磨矿条件为采用 Φ６ ｍｍ 纳米陶瓷球作介质球，球料比为 １２ ∶１，磨矿转 速为 １００ ｒ／ ｍｉｎ，浓度 ３０％，磨矿时间 ４ ｍｉｎ。 后续段数 按此段条件进行。 ４ 段再磨 ４ 次精选闭路试验可获得 精矿产率为 １２．０６％、品位为 ９２．５８％、回收率为 ９４．７１％， 尾矿品位为 １．８８％的良好指标。 精矿中＋０．１５ ｍｍ 粒 级含量为 ５６．１２％。 比现场达到相同的指标少用一段 再磨，且精矿中＋０．１５ ｍｍ 粒级含量比现场高 ３１．６２ 个 百分点。 实验证明立式螺旋搅拌磨机对石墨大鳞片的 磨矿起到了良好的保护作用。 参考文献 ［１］ 龙 渊，张国旺，李自强，等． 保护石墨大鳞片的工艺研究进展 ［Ｊ］． 中国非金属矿工业导刊，２０１３（２）４４－４７． ［２］ 孙传尧． 选别过程中要保护大鳞片石墨［ＥＢ／ ＯＬ］． ｈｔｔｐ／ ／ ｗｗｗ． ｃｎｐｏｗｄｅｒ．ｃｏｍ．ｃｎ／ ｎｅｗｓ／１８６８８．ｈｔｍｌ．２０１１－０７－２７． ［３］ 张凌燕，邱杨率，黄 雯，等． 鞍山地区某石墨矿选矿试验研究 ［Ｊ］． 非金属矿，２０１１，３４（５）２１－２３． ［４］ 龙 渊，张国旺，李自强，等． 保护石墨鳞片的磨矿效果表征［Ｊ］． 中国非金属矿工业导刊，２０１３（６）３２－３４． ［５］ 岳成林． 鳞片石墨大片损失规律及磨浮新工艺研究［Ｊ］． 中国矿 业，２００７，１６（１０）８３－８５． ４４矿 冶 工 程第 ３４ 卷