新疆白云母花岗伟晶岩矿综合回收工艺研究.pdf

-67-第46卷第3期 非金属矿 Vol.46 No.32023年5月 Non-Metallic Mines May,2023新疆白云母花岗伟晶岩矿综合回收工艺研究钟志刚*李宗蔚 罗良飞 耿 亮（长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南 长沙 410012）摘 要 针对新疆青河地区复杂白云母花岗伟晶岩矿，进行云母、长石及石英综合回收工艺研究。结果表明，针对复杂白云母花岗伟晶岩矿资源特性，开发了无氟浮选分离长石-石英的浮选工艺，实现了在含铁杂质高的复杂矿浆体系中石英矿物的高效捕收，解决了传统有氟浮选工艺造成环境污染的难题。以 Y8作捕收剂直接浮选云母矿物，浮选尾矿采用阳离子捕收剂 Y8和阴离子捕收剂 RCH2#混合捕收剂无氟浮选分离长石-石英矿物。在原矿含 3.76%Na2O、4.46%K2O、13.91%Al2O3、74.84%SiO2的情况下，获得 K2O 品位为 1.78%、K2O 回收率为 4.48%的云母精矿，Al2O3品位为 19.11%、Al2O3回收率为 77.48%的长石精矿（K2O 与 Na2O 分别为 4.72%、7.43%），以及 SiO2品位为 99.31%、回收率为 42.97%的云母精矿，实现了新疆复杂白云母花岗伟晶岩矿产资源的高效综合回收。关键词 白云母花岗伟晶岩矿；无氟工艺；浮选分离；综合回收中图分类号：TD97文献标志码：A文章编号：1000-8098(2023)03-0067-04Study on Comprehensive Recovery Technology of Muscovite Granite Pegmatite Ore in XinjiangZhong Zhigang*Li Zongwei Luo Liangfei Geng Liang(Changsha Research Institute of Mining and Metallurgy Co.,Ltd.,Changsha,Hunan 410012)Abstract In this paper,an experimental study on the comprehensive recovery process of mica,feldspar and quartz was carried out for the com-plex muscovite-bearing granite pegmatite in Qinghe area of Xinjiang.The results show that according to the characteristics of complex muscovite-bear-ing granite pegmatite resources,a fluorine-free feldspar-quartz flotation process has been developed,and the efficient capture of quartz minerals in complex slurry systems with high iron impurities has been realized.It solves the problem of environmental pollution caused by the traditional fluorine flotation process.We use Y8 as collector to directly float mica minerals,and use cationic collector Y8 and anionic collector RCH2#mixed collector to separate feldspar-quartz minerals from flotation tailings by fluorine-free flotation.In the case of raw ore containing 3.76%Na2O,4.46%K2O,13.91%Al2O3,and 74.84%SiO2,mica concentrate containing 1.78%K2O and a recovery rate of 4.48%K2O was obtained;Feldspar concentrate(containing K2O 4.72%,Na2O 7.43%),mica concentrate containing SiO2 99.31%,SiO2 recovery rate of 42.97%,which realized the efficient and comprehensive re-covery of complex muscovite-bearing granite pegmatite resources in Xinjiang.Key words muscovite-bearing granite pegmatite;fluorine-free process;flotation separation;integrated recovery白云母花岗伟晶岩分布广泛，主要矿物为细小片状云母、长石及石英等，而自然界中长石多与石英、云母、角闪石等硅酸盐矿物共生，因长石与石英结构相似，导致两者难以分离1-3，该类非金属矿物资源尚未被高效综合开发利用。目前，有关白云母花岗伟晶岩选矿分离研究相对较少，其捕收剂、抑制剂机理仍需深入研究。云母矿的综合高效回收是浮选领域难题，近年来众多学者对云母矿的综合回收利用进行了研究4-5，研发了混合胺类、阴阳离子混合类等各类捕收剂6-10，但均难以实现在无氟条件下云母矿的综合高效回收。新疆青河县蕴藏了丰富的白云母花岗伟晶岩矿，具有极高的开发利用价值。本试验从无氟工艺、浮选药剂、回收工艺及资源综合回收利用角度，对该复杂白云母花岗伟晶岩矿开展了综合回收工艺试验研究，以期实现该类难处理资源的高效综合利用。1 试验部分1.1 原矿性质 复杂白云母花岗伟晶岩矿来自新 疆 青 河 县，原 矿 K2O 与 Na2O 总 质 量 分 数 为8.22%，B2O3为 0.14%，SiO2为 75.06%，脉 石 矿 物以黄铁矿、磁铁矿、赤铁矿和电气石为主，其次为黑云母、石榴石、磷灰石、绿泥石等矿物。工艺矿物学研究发现，矿石中长石主要以钾长石和斜长石形式产出；云母主要以白云母、绢云母和黑云母形式产出；石英主要以粗粒石英产出，粒径普遍在 12 cm 范围内，常与粗粒长石、云母毗连镶嵌。电气石普遍存在于矿石中，多为柱状、粒状，常与细粒长石、石英、电气石等矿物混杂交生，以团块状或放射状集合体的形式沿极粗粒长石或石英粒间充填，不利于长石和云母的回收；少数粗粒长石晶粒内部常包裹少收稿日期：2023-03-25*通信作者，E-mail:。-68-第46卷第3期 非金属矿 2023年5月量微细石英，不利于长石回收。1.2 试剂及仪器设备 pH 调整剂为浓硫酸、氢氧化钠，均为分析纯；云母捕收剂十二胺、十八胺、椰油胺均为化学纯；云母捕收剂油酸钠为工业级；云母捕收剂 Y4为长沙矿冶研究院研发的酰基醚胺类捕收剂，Y8为长沙矿冶研究院研发的以-CO-NH-为主要作用官能团的酰胺类捕收剂；长石捕收剂 RCH2#是长沙矿冶研究院研发的脂肪酸类捕收剂；长石活化剂 HF 为分析纯；试验用水为自来水。试验设备采用 YJKS 型陶瓷球磨机，XFG、XFD 型系列浮选机，ZH-560 型强磁选机。1.3 试验方案 试验温度为室温，单元试验矿样量500 g。采用“磁-浮联合”工艺流程，综合回收云母、长石、石英，实现矿产资源的综合利用。试验工艺流程，见图 1。图1 云母、长石与石英无氟分离试验流程2 结果与讨论2.1 磁选除杂条件试验 通过工艺矿物学可知该矿产资源中含铁量较高，直接浮选会恶化浮选环境，影响精矿品质，需要预先采用磁选作业脱除。固定磨矿细度-0.074 mm 质量分数占 60%，给矿速度为 2 cm/s，考察 1 T、1.1 T、1.2 T、1.3 T、1.4 T 等不同的磁感应强度对磁选抛废指标的影响。结果表明，随磁感应强度升高，强磁作业杂质中的铁脱除率逐步升高，当强磁选磁感应强度达到 1.3 T 左右时，杂质铁脱除率较高，获得了含 TFe 0.069%、铁回收率 14.86%的非磁性矿物。因此，确定强磁作业的磁感应强度为1.3 T。2.2 磨矿细度条件试验 磨矿细度不仅决定了云母矿物单体解离程度，也影响矿石中次生细泥的含量。固定捕收剂 Y4为 40 g/t，硫酸为 2 kg/t，考察不同磨矿细度对云母浮选指标的影响，结果见图 2。从图 2 可看出，磨矿细度-0.074 mm 质量分数大于 60%，云母中 Al2O3回收率明显下降。综合考虑 Al2O3品位和回收率，磨矿细度-0.074 mm 质量分数占 60%左右较合适。图2 磨矿细度对浮选指标的影响2.3 云母浮选条件试验2.3.1 捕收剂种类条件试验：云母捕收剂多为脂肪酸类和胺类捕收剂的混合物，成本较高且难以提升云母回收率。针对该云母矿石，考察了十二胺、十八胺、椰油胺、Y4、Y8对矿物分离效果的影响，固定磨矿细度为-0.074 mm质量分数占60%，H2SO4用量为2.0 kg/t，捕收剂用量为 40 g/t，捕收剂种类试验结果，见图 3。图3 捕收剂种类对浮选指标的影响从图 3 可看出，各捕收剂浮选指标差别较大，其中以氨基为作用基团的十二胺与十八胺对矿物表面的吸附方式为物理吸附，对表面电负性较强的各矿物及比表面较大的矿泥吸附选择性差，精矿品位与回收率均较低11；油酸钠的作用效果最差；Y4的烷基中 CH2被 O 或 N 取代后，和水分子间的氢键增大，亲水性增加，因此 Y4在水中的分散性较强，获得精矿品位较胺类更好。新型捕收剂 Y8主要作用官能团为-CO-NH-，且碳碳双键较多，表面活性较好，捕收能力较强，同时该混合捕收剂中的酰胺成分可显著地降低溶液表面张力。Y8捕收剂效果较好，获得的云母精矿品位与回收率均较高。因此，选择 Y8作云母浮选捕 收剂。2.3.2 捕 收 剂 用 量 条 件 试 验：固 定 磨 矿 细 度-0.074 mm 质量分数占 60%，H2SO4用量为 2.0 kg/t，捕收剂用量试验结果，见图 4。从图 4 可看出，当 Y8用量为 40 g/t 时，浮选指标最佳。因此，试验选取 Y8-69-用量为 40 g/t。图4 捕收剂用量对浮选指标的影响2.4 长石-石英无氟浮选分离条件试验 长石、石英同属架状结构硅酸盐矿物，理化性质接近，主要采用浮选法分离。无氟有酸法的基本原理是阴阳离子混合捕收剂与在强酸性条件下呈电中性的石英表面仅能形成作用力较弱的静电吸附和分子吸附，而与呈负电性的长石表面的 Al3+形成特性吸附，同时长石晶格中用于平衡电价的 K+、Na+溶于矿浆时在表面形成正电荷空洞，对阳离子捕收剂形成静电吸附和分子吸附，这 3 种吸附作用使长石表面捕收剂吸附量大于石英表面，因此长石优先浮出。2.4.1 分离工艺条件试验：在磨矿细度-0.074 mm 质量分数占 60%的给矿条件下，用硫酸或氢氧化钠作pH 调整剂分别进行了酸性正浮长石、中性正浮长石和碱性反浮长石的探索试验，结果见图 5。图5 浮选工艺对浮选指标的影响从图 5 可看出，无氟工艺和有氟工艺指标接近，均获得 SiO2品位大于 96%，SiO2回收率大于 41%的石英精矿。因此，采取无氟工艺作为长石、石英的分离浮选工艺。2.4.2 阴阳离子捕收剂配比条件试验：固定捕收剂用量为 1 200 g/t，考察阳离子捕收剂 Y8和阴离子捕收剂 RCH2#配比对长石、石英浮选分离的影响，结果见 图 6。从图 6 可看出，当 RCH2#和 Y8配比为 12 时，浮选分离指标最佳，获得 SiO2品位为 98.22%、SiO2回收率为 42.32%的石英精矿。因此，选取 RCH2#和Y8配比 12 作为最佳阴阳离子捕收剂配比。图6 阴阳离子捕收剂配比对浮选指标的影响2.5 全流程闭路流程试验 闭路试验流程，见图 7；试验结果，见表 1。图7 闭路试验流程表 1 白云母花岗伟晶岩矿综合回收试验结果/%产品产率品位回收率Na2OK2O Al2O3SiO2Na2O K2O Al2O3SiO2云母精矿 11.23 9.21 1.78 26.31 52.01 27.53 4.48 21.24 7.80 长石精矿 56.39 4.72 7.43 19.11 65.33 70.84 93.99 77.48 49.23 石英精矿 32.38 0.19 0.21 0.55 99.31 1.64 1.53 1.28 42.97 原矿100.00 3.76 4.46 13.91 74.84 100.00 100.00 100.00 100.00 由表 1 可知，针对复杂白云母花岗伟晶岩矿资源特性，采用无氟工艺可较好分离长石与石英，并获得较好的浮选指标。在原矿含 3.76%Na2O、4.46%K2O、13.91%Al2O3、74.84%SiO2的情况下，获得了 K2O 品位为 1.78%、K2O 回收率为 4.48%的云母精矿，Al2O3品位为 19.11%、Al2O3回收率 77.48%的长石精矿（K2O 与 Na2O 分别为 4.72%、7.43%），以及 SiO2品位为 99.31%、SiO2回收率为 42.97%的云母精矿。3 结论1.基于复杂白云母花岗伟晶岩矿的矿物特征，开发了以阳离子捕收剂 Y8和阴离子 新疆白云母花岗伟晶岩矿综合回收工艺研究 钟志刚，李宗蔚，罗良飞，等（下转第 73 页）-73-图10 高纯石墨SEM图片从图 9 可看出，提纯后石墨几乎无杂质峰。从 图 10 可看出，石墨形貌良好，大鳞片表面附着少量微细粒细鳞片，鳞片表面光滑，无杂质附着。3 结论1.采用碱酸法对黄陵基底晶质石墨浮选精矿进行提纯，确定最佳工艺条件为：m（NaOH）m（石墨）为 0.71，焙烧温度为 550，焙烧时间为 2 h，酸浸液固比为 2.51（mL/g），酸浸温度为 40，酸浸时间为 40 min。此条件下，石墨产品固定碳含量可达99.94%。2.XRD、SEM等分析结果表明，提纯后石墨产品含碳量高，杂质少，鳞片表面光滑，未对大鳞片造成 破坏。参考文献：1 殷武，冯天然.我国石墨资源、市场与技术现状及发展趋势 J.现代矿业，2020，36(8)：147-148.2 杜轶伦，雷晓力，胡永达，等.石墨产业资源现状及发展趋势分析J.地质评论，2016(62)：97-98.3 高天明，陈其慎，于汶加，等.中国天然石墨未来需求与发展展望J.资源科学，2015，37(5):1059-1067.4 吴宝亮，李子坤，周豪杰，等.石墨负极材料的发展历史和研究进展J.碳素技术，2022，41(4)：6-12.5 张佰伦，王凯，李嘉辉，等.锂离子电池用纳米碳材料研究进展 J.材料导报，2022，36(20)：115-127.6 邢宝林，鲍倜傲，李旭升，等.锂离子电池用石墨类负极材料结构调控与表面改性的研究进展 J.材料导报，2020，34(15)：15063-15068.7 孙传尧，申士富，王文利，等.石墨资源及材料产业高质量发展战略研究 J.中国工程科学，2022，24(3)：29-39.8 王三胜，王莹.石墨提纯工艺研究进展综述和新技术展望 J.材料导报，2020，34(S2)：1147-1151.9 李金懋，宋春莲，俞哲，等.晶质石墨纯化技术研究现状与展望 J.探索技术，2021，40(6)：15-19.10 杨家智，周扬，刘光，等.石墨提纯工艺的研究进展 J.碳素，2021(3)：23-29.11 袁韵茹，张凌燕，邱杨率，等.莫桑比克大鳞片石墨化学提纯试验研究 J.硅酸盐通报，2017，36(8)：2600-2606.12 刘振楠，张著.某浮选微晶石墨精矿提纯试验研究 J.湖南有色金属，2021，37(2)：25-28.13 肖骁，龙渊，刘瑜，等.石墨浮选精矿碱酸法制备高纯石墨 J.矿冶工程，2021，41(6)：145-149.14 张著，刘振楠，胡亮，等.碱酸法提纯石墨试验研究 J.湖南有色金属，2021，37(1)：21-23.15 罗群.盐酸-高温氯化联合法制备高纯石墨的研究 D.哈尔滨：哈尔滨理工大学，2023.16 凌振华，蒋蔚华，邵建兵，等.高温焙烧法制备高纯石墨的试验研究 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