非洲某含透锂长石伟晶岩锂辉石矿综合回收锂的选矿试验研究.pdf

2023年第5期doi:10.3969/j.issn.1671-9492.2023.05.011非洲某含透锂长石伟晶岩锂辉石矿综合回收锂的选矿试验研究有色金属（选矿部分）87邓星星1,2,殷志刚1,2（1.天齐鑫隆科技（成都）有限公司，成都6 10 2 13；2.锂资源与锂材料四川省重点实验室，天齐锂业股份有限公司，成都6 10 0 0 0)摘要：通过对非洲某含透锂长石的花岗伟晶岩型锂辉石矿进行工艺矿物学研究，发现该锂矿中的锂主要以锂辉石和透锂长石的形式赋存。通过重介质选矿试验优先分选透锂长石，可以得到Li20品位为4.2 2%、回收率为18.14%的透锂长石精矿，对透锂长石选矿尾矿进行磨矿浮选锂辉石试验，采用自主研发的改性螯合捕收剂TQ-3，在低碱性环境下（pH=8.59）浮选，得到Li20品位为6.0 9%、回收率为6 5.2 7%的锂辉石精矿，锂的综合回收率达到了8 3.41%。试验获得两种合格锂精矿产品，实现了锂资源的综合回收利用。关键词：锂辉石；透锂长石；重介质选矿；改性鳌合；低碱环境中图分类号：TD952;TD922文献标志码：A文章编号：16 7 1-9492(2 0 2 3)0 5-0 0 8 7-0 6Experimental Study on Comprehensive Recovery of Lithium from SpodumeneOre Containing Petalite Pegmatite in AfricaDENG Xingaingl.2,YIN Zhigang l.?(1.Tianqi Xinlong Co.,Ltd.,Chengdu 610213,China;2.Lithium Resources and Lithium Materials Key Laboratory of Sichuan Province,Tianqi Lithium Corporation,Chengdu 610000,China)Abstract:The process mineralogy of a petalite-bearing granite-pegmatite spodumene ore in Africawas studied.It was found that the lithium in the ore occurred mainly in the form of spodumene andpetalite.The petalite concentrate with Li2O grade of 4.22%and recovery of 18.14%Could be obtained byheavy medium beneficiation test,and the petalite tailings were ground for spodumene flotation test,usingself-developed modified chelating collector TQ-3,in low alkaline environment（p H =8.59）.Aspodumene concentrate with LizO grade of 6.09%and LizO recovery of 65.27%was obtained,and thecomprehensive recovery of lithium reached 83.41%.Two kinds of qualified lithium concentrate productswere obtained,and the comprehensive recovery and utilization of lithium resources were realized.Key words:spodumene;petalite;heavy medium separation;modified chelating;low alkaline environment锂是自然界中最轻的金属元素，被誉为“2 1世纪能源金属”和“白色石油”，广泛应用于电池、医药、核工业、航空航天、新能源汽车等新兴领域。全球锂矿床主要有五种类型，即伟晶岩矿床、卤水矿床、海水矿床、温泉矿床和堆积矿床，目前开采利用的锂资源主要为伟晶岩矿床和卤水矿床。花岗伟晶岩锂矿床主要分布在澳大利亚、加拿收稿日期：2 0 2 2-0 7-2 6作者简介：邓星星（198 8-），男，江西赣州人，学士，工程师，主要从事矿产资源综合利用研究工作。通信作者：殷志刚（198 3-），男，四川冕宁人，博士，高级工程师，主要从事矿产资源并发、浮选分字设计、固废综合回收利用等方面的研究工作。大、芬兰、中国、津巴布韦、南非和刚果，虽然印度和法国也发现了伟晶盐锂矿床，但不具备商业开发价值。现今世界上先后发现约2 0 种锂矿物，典型的锂矿物主要有锂辉石、透锂长石、锂云母、锂磷铝石、锂霞石1-2 。随着新能源、新材料等战略性新兴产业的迅猛发展，锂资源的需求量也急剧增长，因此研究开发国88外优质锂资源具有一定的经济和战略意义。1矿石性质本试验研究对象为非洲某透锂长石和锂辉石共生的伟晶岩锂矿，通过对该锂矿进行工艺矿物学研究发现，该锂伟晶岩结构粗，发育较为完全，呈带状分布，锂辉石多呈柱状，透锂长石呈薄板块状较易解离。该矿矿石硬度较大，矿石密度为2.67g/cm，经XRD分析检测，矿石主要矿物组组分含量组分含量矿物名称含量矿物名称含量表3矿石中主要矿物密度Table 3Densties of main minerals in the ore矿物名称锂辉石透锂长石微斜长石白云母钙长石石英2试验方案确定矿石中锂矿物主要为锂辉石和透锂长石，锂辉石选矿方法有多种，如浮选法、手选法、热碎裂法、化学处理法、重介质法、浮选十磁选联合选矿法等。因透锂长石的可浮性较差，透锂长石浮选效果不理想，根据矿石性质，透锂长石和其他主要矿物存在一定的比重差异，因此决定采用重介质法对透锂长石进行分选。重介质选矿法是以阿基米德浮力原理为基础，用密度介于有用矿物与脉石矿物之间的重液或重悬浮液作为介质，使密度小于介质的矿粒上浮于介质表面，密度大于介质的矿粒下沉于容器底部，以达到分选的目的3-6。本试验主要回收矿石中的锂辉石和透锂长石两种锂产品，经大量探索试验确定采用重介质选矿十浮选联合工艺进行锂矿选矿试验，即为重介质选矿有色金属（选矿部分）成为锂辉石、透锂长石、石英，白云母，微斜长石、钙长石、钠长石，伴生有少量锂云母、绿柱石等。矿石中主要有价金属元素为锂，LizO含量为1.61%，锂主要分布在锂辉石和透锂长石中，少量分布于锂云母。矿石多元素分析结果见表1，XRD分析结果见表2，矿石中主要矿物物理性质见表3。从表3可以看出，矿石中主要矿物的密度各有差异，透锂长石的密度相对其他主要矿物密度的差异性较为明显。表1矿石多元素分析结果Table 1FResults of multi-element analysis of the oreLi20SiO21.6169.32K20Cao0.211.02表2 矿石XRD分析结果Table 2Results of XRD analysis of the ore石英锂辉石4815白云母钙长石84/(g cm-3)矿石密度3.1 3.22.32.52.542.572.83.12.62.752.52.82023年第5期/%Fe2O3Al:030.4224.25BeOTa2 Os0.020.007 6透锂长石锂云母8钠长石6.5方法优先分选透锂长石精矿，重介质选矿的尾矿通过磨矿浮选回收锂辉石的选矿工艺流程。通过光学显微镜发现矿石中粒径一2 mm的透锂长石基本能够完全解离，为了提高透锂长石收率，采用重介质旋流器作为透锂长石选矿设备，重介质旋流器的粒度下限为0.5mm，考虑到重选后尾矿需进行锂辉石的磨矿浮选作业，因此试验将透锂长石重介质选矿的粒度确定为一2+0.5mm。3试验结果及讨论3.1透锂长石重介质选矿试验矿石中主要回收的锂矿物为透锂长石和锂辉石，经过大量的透锂长石浮选探索试验，包括正浮选、优先浮选、反浮选等，还探索了改变矿浆pH条件、药剂制度及磨矿细度，均未获得较理想的分选效果，说明矿石中透锂长石的可浮性差，且难以被活化,所以采用浮选难以回收矿石中的透锂长石。但透锂长石与矿石中其他主要矿物存在一定的密度差异，因此具备优先采用重介质分选的可能。重介质选矿技术已广泛应用于有色金属、稀有金属、非金属矿物和煤等矿物的选矿，实践证明，重介质选矿技术具有分选精度高、选别粒度范围较大等优点。重介质选矿的介质主要有2 种，分别为重悬液和重液，目前重介质选矿大多采用重悬液，由于重液主要成分为有机物，因具有一定毒性、价格贵、Na201.54Nb2050.0023绿柱石0.5微斜长石其他72/%2023年第5期邓星星等：非洲某含透锂长石伟晶岩锂辉石矿综合回收锂的选矿试验研究不易回收、损耗大等缺点，实际生产中很少应用。重介质分选效果的主要影响因素是悬浮液的比重、黏度和稳定性。悬浮液的比重随悬浮质的容积浓度增大而增大，当容积浓度增大时，悬浮液的黏度也逐渐增大，矿粒在其中的运动阻力增大，从而使分选精确性和设备生产率降低。矿石人选粒度愈小要求悬浮液黏性愈低，这样利于矿粒迅速精确的分选，重介质选矿机悬浮液容积浓度一般控制在35%以下，常用设备有圆锥分选机、圆筒分选机、重介质振动溜槽和重介质旋流器。采用重介质旋流器对透锂长石进行选矿试验，试验采用磁铁粉作为加重质，配成比重不一的重悬液，重介质的比重控制对透锂长石选矿指标至关重要。透锂长石精矿脱介可以采用弱磁选，脱介后的重介质可以返回循环使用。透锂长石重介质选矿试验流程见图1，试验结果见图2。由图2 可知，随着重介质比重的增加，透锂长石精矿Li2O回收率增加，但精矿品位呈下降趋势，当重介质的比重为2.48即重悬浮液密度为2.48 g/cm时，透锂长石精矿的品位和回收率指标均较优，此时透锂长石精矿Li20品位为4.2 2%、回收率为18.14%，根据表2 透锂长石的含量换算，矿石中透锂长石的回收率达到了7 4.6 6%。试验获得了合格的透锂长石精矿产品。原矿(-2+0.5 mm)重介质旋流器透锂长石精矿沉砂图1透锂长石重介质选矿试验流程Fig.1Flowsheet of petalite heavy mediumseparation tests65F4上%/032F102.35图2 透锂长石重介质选矿试验结果Fig.2 Results of petalite heavy medium separation tests893.2锂辉石浮选磨矿细度试验对重介质分选透锂长石的尾矿进行磨矿浮选试验锂辉石，采用一次粗选作业，考察磨矿细度对锂辉石回收效果的影响，试验流程见图3，试验结果见图4。由图4可知，随着磨矿细度的提高，锂辉石浮选粗精矿LizO品位和回收率均有所提升，当磨矿细度为一0.0 7 4mm占7 5.4%时，锂辉石浮选粗精矿的LizO品位和回收率指标均较优，继续增加磨矿细度，锂辉石浮选粗精矿的Li2O回收率提升不大，品位却开始大幅度下降，综合考虑品位和回收率，确定锂辉石浮选的磨矿细度为一0.0 7 4mm占7 5.4%较为合适。原矿重介质旋流器磨矿细度(变量)透锂长石精矿20I*Na,Co,800(*Na0H 4003*TQ-31 500锂辉石粗选3锂辉石粗精矿图3锂辉石浮选磨矿细度试验流程Fig.3Flowsheet of spodumene flotationgrinding fineness tests65%/智03250+Li,O品位+Li,O回收率4030%/率回0 201002.402.45重介质密度药剂用量单位：g/t搅拌、浮选时间单位：min下同尾矿80+Li,O品位+Li,O回收率7570%/率回065601+550上6065图4锂辉石浮选磨矿细度试验结果Fig.4Results of spodumene flotation grindingfineness tests3.3锂辉石浮选调整剂用量试验锂辉石浮选常用碳酸钠和氢氧化钠作为矿浆调整剂，碳酸钠主要起到分散和抑制脉石的作用，氢氧2.502.55507075磨矿细度(-0.0 7 4mm)/%化钠的主要作用为擦洗矿物表面，将锂辉石表面溶蚀，增大接触角，有利于捕收剂对锂辉石的吸附。按照图3的试验流程进行试验，结果见图5、6。8085:90654%/0321F200图5锂辉石浮选NazCO，用量试验结果Fig.5Results of spodumene flotation Na,CO,dosage tests654%/0l3210图65锂辉石浮选NaOH用量试验结果Fig.6Results of spodumene flotation NaOHdosage tests由图5可知，随着碳酸钠用量的增加，锂辉石粗精矿LizO回收率呈下降趋势，LizO品位先增后减，当碳酸钠用量为8 0 0 g/t时，锂辉石粗精矿Li2O品位和回收率指标相对较好，说明适量的碳酸钠有助于提高锂辉石精矿品位。由图6 可知，随着氢氧化钠用量的增加，锂辉石粗精矿LizO回收率逐渐增大，LizO品位反而逐渐降低，当氢氧化钠用量超过400g/t,此时矿浆pH=8.59，属于低碱性环境下，锂辉石粗精矿LizO回收率增幅缓慢，LizO品位却大幅降低，因此氢氧化钠用量采用40 0 g/t较为合适。3.4锂辉石浮选调整剂作用时间试验锂辉石矿浮选调整剂碳酸钠和氢氧化钠的作用时间对锂辉石精矿指标有较大影响，调整剂作用时有色金属（选矿部分）80间太短，锂辉石矿表面难以达到溶蚀清洁的效果，影车Li.0回收率7 5Li,O品位170%/率回065160+5550400600Na,co,用量/(g t)200400NaOH用量/gt)2023年第5期响锂精矿指标，作用时间太长，又影响选矿效率。固定碳酸钠用量8 0 0 g/t，氢氧化钠用量40 0 g/t，将碳酸钠和氢氧化钠同时加入浮选机进行搅拌，按照图3试验流程进行了调整剂作用时间试验，试验结果见图7。由图7 可知，随着调整剂搅拌作用时间的的增加，锂辉石粗精矿Li2O的品位和回收率都逐渐升高，当调整剂搅拌作用时间超过2 0 min时，锂辉石粗精矿LizO品位和回收率均变化不明显，因此，综合考虑锂辉石选矿效率和指标，调整剂作用时间选8001000+Li,O品位-Li,0回收率7 570%/率回0 656055506008001200801 000择2 0 min即可。654F%/0l132卜1055图7锂辉石浮选调整剂作用时间试验结果Fig.7Results of of spodumene flotation regulatoraction time tests3.5锂辉石浮选捕收剂用量试验锂辉石矿浮选的传统捕收剂为氧化石蜡皂及塔尔油，生产实践表明，这类组合捕收剂的主要问题是选择性及捕收能力均较差5，本试验采用自主研发的改性螯合药剂TQ-3作为该锂辉石矿浮选捕收剂，该药剂为改性脂肪酸和酰胺类表面活性剂螯合而成，主要核心成分是将麻油酸引人极性基团进行改性后与酰胺基氨基酸类表面活性剂螯合复配而成。TQ-3在低碱性环境下对锂辉石具有较好的选择性和捕收能力，为了考察TQ-3对锂辉石的选别效果，进行了TQ-3用量试验，试验流程见图8，试验结果见图9。由图9 可知，随着TQ-3锂辉石捕收剂用量增加，锂辉石粗精矿Li2O回收率逐渐增大，LizO品位呈缓慢降低趋势，当TQ-3捕收剂用量超过150 0 g/t时，锂辉石粗精矿LizO品位出现大幅度降低，因此锂辉石捕收剂TQ-3合适用量采用150 0 g/t。80Li,O品位-Li,O回收率7570%/率回0 m1656055501015调整剂作用时间/min2025 303540452023年第5期邓星星等：非洲某含透锂长石伟晶岩锂辉石矿综合回收锂的选矿试验研究原矿重介质旋流器91680一Li,o品位5FL.0回收率7 54磨矿-0.074mm占7 5.4%20/*Na.co,800透锂长石精矿(*Na0H 4003*TQ-3(变量)锂辉石粗选(pH=8.59)3锂辉石粗精矿图8锂辉石浮选捕收剂用量试验流程Fig.8Flowsheet of spodumene flotationcollector dosage tests3.6全流程闭路试验在条件试验基础上，对工艺流程进行优化，进行锂辉石浮选闭路试验，试验流程见图10，试验结果见表4。闭路试验分别得到了产率为6.92%，Li2O品70%/0%/率回0 1365260155500500尾矿图9锂辉石浮选捕收剂用量试验结果Fig.9Results of spodumene flotationcollector dosage tests位为4.2 2%、回收率为18.14%的透锂长石精矿和产率为17.2 6%，Liz0品位为6.0 9%、回收率为65.27%的锂辉石精矿，锂的综合回收率达到了 8 3.41%。原矿1 000捕收剂TQ-3用量/gt)15002 0002.500破碎+筛分2mm筛分0.5 mm重介质旋流器磨矿透锂长石精矿Na,Co,80020NaOH4003*TQ-31 200粗选32*Na,CO,300精选22*Na,CO,200精选21*Na,CO,200精选2-0.074mm占7 5.4%2*Na0H 1001*TQ-3300扫选1尾矿锂辉石精矿图10闭路试验流程Fig.10Flowsheet of closed-circuit tests92Table 4IResults of closed-circuit tests产品名称产率锂辉石精矿17.26透锂长石精矿6.92尾矿75.82原矿100.04结论1)矿石为非洲某透锂长石和锂辉石共生锂矿，Liz0含量为1.6 1%，矿石中主要矿物组成为锂辉石、透锂长石、石英、白云母、微斜长石、钙长石、钠长石，伴生有少量锂云母、绿柱石等。矿石中的锂主要以锂辉石和透锂长石的形式赋存，少量以锂云母的形式存在。2)目前国内对透锂长石选矿研究比较少，透锂长石可浮性差，采用浮选分选难度大，通过对矿石中主要矿物的物理性质进行分析发现，该矿石中的透锂长石与其他主要矿物间存在一定的密度差异，因此采用重介质选矿对透锂长石进行回收，取得了较好的分选效果。3)采用自主研发的改性螯合脂肪酸皂TQ-3作为锂辉石矿浮选捕收剂，在低碱性（pH=8.59）环境下浮选锂辉石，也具有较强的选择性和捕收能力。4)对原料进行破碎筛分，将一2 十0.5mm粒级进行透锂长石重介质选矿试验，然后将一0.5mm细粒级和重介质选矿尾矿进行磨矿，经一粗一扫三精锂辉石浮选的工艺流程，分别得到产率为6.92%，Li20品位为4.2 2%、回收率为18.14%的透锂长石精矿和产率为17.2 6%，Li20品位为6.0 9%、回收率为6 5.2 7%的锂辉石精矿，锂的综合回收率达到了83.41%。本试验较好地实现了矿石中透锂长石和锂辉石的综合回收，可作为该类型锂资源开发利用的技术依据。有色金属（选矿部分）表4闭路试验结果/%1信何启贤.世界锂金属资源开发利用现状及其市场前景Li20品位Li20回收率6.0965.274.2218.140.3516.591.61100.02023年第5期参考文献分析J.轻金属，2 0 11(9)：3-7.HE Qixian.Development status of lithium metalresources in the word and its prospect J.LightMetals,2011(9):3-7.2李承元，李勤，朱景和.国内外锂资源概况及其选冶加工工艺综述J.世界有色金属，2 0 0 1（8）：4-8.LI Chengyuan,LI Qin,ZHU Jinghe,A survey of lithiumresources at home and abroad and summary of technologicalprocesses of ore dressing and metallurgy J.WorldNonferrous Metals,2001(8):4-8.3程仁举，李成秀，刘星，等.川西某低品位锂辉石矿分选试验研究J.有色金属（选矿部分），2 0 17（5）：42-45，50.CHENG Renju,LI Chengxiu，LI U Xin g,e t a l.Experimental research on beneficiation for a low-gradespodumene ore in Western Sichuan JJ.NonferrousMetals(Mineral Processing Section),2017(5):42-45,50.4钱志博，周少珍，孙志健，某低品位锂辉石矿石浮选试验研究J.有色金属（选矿部分），2 0 19（6）：6 2-6 8.QIAN Zhibo,ZHOU Shaozhen,SUN Zhijian.Researchon the flotation of a low grade spodumene oreJ.Nonferrous Metals（M i n e r a l Pr o c e s s i n g Se c t i o n ),2019(6):62-68.5综海.重介质选矿技术及其在锂辉石选矿中的应用J.新疆有色金属，2 0 18，40（增刊1）：7 1-7 3.XIAN Hai.Heavy medium separation technology andits application in spodumene beneficiationJJ.XinjiangNonferrous Metals,2018,40(Suppl.1):71-73.6汪泰，胡真，王威.锂铍稀有金属选矿及综合利用研究现状及展望J.有色金属（选矿部分），2 0 2 0（6）：2 4-2 9.WANG Tai,HU Zhen,WANG Wei.Research statusand prospects of lithium beryllium rare metalsbeneficiation and comprehensive utilization J.Nonferrous Metals（M i n e r a l Pr o c e s s i n g Se c t i o n）,2020(6):24-29.（本文编辑刘水红）