印度东部低品位石墨矿浮选研究外文翻译资料

印度东部低品位石墨矿浮选研究

摘要：对于来自印度东部的低品位石墨矿我们通过浮选精选以提高其质量。该矿石由87.80％的灰分和8.59％的固定碳组成。首先进行初级粗湿磨（d80：186mu;m），然后在丹佛浮选槽中以柴油为捕收剂、松油为起泡剂进行粗选浮选，得到粗精矿。对该粗精矿再次研磨（d80：144mu;m），从而进一解离石墨。然后在实验室浮选柱中进行清洗。这种先粗磨后再磨，接着在浮选柱中清洗的组合方法使最终精矿产率为7.44％，最终精矿中含有89.65％的固定碳和6.00％的灰分。这种两段研磨的方法可以帮助最小化研磨能耗成本。基于这种方法开发了具有成本效益的概念流程。

关键词：石墨；解离；泡沫浮选；柱浮选；流程图设计

Flotation studies on low grade graphite ore from eastern India

Vasumathi N. Vijaya Kumar T.V., Ratchambigai S., Subba Rao S., Bhaskar Raju G.

（CS、IR-National Metallurgical Laboratory Madras Centre, CSIR Madras Complex, Chennai 600113, India）

1.基本介绍

石墨和金刚石是结晶碳天然存在的同素异形体。石墨是具有光泽的黑色碳矿物，相对柔软和滑腻，其莫氏硬度为0.5-1.0^[1]。全球石墨市场主要包括两种产品，即无定形石墨和鳞片石墨^[2]。

石墨通常是由于沉积物中有机质的变质作用而产生的。鳞片石墨被认为是来源于富含有机物质的细粒沉积物。随着变质程度的增加，含碳物质转化为无定形石墨^[1,3]。鳞片石墨基于晶体薄片的大小分类，根据其石墨碳含量和粒度分级。微晶石墨在商业上称为非晶质石墨。只含有约10％固定碳（FC）的低品位矿石需要在销售前不断地进行选矿以提高质量。

石墨选矿流程取决于矿体中存在的脉石矿物的性质和缔合。由于石墨天然的疏水性，它可以通过浮选较容易地富集^[3-5]。由于高品位石墨精矿适用于耐火材料、电池和润滑的应用^[6,7]，泡沫浮选工艺被广泛地采用。浮选主要是利用矿物表面性质的差异，主要是石墨的疏水性^[8-12]。在泡沫浮选中，石墨矿用烃油处理以增强疏水性，并进而回收^[13]。柴油和松油对浮选性能的影响已经在之前讨论过，这里不再赘述^[14]。在精益生产及微细浸染型矿石的情况下，细磨是释放脉石矿物价值所必需的^[15,16]。为了通过常规浮选获得所需品位的精矿，若干阶段的清洗是必要的。在这种情况下，通过浮选柱的选矿是有效的，并且整个过程成本可行。通过常规浮选池的三级清洗所能达到的精矿质量可以通过浮选柱的单级清洗来实现^[17,18]。维护成本低和电路复杂性不高是浮选柱的优点。因此，柱浮选在矿物工业中占有越来越重要的地位。另外，研究人员使用机械单元和柱浮选槽对低品位石墨矿的利用进行了研究^[19-22]。本研究旨在通过结合常规浮选和柱浮选技术以及通过两阶段研磨对来自印度东部的低品位石墨矿石进行富集。

2.实验

2.1 实验材料

该低品位石墨矿是从印度的Jharkhand州开采的。 首先将矿石分阶段粉碎，然后充分混合。 取矿样用于化学分析，结果如表一所示。可以观察到灰分含量较高，表明该石墨矿品位较低。

研究发现碳酸盐矿物方解石和硫化矿物黄铁矿斑点的痕迹与样品中的挥发物的有关。

2.2粒度分析

在BSS筛上对破碎后的石墨矿石进行粒度分析，将保留在每个筛网上的重量百分比及其灰分值记录于表2中。该石墨样品的d80为605mu;m。从表2的结果可以看出，在所有成分中灰分含量高于88.83％。这意味着石墨并未解离，在试图回收石墨之前需要进一步降低粒度。

2.3矿石的矿物学

对石墨矿进行矿物学特征测定以确定石墨碳含量和晶体鳞片尺寸的大小。这两个性质决定了石墨的经济价值，也为选矿研究提供了基础。在光学显微镜下的岩相学特征（图1）表明，样品主要由分散在二氧化硅基质中的细的和厚的薄片形式的石英和石墨以及少量的云母（黑云母）组成。

2.4 X射线衍射分析

对石墨矿进行X射线衍射研究矿物相分析，特别是非石墨矿物的鉴定^[23]。 X射线衍射图如图2所示。在该衍射研究中使用具有0.154nm波长的铜-Kalpha;辐射的特征X射线。发现样品主要由石英和少量石墨和云母（黑云母）组成。石英峰的高强度以及云母的存在表明了矿石的高灰分含量。

2.5柱浮选

在本研究中的浮选试验使用74mm直径实验室规模的浮选柱，该浮选柱由印度CSIR-NML马德拉斯中心设计和制造。使用高度为5000mm，内径为74mm的Plexiglas浮选柱。该浮选柱的设计允许改变各种参数，例如柱高、进料注入点、空气流速和进料流速。进料注入点大约位于柱的三分之二处。气泡发生器（spar-ger）是一种在马德拉斯中心设计的内置式气泡发生器。使用电子控制计量泵来进料和排出浆料。泵被设计成输送准确测量体积的矿浆，误差为plusmn;3％。泵送速率可以通过来自遥控单元的信号手动或自动调节。还提供了泵送速率的数字显示。差压变送器用于在浆液和泡沫相之间保持恒定的水平。由发射器产生的输出信号与尾矿泵的冲程控制器成环，使得泵送速率可以自动变化以将界面水平保持在固定深度的泡沫。控制器配有警报，如果输入信号低于或超过输入的0％和100％，可以设置警报。在稳态条件下，界面水平可以保持在恒定的高度，误差为plusmn;10mm。使用差压调节器和针阀的吹扫转子流量来控制空气和洗涤水的流量。选择这种类型的转子流量计以使流量随入口和出口压力变化量最小化。在中心开发的整个自动化柱如图3所示。每次实验时，将足够量的材料吸入调节器中并用试剂调节。调节的浆料通过进料泵送入柱中。在稳定状态下，即在使柱运行三倍全程矿浆停留时间之后，再收集样品用于分析。已知Delviller等人提出的柱测试程序^[24]。在测试中使用的柴油和松油是商业级的。

3.结果与讨论

首先将低品位石墨矿分级粉碎，随后使用实验室球磨机以186mu;m（d80）进行初级粗湿磨。在研磨过程中加入硅酸钠以在随后的浮选中用作石英和云母的还原剂。在D12丹佛浮选槽中进行Rougher浮选以尽可能多地去除初级尾矿形式的煤矸石，其中石墨损失量最少。将粗精矿进行再研磨（d80：144mu;m）以进一步解离石墨。将这种较粗的精矿用作实验室规模浮选柱的进料以优化其操作参数。

除非另有说明，所有柱浮选试验均在自然pH值及12％的固体重量的条件下进行。使用常规试剂进行测试，即柴油作捕收剂，松醇油为石墨浮选起泡剂，研究各种浮选柱操作参数如浮沫深度，洗涤水流速，空气流速和进料浆料流速对浮选工艺的性能和效率的影响。

3.1 泡沫深度变化的影响

泡沫深度调节至使用YS 170控制器环差压变送器（DPT）和尾矿排放泵所需的值。 在300至500mm的不同泡沫深度进行测试。 其他操作参数为，保持在0.69cm / s的表观进料速度，0.13cm / s的表面观洗涤水速度和0.75cm / s的表面观空气速度，其结果如图4所示。 夹带的脉石在泡沫中的排斥反应取决于它的高度或深度。 在300mm泡沫深度处观察到相对较高的回收率的精矿和同样相对较高的灰分含量， 这是由于在高的表观空气速度下，一些细脉石可能被错误地进入到到泡沫相中。 如果没有足够的泡沫深度，脉石将与石墨精矿混杂在一起，就像该泡沫深度处所发生的情况一样。

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图1. 石墨矿岩相图像

左图为分散在二氧化硅基质中的长石墨薄片 右图为在二氧化硅基质中的厚的纤维状石墨

（注）Silica matrix: 二氧化硅基质 Graphite: 石墨 Mica: 云母

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图2. 石墨矿的射线衍射图

（注）Diffracted intensity: 衍射强度 Quartz: 石英 Mica: 云母 Graphite: 石墨

图4. 泡沫深度变化对精矿回收率和灰分的影响

（注）Froth depth: 泡沫深度 Ash: 灰分 Wt.recovery: 重量回收率

图3. 实验室浮选柱示意图

洗涤水分配器 B.DPT C.进料流量指示器 D.过程控制器 E.洗涤水流量计 F.空气流量计 G.给料泵 H.尾泵 I.洗涤水泵 J.给料料调节器 K.压缩机 L.进料段 M.空气分布器 N.精矿排矿口

图5. 表观水洗速度变化对回收率和品位的影响

（注）Superficial Wash Water Velocity: 表观水洗速度

随着泡沫高度增加到400mm，泡沫中的颗粒由于气泡的聚结而经过重复的分离/再附着过程。在这个过程中，具有足够疏水性的自由连锁石墨颗粒只会上浮。由亲水的石英组成的脉石将最终进入到矿浆相。因此，随着泡沫深度增加到400mm，最终精矿的品位有所改善，但回收率从8.77％略微下降至8.36％。当泡沫深度进一步增加到500mm时，出现了“泡沫回落”的现象。在这种情况下，泡沫由于泡沫中固体的过多积聚而塌陷到矿浆相中。即使它没有导致回收的损失，还是观察到在浓精矿中灰分含量的边际增加。这可能是由于浆液 - 泡沫界面的高度干扰状态的普遍性以及脉石可能错位于泡沫相中。由于“泡沫回落”现象，泡沫被固体过载，所以不能继续超过500mm的泡沫深度的测试。因此，优化400mm的泡沫深度下的情况，最后精矿重量回收率为8.36％，灰分含量为6.25％。

3.2 洗涤水流速变化的影响

通过淋浴状布局引入洗涤水，其固定在距离柱的顶端20mm的距离处，以使得喷淋水均匀分布在柱横截面上。在柱浮选技术中，将收集的固体转移到流槽中所需的偏压水由洗涤水提供。偏压水替代了从泡沫中自然排出的水并且促进泡沫稳定性。因此，洗涤水流通过更换泡沫中的进料水从而控制回收，从而控制亲水性脉石颗粒。通常，洗涤水的速率保持尽可能低，使试剂的不必要稀释最小化。

经过研究洗涤水流速变化对石墨浮选的影响，回收率的结果如图5所示。浮选柱的操作参数保持在0.69cm / s的表观进料速度，400mm泡沫深度和0.75cm / s的表观空气速度。

可以观察到，当表观洗涤水速度从0.08cm / s增加到0.13cm / s时，精矿的灰分含量从7.59％降低到6.25％，并且回收率从8.63％下降到8.36％。如果加入足够的洗涤水，泡沫中的进料水会由于正偏压而回到矿浆相。它携带夹带/截留的脉石连同它回到浆料相中。因此，在这种表观洗涤水速度下

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