湖南某鋰云母與長石綜合選礦試驗研究*

彭少偉 王兆連 張洪秀 劉風亮 王 前 盧 昊魏守江 竇海濤 王寶春 白子嬌 金寶靜

(1 山東華特磁電科技股份有限公司 山東 濰坊 262600)

(2 山東省磁力應用技術裝備重點實驗 山東 濰坊 262600)

我國是重要的鋰資源大國,已探明的鋰礦資源工業儲量位于全球第二位,主要分布于四川、江西、新疆、青海、西藏、湖南、湖北、河南及福建等[1]。具有工業利用價值的含鋰礦物主要為鋰輝石、鋰云母及鹽湖鹵水等,其中鋰云母是最常見的含鋰礦物,一般產于花崗偉晶巖中,常伴有長石、石英、黑云母、鉭鈮礦、錫石、氧化鐵等礦物。鋰云母作為提取金屬鋰、碳酸鋰和鋰化學制品的主要原料,廣泛地應用于鋰電池、冶金、玻璃、陶瓷、醫藥、化工等領域[2]。近年來,隨著綠色環保的新能源快速發展,對鋰電池原材料的需求量隨之大幅度地增加。目前,國內鋰云母加工企業主要采用“磨礦—脫泥—浮選”工藝進行選礦回收,在浮選前需以水力旋流器預先脫除影響浮選指標的細泥,部分細片狀鋰云母同時損失于溢流的細泥中,降低鋰金屬量的回收率;同時浮選藥劑對水、土壤、空氣等環境形成一定的影響[3]。隨著立環、電磁漿料、超導等強磁選設備工藝與技術的發展及綠色環保政策的落實,越來越多的生產企業開始選擇“磁選+浮選”工藝進行鋰云母及長石的綜合回收。

湖南某鋰云母選礦廠采用“脫泥—浮選”的常規工藝,脫除的細泥中鋰損失率約17%,一粗二掃三精選的浮選回收率約70%,長石精礦產率約50%。筆者主要通過常規磁選、分級磁選、浮選提純等工藝與常規“脫泥—浮選”的對比研究,在提高鋰回收率的同時,產出兩種粒度高品質長石精礦產品,大幅度降低了尾礦排放量,使鋰云母與長石及細泥得到綜合回收和利用。

1 原礦性質

礦樣取自湖南臨武鋰云母生產現場,原礦化學多元素分析結果(見表1),其主要礦物組成及含量(見表2)。由表1 可知,樣品中的有益元素為Li2O、SiO2、Al2O3、K2O、Na2O 等,有 害 元 素 為Fe2O3、CaO、Mg O、S、P、CaF2等。由表2可知,樣品中有價礦物為鋰云母、鐵鋰云母、鋰輝石、石英、鉀長石、鈉長石等。此外,還分布有少量的白云母、螢石、黑云母、褐鐵礦、鐵白云石、角閃石、磁鐵礦、黃鐵礦、錫石等。鋰云母、鐵鋰云母、白云母、黑云母等礦物均呈鱗片狀構造,與石英、長石等礦物之間單體解離程度高,主要賦存于+0.038 mm 粗粒中。主要雜質礦物:褐鐵礦、黑云母、磁鐵礦、鐵白云石、角閃石、磷灰石、硫鐵礦、螢石等含量較低。

表1 原礦多元素分析結果(質量%)

表2 原礦主要礦物組成及含量(質量%)

2 試驗研究

2.1 試驗方案

鋰云母的可浮性與云母相近,浮選工藝不僅在酸性介質中采用陽離子捕收劑浮選;而且在堿性介質中采用陰離子捕收劑進行浮選。兩種工藝均需預先脫泥,以降低細泥質對浮選過程的影響,且需多次精選[4]。鋰云母呈片狀構造常含有少量的鐵、錳、鈦,尤其是鐵鋰云母,分子式中含有一定量的鐵,故具有弱磁性,可采用高梯度磁選機進行強磁選回收。目前常用的強磁選設備主要為立環高梯度磁選機、電磁漿料高梯度磁選機及超導磁選機等[5]。

磁選工藝主要選擇處理量大、能耗低的立環和電磁漿料高梯度磁選機進行磨礦細度、場強、粗選、掃選、精選、分級磁選等條件對比,采用不同的磁選工藝對鋰云母及長石進行綜合回收。

2.2 磨礦細度試驗

將鋰云母礦石分別破碎、磨礦至-200 目52%、64%、76%三種細度、礦漿濃度為30%、選擇立環高梯度磁選機的磁場強度為1.2 T、15 Hz脈動等條件進行一次粗選對比試驗,以確定合適的磨礦細度條件。對比試驗選礦指標(見表3)。磨礦細度對比指標顯示,鋰精礦品位隨著細度的增加而降低,回收率隨著細度的增加而提高,尾礦鋰含量相對降低。說明在粗磨礦條件下,礦物間解離度不足,在細磨礦條件下,礦物產生泥化現象;綜合各選礦指標,以-200目64%的磨礦細度條件較為適宜。尾礦中Li2O 含量為0.20%,提高磁選時的磁場強度,以提高選礦回收率指標。

表3 磨礦細度對比試驗結果

2.3 磁選強度試驗

磨礦細度-200目64%、30%礦漿濃度等條件,選擇立環高梯度磁選機分別做1.2 T、1.4 T、1.6 T 等不同磁場強度條件一次粗選對比試驗,場強對比選礦指標(見表4)。

表4 磁場強度對比試驗結果

通過提高磁場強度對比試驗指標顯示,精礦品位隨著場強的提高而逐步降低,回收率則逐步提高,其中1.4 T 場強時的選礦效果較優,可獲得產率為25.93%、Li2O 品位為1.08%、回收率為68.29%的粗精礦產品。

3種條件所得尾礦中,Li2O 含量最低為0.18%,需考慮增加掃選流程并提高磁場強度以提高回收率;立環強磁選出的粗掃精合并精選,以提高精礦品位。

2.4 常規磁選試驗

采用30%礦漿濃度、-200目64%細度,立環高梯度磁選機經1.4 T 一次粗選、1.6 T 一次掃選,混合粗精礦再經1.4 T 一次精選的試驗流程進行鋰云母與長石的常規磁選綜合回收,選礦工藝流程(見圖1),選礦試驗指標(見表5)。

圖1 常規強磁選鋰試驗流程

表5 強磁粗掃精選試驗結果

采用立環高梯度磁選機一粗一掃一精選的開路試驗流程,可分別得到產率為16.58%,Li2O 為品位1.63%、Li2O 回收率為64.29%的鋰精礦產品,及產率為69.06%、Fe2O3為0.69%、白度為42.68%的長石精礦產品。從常規強磁選工藝指標分析,精礦中Li2O 回收率不高,中礦所含的Li2O 可以返回粗選再次回收,鋰的回收率還有待提高。但所獲得的長石精礦中Li2O 含量仍較多為0.14%、Fe2O3含量同樣較高為0.69%,在1 200℃所測白度僅為40.68%,說明一部分鋰云母及其他含鐵礦物沒有得到有效選別。

2.5 粒度篩析試驗

對磨礦細度-200目64% 經立環一粗一掃選所獲得的長石精礦產品進行粒度篩析,其結果(見表6)。長石精礦粒級篩析結果顯示,+0.074 mm 粗粒級和0.074～0.038中粒級中Li2O 含量低于給礦品位,說明立環高梯度磁選機對粗、中粒級鋰云母有較好選別效果。而-0.038 mm 細粒級中Li2O 含量為0.23%,遠高于給礦品位,分布率為59.71%,說明常規磁選對這部分細粒級鋰云母難以回收,選擇電磁漿料高梯度磁選機強化對細粒中鋰云母及其他含鐵礦物綜合選別。

表6 粒度篩析結果

2.6 分級磁選試驗

-200目64%細度原礦經立環高梯度磁選機一次粗選,尾礦以水力旋流器分級,其中+0.038 mm 中粒級產品經立環高梯度一次掃選,立環粗掃精合并后再經立環一次精選;-0.038 mm 細泥經電磁漿料磁選機一次粗選+一次精選,分別獲得中、細粒兩份鋰云母精礦產品及中、細粒兩份長石精礦產品。試驗流程見圖2,選礦指標(見表7)。

圖2 分級磁選試驗工藝流程

表7 分級磁選試驗結果

原礦經立環將易選的鋰云母選出,磁尾分級粗粒和細粒兩種細度,分別選擇適于粗粒級礦物選別的立環磁選機和適用于細粒級礦物選別的電磁漿料磁選機進行分級磁選,能取得較好的選礦指標,鋰的總回收率達到87.79%,較常規磁選回收率78.57%提高至9.22%;粗細粒兩種長石精礦中的Li2O 含量分別降為0.04%、0.09%,白度分別達到61.53%、42.70%,高于常規磁選的長石質量;中礦Li2O 含量為0.68%,可返回粗選作業進行回收。

2.7 磁+浮與脫泥浮選對比試驗

原礦分級強磁選出的粗細?；旌箱嚧志V采用堿性介質、陰離子HT 作捕收劑、一粗一掃一精選的流程。分級磁選+浮選閉路試驗流程見圖3,與常規脫泥一粗一掃一精選的浮選試驗對比結果(見表8)。

圖3 分級磁選+浮選提精閉路試驗流程

表8 磁+浮與脫泥浮選對比試驗結果

常規“脫泥—浮選”工藝中,細泥質中的Li2O 損失率占17.07%,鋰精礦品位達到2.65%、回收率為70.73%,所得長石精礦產率為49.61%、白度為62.05%;采用分級磁選+浮選工藝,鋰精礦品位達到2.57%、回收率為82.93%。較常規“脫泥—浮選”工藝相比,分級磁選+浮選工藝所獲得鋰精礦品位相近,回收率提高了12.20%;分級磁選工藝可強化鋰云母及弱磁性氧化礦物的回收,分別獲得白度為60.68%、41.82%的粗細粒兩種長石精礦產品,長石精礦總產率較常規“脫泥—浮選”工藝提高了25.06%,同時降低27.81%的尾礦排放量。

綜上所述:①花崗偉晶巖型鋰云母礦中主要有價礦物為鋰云母、鐵鋰云母、長石、石英等,主要雜質礦物為氧化鐵、硅酸鐵等。采用常規浮選工藝時需提前脫除影響浮選過程的細泥質,部分呈細片、微細片狀鋰云母與細泥隨著上升水流經溢流排出,造成鋰金屬量的損失;浮選時需添加大量的調整劑、抑制劑、捕收劑,增加生產成本,加大環保壓力。②采用強磁選工藝及設備可有效地回收鋰云母,尤其是選擇立環和電磁漿料高梯度磁選機等強磁選設備,進行粗細粒分級分選,可大幅度地提高鋰云母的回收率及長石的品質;分級強磁選+浮選組合工藝,可獲得產率為13.25%、Li2O 品位為2.57%、Li2O 回收率為82.93%的鋰精礦產品;粗細粒分級磁選工藝強化弱磁性雜質礦物的選別,可獲得產率為44.51%、Fe2O3為0.15%、白度為60.68%的粗粒長石精礦及產率為30.16%、Fe2O3為0.53%、白度為41.82%的細粒長石精粉等兩種產品,使有價礦物得到充分地綜合回收利用,可節省浮選藥劑成本,減少尾礦排放量,為礦山企業創造更高的生產效益。