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| 保護石墨大鱗片的工藝研究進展 |
| 來源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時間：2015-01-23 10:53:07 瀏覽次數(shù)： |
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（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）石墨根據(jù)其結(jié)晶不同，分為晶質(zhì)石墨(鱗片)和隱晶質(zhì)石墨(土狀)兩類。其中鱗片石墨的特點是品位不高，其固定碳含量一般不超過10%，特別富集地段可達20%以上，因其結(jié)構(gòu)呈片狀及良好的表面性質(zhì)，使其具有良好的天然可浮性，是自然界中可浮性最好的礦物之一。但又因為它的特殊性質(zhì)，在選別中特別是磨礦過程中，鱗片結(jié)構(gòu)容易遭到破壞，所以它對選礦工藝有特殊要求，即在保證精礦品位要求的同時還要盡量提高大鱗片石墨的產(chǎn)率。
1 鱗片石墨保護的意義
鱗片石墨根據(jù)其鱗片的大小分為大鱗片石墨和細鱗片石墨，通常大鱗片是指+50目、+80目、+100目的鱗片狀石墨，低于這些目數(shù)的鱗片石墨叫做細鱗片石墨。
大鱗片石墨較細鱗片石墨來說具有更大的價值。表現(xiàn)在：①在鱗片石墨的經(jīng)濟價值上，同樣品位下，大鱗片石墨價格是細鱗片的數(shù)十倍；②在鱗片石墨的用途上，制造坩堝及膨脹石墨等必須使用大鱗片石墨，細粒級的不能使用或者很難使用；在石墨烯的制備原料中，大鱗片石墨更利于石墨烯的生成；③在鱗片石墨的自身性能上，大鱗片石墨要優(yōu)于細鱗片石墨，如潤滑性，石墨鱗片越大，摩擦系數(shù)越低，潤滑性越好；④在鱗片石墨生產(chǎn)上，大鱗片石墨除了在原礦中提取之外，現(xiàn)代的工業(yè)技術(shù)無法生產(chǎn)合成大鱗片石墨，鱗片一旦被破壞就無法恢復(fù)，而細鱗片通過大鱗片破碎即可得到；⑤從儲量上看，我國大鱗片石墨儲量低，在選別過程中由于復(fù)雜的再磨流程致使石墨鱗片破壞嚴重，產(chǎn)量較少，導(dǎo)致市場供不應(yīng)求。
選別過程中要注意保護石墨大鱗片。大鱗片石墨用途廣、資源少、價值高，所以在生產(chǎn)中必須盡量保護大鱗片不被破碎。
2 保護石墨大鱗片的研究進展
針對我國石墨礦選礦的現(xiàn)狀，探索石墨浮選中如何保護石墨鱗片不被破壞，提高大鱗片石墨的產(chǎn)率及精礦質(zhì)量，國內(nèi)外研究人員從磨礦設(shè)備、磨礦介質(zhì)、重選工藝、浮選工藝、再磨工藝等方面進行了大量的研究，都已取得可喜的進展。影響大鱗片破損和精礦品位的因素很多，如磨礦介質(zhì)、磨礦細度、再磨段數(shù)、浮選設(shè)備等，目前研究工作主要都集中在磨礦設(shè)備和再磨段數(shù)以及浮選新工藝方面。
2.1 磨礦設(shè)備與介質(zhì)
在石墨選礦中，磨礦效果的好壞直接影響精礦品位高低和大鱗片產(chǎn)率的多少，因此，合理選擇再磨設(shè)備是至關(guān)重要的。不同形狀的磨礦介質(zhì)對保護石墨大鱗片有不同影響。研究結(jié)果表明，由于磨礦介質(zhì)的形狀不同，介質(zhì)與礦物接觸的方式不同，其磨礦效率和對石墨大鱗片的保護程度也不同。球磨再磨機并不能有效地實現(xiàn)保護石墨大鱗片的目的，因此，對再磨設(shè)備的合理選擇進行探討是非常重要的。
袁慧珍從磨礦入手，用球、棒、柱及筒棒四種不同形狀的磨礦介質(zhì)對石墨磨礦過程中保護大鱗片石墨進行了研究，選別流程僅采用了一次磨礦、一次粗選、三次精選。其研究結(jié)果表明，筒棒介質(zhì)在石墨的磨礦中對保護大鱗片效果優(yōu)于其他介質(zhì)，不過磨礦效率要低于其他介質(zhì)。
謝朝學(xué)指出如果石墨選礦采用筒棒介質(zhì)磨礦、充填式浮選機選別，可提高大鱗片的回收率，又可提高粒礦質(zhì)量，在同等條件下可減少1～2次精選作業(yè)，通過減少選別作業(yè)來達到保護大鱗片石墨的目的。
宋廣業(yè)從鱗片石墨的破磨特性出發(fā)進行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)沿石墨結(jié)晶層面旋加碾磨力的盤磨機、碾磨機等能較好地適應(yīng)鱗片石墨的層狀結(jié)晶特性，起到保護大鱗片的作用。呈線接觸的棒磨機比呈點接觸的球磨機磨礦效果好。此外，適當降低球磨機的轉(zhuǎn)速，采用長筒體的管磨機和小球，均對提高大鱗片產(chǎn)率有好處。另有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，振動磨與砂磨機作為石墨精礦再磨設(shè)備，磨礦作用方式和碾磨機相似，也能保護石墨大鱗片。
劉文質(zhì)用新型的立式磨機進行工業(yè)試驗，研究發(fā)現(xiàn)立式磨礦機能作為一種高碳石墨選礦新設(shè)備，并能提高大鱗片保護率。
米國民等分析石墨礦的破碎理論，選用高效立式螺旋攪拌磨或振動磨作為石墨再磨設(shè)備進行試驗研究，認為立式螺旋攪拌磨不但磨礦效率高，而且對保護石墨大鱗片、提高精礦品位很有好處。立式螺旋攪拌磨是我國最近發(fā)展起來的一種新型高效磨礦設(shè)備。易操作，穩(wěn)定可靠，目前已有多家單位生產(chǎn)這種設(shè)備。
楊香風(fēng)發(fā)現(xiàn)在最佳藥劑條件下浮選所得粗精礦為原料，分別采用錐形球磨機、行星式球磨機、攪拌球磨機、臺式振動磨對粗精礦進行再磨介質(zhì)以及介質(zhì)不同配比對保護石墨晶體的影響，結(jié)果表明，攪拌球磨機磨礦后品位提高最大，振動磨及柱介質(zhì)對石墨晶體保護效果最佳。在最佳的再磨工藝條件下，進行粗精礦再磨細度、開路試驗、中礦返回方式以及閉路試驗，最終獲得石墨精礦固定碳96.34%，回收率94.11%，+0.15mm級別產(chǎn)率16.17%(固定碳含量95.43%)，尾礦固定碳0.69%的優(yōu)良選別指標。這在石墨再磨設(shè)備選擇上屬較為系統(tǒng)的探索研究。
2.2 重選
重選也能起到提早回收鱗片石墨，保護鱗片結(jié)構(gòu)的作用。有資料顯示，以石英為主的脈石密度約2.6，而純凈的石墨鱗片密度是2.24，兩者密度相差不大，比值較小，屬極難選礦物，僅靠密度差幾乎無法分離。但經(jīng)試驗表明，礦石采用搖床選別，除密度差起作用外，不同形狀礦物也可以起到富集作用。在密度接近的前提下，石墨鱗片由于迎水面積大則受水的阻力大，下沉速度慢，居床面上層，而迎水面小的脈石受水的阻力小，下沉速度快，居床面底層。因此石墨鱗片受床面橫向水流的作用力大，受縱向水流作用力小，而脈石礦物則相反，從而產(chǎn)生明顯分帶，達到了分選的目的。
Patil等對印度Rajpura-Dariba地區(qū)的石墨礦進行試驗研究，通過單一浮選，石墨精礦無法達到要求的品位，采用浮選和重選聯(lián)合工藝可使最終石墨精礦達到高碳用石墨標準。亦有研究者采用浮選—搖床—浮選流程，將粗選精礦進入搖床作業(yè)，能有效地起到分級和富集大鱗片石墨的作用，避免了大鱗片的過磨和脈石對它的損壞。該流程較好地解決了不必要的再磨和避免脈石損壞石墨鱗片的問題，有效提高了大鱗片石墨的產(chǎn)出率。
2.3 磨—浮新工藝
鱗片石墨具有非極性礦物表面，用中性油類捕收劑比較容易浮選，這只是針對單體解離好的石墨礦。但是石墨本身具有潤滑性，磨礦時與脈石單體分離困難。特別是對其細粒級的選別，用普通浮選機選別效率低，且工藝流程長(一般是三磨七選)，因此應(yīng)選擇一種保護大鱗片多收早收而又簡 單的工藝或新方法。
許多研究者為尋求一種保護大鱗片多收早收而又簡單的工藝流程或新方法，進行了大量的研究工作，已取得可喜的進展，如用充填式浮選柱浮選鱗片石墨，提早回收大鱗片石墨；也有學(xué)者采用充填式浮選機進行浮選研究，能減少石墨精選次數(shù)，起到保護大鱗片的作用。
此外，岳成林進行了鱗片石墨快速浮選工藝流程試驗研究。試驗結(jié)果表明，與普通浮選工藝相比，快速浮選工藝能夠使近80% 粗精礦減少一次再磨，且使石墨精礦品位提高1.15%、回收率提高4.28%、石墨大鱗片的產(chǎn)率也得到顯著提高和保護。保護石墨大鱗片的措施是在選別過程中采用再次磨礦再次選別的流程，把每次磨礦得到的單體解離的石墨及時選出來，防止再磨鱗片遭到破壞。
劉渝燕等針對山東省某晶質(zhì)石墨礦采用階段磨礦階段選別預(yù)先分目這一新工藝進行選別，獲得了不同粒級的高碳石墨產(chǎn)品，同時提高了石墨大鱗片產(chǎn)率。有后續(xù)研究者也采用階段磨礦階段選別試驗和階段磨礦階段選別預(yù)先分目試驗，研究結(jié)果表明階段磨礦是保護石墨大鱗片的有效方法，同時，結(jié)合預(yù)先分目能更好地提高石墨大片率。
岳成林分析傳統(tǒng)的磨礦工藝，研究了鱗片石墨大片在磨礦過程中的破壞規(guī)律，發(fā)現(xiàn)石墨含量在20%～40%時，再磨對大片的破壞較小，提出新的磨浮工藝，用振動磨代替球磨，使用兩段再磨代替原來的四段再磨，精選次數(shù)也由原來的五次減少為三次。再磨和精選次數(shù)減少，簡化工藝流程、降低了選別過程中大鱗片石墨損失率。內(nèi)蒙古自治區(qū)礦產(chǎn)實驗研究所針對內(nèi)蒙古某地晶質(zhì)石墨礦進行鱗片石墨選礦工藝研究，為保護鱗片石墨，采用了預(yù)先選別選礦工藝，石墨精礦品位和回收率比普通浮選法分別提高.46%和3.59%。
肖偉麗對石墨礦進行分級磨礦浮選工藝研究，大鱗片石墨和細鱗片石墨分開磨礦—浮選的工藝即采用混目粗選，分級磨礦浮選工藝對黑龍江省雞西柳毛鱗片石墨礦進行選別，獲得不同粒級的高碳石墨產(chǎn)品，同時提高大鱗片石墨產(chǎn)率。這些都是采用新工藝選別鱗片石墨來起到保護石墨鱗片的作用，研究方式越來越新，效果也越來越好。
李哲在石墨浮選工藝的研究中利用自行裝配的真空浮選裝置來研究鱗片石墨的礦化、泡沫層中顆粒團聚特性以及鱗片石墨浮選礦化方式，泡沫層脫水規(guī)律，還用超聲波外場技術(shù)對石墨分選的調(diào)漿、藥劑乳化等進行強化。構(gòu)建多段磨礦、分級浮選、超聲波強化的鱗片石墨的浮選新工藝。此工藝能保護石墨大鱗片并能提高細顆粒的選擇性。
3 分析與展望
從資料中可以看出，現(xiàn)在越來越多的人重視對石墨大鱗片的保護研究，這是一個良好趨勢。
(1)在石墨選礦的磨機選擇上，振動磨、立式攪拌磨、棒磨機等具有剝磨剪切作用力的設(shè)備，對石墨 大鱗片保護作用較好；在磨礦介質(zhì)的選擇上，采用棒、筒棒等柱介質(zhì)對石墨大鱗片的保護磨礦較好。其原因是因為磨機對石墨的作用力是剝磨，剪切力，容易從礦物與脈石的結(jié)合處產(chǎn)生效果，使之既達到了礦物的單體解離，又起到了保護鱗片的效果；而磨礦介質(zhì)是因為對礦物的磨礦方式是線與面的接觸，因此在磨礦時，防止點接觸而破壞石墨鱗片。目前，大多數(shù)石墨選廠所用的磨礦設(shè)備大都是砂磨機、塔式磨、振動磨等十幾年前甚至更長年前的舊設(shè)備，需要新型石墨再磨設(shè)備，特別是新型石墨再磨攪拌磨機的替代。
(2)在重選工藝選別鱗片石墨上，雖然石墨和脈石的密度相似，但大鱗片石墨在搖床上受阻力大，沉降速度慢，而脈石礦物顆粒小，沉降速度快，所以能使之與脈石分離，預(yù)先分出大鱗片石墨達到保護大鱗片的作用。但因現(xiàn)在礦物資源都趨于貧、細、雜，所以重選在現(xiàn)時的石墨選別中較少使用，一般采用浮選流程。
(3)在石墨選礦工藝上，保護大鱗片石墨一般采用新型選別工藝，如階段磨礦階段選別快速浮選、多段磨礦—分級浮選—超聲波強化的鱗片石墨的浮選、混目粗選后分級磨礦浮選等工藝，其保護原理大致相同，既減短選別流程，提前并快速地分選出大鱗片石墨，又防止在再磨再選過程中使鱗片遭到破壞。鱗片石墨性能優(yōu)越，應(yīng)用前景廣闊，而我國大鱗片石墨資源少，價值高，保護石墨大鱗片的研究雖有所成果，但仍未廣泛引用于工業(yè)中。保護石墨資源特別是大鱗片石墨應(yīng)得到更廣泛的重視。
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