石墨浮选效果，如何“高人一等”？

 石墨矿石一般需要经过选矿将其固定碳含量提高至90%甚至95%以上才具有较高工业价值，由于石墨具有良好的天然可浮性，因此，浮选是石墨最常用的选矿方式。   浮选是利用工艺调整矿石颗粒的表面疏水性，通过提高一部分颗粒表面疏水性而产生气泡碰撞，让矿石的部分物质能随着浮游分离出来，实现材料的选择性分离。   1、石墨杂质种类   石墨矿通常与其他金属与非金属矿伴生，石墨中常见的金属杂质包括铁、铝、钙、镁、钾、钠等。铁是最常见的金属杂质，通常会以氧化铁、碳酸铁等形式存在于石墨中。   也有研究报道会有其他贵金属与稀有金属，如贵金属金银或稀有金属钒等。石墨中常见的非金属杂质包括硅、硫、氧、氢等元素。其中硅是最常见的非金属杂质，通常以石英的形式存在于石墨中。硫也是常见的非金属杂质，常见的硫化物矿物为黄铁矿、黄铜矿等。   2、石墨浮选技术   （1）浮选工艺及原理   浮选工艺具有成熟度高、设备简单、能耗低、生产成本低的优点。换言之，其能够通过简单的手段实现石墨品质较大的提升。   现阶段工业生产中基本上所有的天然石墨均采用浮选来进行分选，选矿技术采用多段磨矿、多段选别的工艺流程，并在此基础上，针对不同性质的矿石研究更有效、更合理的设备及流程，从而最大限度地提高固定碳含量和保护石墨鳞片结构。   浮选法工艺流程主要包括：多段磨矿、多段选矿和中矿返回流程。工艺流程及原理大致如下：首先将原始石墨矿石经过破碎和磨矿处理，使石墨与其他矿物物理上分离。进而将石墨矿石和一些化学试剂混合在一起，通过浸泡降低石墨和其他矿物的表面张力，使其易于分离。后经粗选，扫选与精选过程，通过物理、化学方法进一步提高石墨的纯度和品质。   某研究中不同中矿处理方法的浮选指标     （2）浮选剂的种类   在浮选过程中为了提高石墨矿的可浮性需要添加一定量的浮选剂。浮选剂的种类根据其作用不同可分为捕收剂、起泡剂、pH调节剂、抑制剂。其中，捕收剂如柴油、煤油、硫酸盐和羧酸盐等；起泡剂如松节油、醇醚、丁醚油等；pH调节剂如石灰、碳酸钠等；抑制剂常用的有石英石、水玻璃等。根据实际操作环境选择合适的浮选剂种类，以及新型浮选剂的应用是浮选法的研究热点。   （3）石墨浮选效果影响因素   按可浮性划分，鳞片石墨的可浮性最好，致密晶质石墨次之，隐晶质石墨的可浮性最差。在石墨浮选中，石墨精矿质量受浮选速率影响，而影响浮选速率的因素很多，主要可分为2类，第1类为浮选工艺参数，如叶轮转速、充气量、气泡大小、浮选药剂种类及用量等；第2类为矿物颗粒自身的性质，如粒度、疏水性等。   3、石墨浮选研究进展   （1）粉碎技术对细鳞片石墨浮选的影响   刘浩然等通过对比不同粉碎产物的粒度组成和浮选精矿的粒度组成，得出高压辊磨产物和球磨产物的分离和护片效果，揭示了细鳞片石墨的解离和保护机理。研究结果表明：基于石墨鳞片本身的韧性和高压辊磨粉碎过程的线接触，高压辊磨对石墨鳞片有明显的保护作用，促进石墨的解离。浮选动力学试验表明：高压辊磨产物在实际生产中显著提高了细鳞片石墨的浮选速率和浮选指标。扫描电镜分析结果表明：高压辊磨促进裂隙沿着石墨和脉石的共生界面产生，促进了石墨的解离和鳞片的保护。该研究为细鳞片石墨保护和高效解离提供了理论指导。   高压辊磨产物和球磨产物浮选精矿的SEM观察结果     高压辊磨和搅拌磨产品粗选精矿扫描电镜图   （2）选矿工艺参数和再磨设备对石墨浮选效果的影响   刘海营等对大鳞片石墨矿的选矿工艺参数和再磨设备进行了优化，采用粗精矿球磨加搅拌磨，五次再磨七次精选的流程将固定碳含量由39.87%提高到96.61%。研究结果表明，选择合适的浮选设备、磨矿时间及精选次数对提高石墨的纯度有非常重要的作用。   精选次数对石墨浮选效果的影响   （3）不同石墨矿对浮选效果的影响   任军武等通过浮选试验研究发现，石墨选矿效果很容易受到选矿流程、磨矿细度、捕收剂和起泡剂的影响。其中，增加粗磨磨矿细度有利于提高细鳞片石墨矿的精矿指标，在对粗精矿进行多段再磨和浮选处理后，可以得到更优良的精矿指标；而隐晶质石墨矿则不需要过高粗磨磨矿细度，可以通过再磨过程对矿石进行适当粉碎，使其逐渐单体解离，试剂用量方面则要比处理细鳞片矿加的更多，起码要高出两倍。   （4）石墨性质对石墨浮选速率的影响   魏少巍等针对莫桑比克、湖北宜昌、吉林等10个来源的石墨精矿开展了接触角测试、晶体结构特征分析及浮选速率试验。结果表明：石墨精矿浮选速率符合经典一级动力学模型；石墨化度与浮选速率成正相关，石墨化度越高的石墨，其浮选速率越快，精矿固定碳含量越高；大鳞片石墨一般具有较高的石墨化度，其浮选速率较细鳞片石墨及隐晶质石墨快，因此其精矿固定碳含量较高。   4、展望   研究表明，目前石墨选矿的研究主要集中于以下3个方面：   ①保护石墨大鳞片选矿设备与工艺，如“层压粉碎”及粗粒浮选设备的研究与开发。   ②中细鳞片及隐晶质石墨浮选工艺，如浮选柱及选择性聚团浮选在石墨浮选中的应用研究。   ③新型石墨浮选药剂，如复配捕收剂、乳化煤油及抑制剂等在石墨浮选中的应用研究。   参考文献 黄锋，石墨提纯与石墨基碳材料改性方法研究进展，晶日金刚石工业有限公司 郭润楠，天然石墨分选提纯及应用进展，东北大学 祝雯霞，石墨资源成矿规律与浮选技术研究现状，中南大学 魏少巍，石墨晶体结构与浮选速率的关系研究，武汉理工大学 刘浩然，高压辊磨对细鳞片石墨解离的影响，辽宁科技大学矿 任武军，不同特征石墨的浮选行为研究，内蒙古科技大学