重色浮联合选矿工艺回收某花岗岩型锂辉石中的锂

刘广学 彭团儿 刘 磊 李树磊

（1.中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，河南郑州450006；2.自然资源部多金属矿综合利用评价重点实验室，河南郑州450006；3.中国矿业大学国家煤加工与洁净化工程技术研究中心，江苏徐州221116）

工业生产中，锂辉石分选常用的方法有手选法、热裂法、浮选法、磁选法、重悬浮液法等，或根据需求采用浮选—磁选、浮选—重选—磁选等联合工艺［1-2］。近年来，随着选矿新设备的不断研发，光电拣选设备在选矿领域取得了长足的发展［3-4］。具有代表性的色选机是根据物料光学特性的差异，利用光电探测技术将颗粒物料中的异色颗粒自动分拣出来的设备，在粮食、食品、颜料化工等行业有着广泛的应用，近年来该设备已逐步在钨锡矿、萤石、锌矿、锑矿、磷矿、石英、高岭土等矿山进行了试验推广［5-9］，分选效果理想，经济效益显著。

随着信息技术和新能源汽车的飞速发展，我国锂资源消耗逐年攀升。虽然我国锂资源较为丰富，但矿石型锂资源多为复杂难选的低品位矿资源，回收成本高；卤水型锂资源因存在较多亟待解决的问题尚未形成规模，因此国内资源已难以满足生产需求，需积极拓展海外市场［10-11］。

本研究以国外某花岗岩型锂辉石矿石为研究对象，基于矿石性质，探讨了重悬浮液分选、光电色选、浮选等工艺的分选效果，最终将各工艺进行有机组合，形成了重色浮联合工艺流程，全流程试验取得了理想的分选结果，研究成果对粗粒嵌布的锂辉石矿石的工业生产具有一定的指导意义。

1 试样性质

国外某锂辉石跳汰分选中矿，由国内某企业作为进口锂辉石精矿附加条件购入，年进口20～30万t，资源规模大，矿石品位高，具有较高的开发利用价值，为本次研究的试验样品。工艺矿物学研究表明，该试样属花岗岩型锂辉石，主要有价矿物为锂辉石，主要脉石矿物为长石、石英和云母，还有少量角闪石、烧绿石、绿泥石和黄铁矿等。锂辉石粒度大部分在1 mm以上，主要脉石和连生体粒度在2 mm以上，整体嵌布粒度较粗。试样主要化学成分分析结果见表1。

注：带*的品位单位为g/t。

由表1可知，试样中Li2O含量较高，达3.60%，是主要的有价组分；铌、钽、镓、铷具有较高的综合利用价值；脉石成分主要为 SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、Fe2O3等。

2 试验结果及讨论

2.1 试样粒度分析

试样粒度上限在8 mm左右，采用泰勒标准筛进行筛分分级，考察Li2O在各粒级的分布规律。

由表2可知，试样中除-0.5 mm粒级Li2O品位较低，其他粒级Li2O品位与试样接近。

2.2 重悬浮液分选试验

2.2.1 重悬浮液分选粒度试验

重悬浮液分选是一种重要的粗粒分选手段，操作方法简便，可对矿石可选性能做出预测评价［12］。将原矿分别破碎至-4 mm、-6 mm和-8 mm，并将其中的-0.5 mm粒级筛除，然后对-4+0.5 mm、-6+0.5 mm和-8+0.5 mm粒级的矿石分别进行不同密度的重液分选试验，试验工艺流程见图1，试验结果见表3。

由表3可知，+0.5 mm粗粒原料在密度为2.89 g/cm3的重液中，获得Li2O含量大于6%的锂辉石精矿较为困难；在重液密度为2.85 g/cm3时，可以获得Li2O含量大于5.5%的锂辉石精矿，且精矿作业回收率较高，大于88%。因此，该矿重选可选性较好，且不同粒级的分选效果较为接近，没有必要将矿石进一步破碎解离，可省去能耗较高的破碎环节。

2.2.2 重悬浮液抛尾试验

将-8+0.5 mm粒级原矿分别在密度为2.75 g/cm3和2.70 g/cm3的重液中进行分选抛尾，试验结果见表4。

由表4可知，在2.75 g/cm3的介质密度下，重液尾矿Li2O品位为0.49%；在2.70 g/cm3的介质密度下，重液尾矿Li2O品位进一步降低至0.18%，可作为尾矿丢弃。因此，在2.70 g/cm3的介质密度下，重悬浮液分选可实现抛尾的目的。

2.2.3 重悬浮液分选全流程试验

综合以上试验结果，进行了重液分选全流程试验，试验工艺流程见图2，试验结果见表5。

由表5可知，原矿采用筛分分级—重悬浮液分选流程，在介质密度为2.70 g/cm3的条件下，可以抛掉产率为21.76%、Li2O品位为0.18%的重液尾矿，Li2O在重液尾矿中的金属量损失仅为1.09%；在介质密度为2.85 g/cm3的条件下，可以获得产率为53.33%、Li2O品位为5.73%、Li2O回收率为84.69%的重液精矿；而产率为24.91%、Li2O品位为2.06%、Li2O金属量分布率为14.22%的中矿（重液中矿与-0.5 mm矿石的混合体）因品位仍然较高，可采用浮选等手段另行处理。

2.2.4 重介质旋流器分选预测

选矿实验室试验的最终目的是实现工业开发和应用。重介质旋流器分选是与重悬浮液分选相对应的主要工业手段，具有投资少、生产成本低、产品有利于后续锂盐提取加工等优点［13-14］。为了考察工业化推广的可行性，根据重液分选试验结果，结合重介质旋流器生产实践经验，通过计算机仿真模拟，对+0.5 mm矿石进行了两段连续重介质旋流器分选预测，一段分选参数设定为D50=2.70 g/cm3，二段分选参数设定为D50=2.85 g/cm3，可能偏差取E=0.040，全流程预测结果见表6。

由表6可知，采用筛分分级—两段连续重介质旋流器分选的工艺流程，在2.85 g/cm3的分选密度下，可以获得产率为52.02%、Li2O品位为5.64%、Li2O回收率为81.31%的重介精矿；在2.70 g/cm3的分选密度下，可抛弃产率为20.27%、Li2O品位为0.37%、Li2O金属量分布率为2.08%的重介尾矿。因此，该矿采用重介质旋流器进行分选在技术上是可行的，有利于规模化工业生产，可有效降低生产成本。

2.3 重液精矿色选试验

从外观来看，重液精矿中主要矿物锂辉石、斜长石、石英呈浅绿色、白色或灰色等浅色，另外还有部分黑色、褐色或深灰色等深色矿物，人工挑拣后，经工艺矿物学分析，深色矿物主要成分及含量为角闪石74%、绿泥石8%、云母8%、石英5%、斜长石5%，且其粒度整体偏粗。根据矿石颜色的差异，结合色选设备特点，推断重液精矿中深色和浅色矿物可采用色选机进行分选。试验采用LS300型履带式色选机，设定模式为选黑，参数设置为上侧摄像机感度120，斑点30，下侧摄像机感度115，斑点25，履带转速3.2 m/s，喷阀压力0.8 MPa，给料机震动频率20 Hz。试验产品见图3和图4，试验结果见表7。

对比图3和图4，色选精矿和尾矿在颜色上差异明显，精矿纯度显著提高，大部分角闪石、烧绿石等深色脉石矿物进入色选尾矿中。表7结果表明，重液精矿经色选机分选，可获得Li2O品位为6.18%的高品质精矿，Li2O作业回收率较高，达到89.23%，色选分选效果较好。

2.4 中矿浮选试验

工业上具有价值的锂辉石基本上都可以用浮选法进行回收，新型高效捕收剂的研制与工业应用是重点［15］。在以上流程中，色选尾矿、重液中矿和-0.5 mm矿石（三者混合体称为“混合中矿”，下同）的Li2O品位仍高达2%～3.57%，采用浮选工艺进一步回收。采用自主研发的锂辉石浮选高效捕收剂EL对混合中矿进行了浮选试验研究，经条件试验确定了最佳工艺参数，并完成了混合中矿的浮选闭路试验，试验工艺流程见图5，试验结果见表8。

由表8可知，混合中矿浮选可以取得较为理想的分选指标，浮选精矿Li2O品位可达6.53%，Li2O作业回收率达91.51%。

2.5 全流程试验结果

综合以上重液分选、色选、浮选试验，获得了最终全流程试验结果，全流程试验工艺流程见图6，全流程试验结果见表9。

由表9可知，采用重色浮联合工艺，在实验室可获得产率为55.91%、Li2O品位6.25%、Li2O回收率为96.94%的锂辉石精矿，分选指标优良。

3 结论

（1）根据重介质分选入选原料条件，原矿+0.5 mm粒级采用重液分选可获得产率为55.33%、Li2O品位5.73%、Li2O回收率为84.69%的锂辉石重液精矿，重介质旋流器分选预测结果与之契合度高，工业推广可行性强。利用重介质旋流器分选工艺规模化生产可有效降低生产成本。

（2）色选机物理分选可有效提高精矿品位，将重液分选精矿Li2O品位由5.73%提高至6.18%，精矿质量提高一个等级。该工艺适于粗粒选矿，生产成本低。

（3）采用重色浮联合工艺，仅有占原矿产率34.13%的矿石进入磨矿浮选作业，最大程度地规避了高成本的磨矿环节和有污染的浮选环节，工艺流程选择合理。