摘 要

石墨是碳元素常见的结晶矿物之一，由于其独特的六边形层状晶体结构而具有许多金属、非金属材料的优良性质。科学技术在不断发展，人们对石墨的研究也不断深入，石墨及其衍生物现在广泛应用于冶金、机械、化学等传统工业，而且在许多新兴产业领域也有着巨大的应用潜力。随着优质资源的不断消耗，为了满足市场的需求与资源的合理利用，人们把目光逐渐投向低品位微细鳞片石墨资源。

对内蒙古巴彦淖尔石墨矿区矿石进行分析可知，该区矿石固定碳含量7.74%，主要杂质组分为SiO₂ 65.275%，Al₂O₃ 15.325%，K₂O 3.758%，Fe₂O₃ 1.806%以及少量的Na₂O、SO₃、MgO、CaO、和TiO₂，有用矿物为石墨，主要脉石矿物为石英、云母类等。为确定最佳工艺流程，进行了粗选条件试验，包括磨矿时间试验、粗磨磨矿细度试验、pH调整剂用量试验、抑制剂用量试验、捕收剂用量试验和起泡剂用量试验，再磨Ⅰ磨矿细度试验、开路试验、闭路试验。

最后，推荐的最佳工艺流程为：原矿一次粗磨一次粗选，粗精矿四次再磨五次精选的试验流程。最终精矿产率为7.96%，固定碳含量为94.97%，回收率为94.80%。对精矿进行筛分分析，该精矿主要富集在-0.038 mm粒级。尾矿固定碳含量0.45%，损失率较低。

关键词：石墨；磨矿；浮选；开路试验；闭路试验

ABSTRACT

Graphite is one of the most common crystalline minerals in carbon, and it has many properties of metal and nonmetallic materials because of its unique hexagonal lamellar crystal structure. Science and technology are evolving，and human’s research on graphite is also deepening. graphite and its derivatives not only are widely used in metallurgy, machinery, chemical and other traditional industries, but also have great potential applications in many new industries. With the continuous consumping of high-quality resources, people are focusing on the low-grade fine flake graphite resources in order to meet the needs of the market and the rational use of resources.

The analysis of the ore in the city Bayannaoer of Inner Mongolia shows that The impurities were mainly SiO₂ with the content of 65.275%, Al₂O₃ 15.325%, K₂O 3.758%, Fe₂O₃ 1.806% and a small amount of Na₂O, SO₃, MgO, CaO, and TiO₂. The area of fixed carbon content of ore is 7.74%. The useful mineral is graphite.The gangue minerals are quartz、mica and so on. In order to determine the best process, the roughing condition experiments was carried out, including the test of grinding time、the test of grinding fineness、the test of the dosage of pH adjusting agent、the test of the dosage of collector, the test of the dosage of inhibitor as well as the test of the dosage of foaming agent. The grinding fineness of the rougher concentrate,the test of open-circuit and the test of closed-circuit were also conducted.

Finally, the best process is that a rough grinding and a rough selection of ore and four times regrinding and five times cleaner of rougher concentrate. The final rate of concentrate was 7.96%. The fixed carbon content was 94.97%. The recovery rate was 94.80%.The screening analysis of concentrate shows that the grain size of concentrate is mainly concentrated under 0.038mm. The carbon content of tailings is 0.45% whose loss rate is low.

Key Words: graphite；grinding；floatation；open-circuit；closed-circuit

目 录

第1章 绪论 1

1.1 前言 1

1.2 石墨的结构、成因和分布 1

1.2.1 石墨的结构 1

1.2.2 石墨的成因 2

1.2.3 石墨的分布 3

1.3 石墨的性质与分类 4

1.3.1 石墨的性质 4

1.3.2 石墨的分类 5

1.4 石墨制品的相关研究状况 5

1.4.1 膨胀石墨 6

1.4.2 高导热石墨膜 6

1.4.3 氟化石墨 7

1.4.4 石墨烯 7

1.5 石墨选矿工艺的研究现状 8

1.5.1 国外石墨选矿工艺研究现状 8

1.5.2 国内石墨选矿工艺研究现状 8

1.6 研究目的、意义及主要内容 9

1.6.1 研究目的、意义 9

1.6.2 试验主要内容 10

第2章 试验样品的制备、主要仪器设备、药剂及测试方法 11

2.1 样品的制备 11

2.2 仪器设备 12

2.3 浮选药剂 12

2.4 测试方法 13

2.5 试验方法 13

第3章 矿石工艺矿物学研究 14

3.1 矿石的化学成分 14

3.2 原矿的XRD物相分析 14

3.3 矿石的矿物组成及特征 15

3.4 矿石的嵌布粒度特征 16

3.5 原矿鳞片分析试验 18

3.6 矿石性质小结 18

第4章 选矿试验研究 20

4.1 粗选条件试验 20

4.1.1 磨矿时间试验 20

4.1.2 磨矿细度试验 21

4.1.3 调整剂石灰用量试验 23

4.1.4 抑制剂水玻璃用量试验 25

4.1.5 捕收剂煤油用量试验 27

4.1.6 起泡剂2^#油用量试验 29

4.1.7 粗选条件试验小结 31

4.2 再磨I磨矿细度试验 31

4.3 开路试验 33

4.3.1 开路试验一 33

4.3.2 开路试验二 35

4.3.3 开路试验三 37

4.3.4 开路试验四 38

4.3.5 开路试验小结 39

4.3.6 中矿返回 39

4.5 闭路试验 41

4.6 闭路试验结果分析 43

4.7 推荐试验流程 43

4.8 精矿性质分析 44

4.8.1 精矿质量分析 44

4.8.2 精矿干燥试验 45

4.8.3 精矿振实密度 46

4.10 尾矿性质分析 46

4.10.1 尾矿多元素分析 46

4.10.2 尾矿粒度试验 47

4.10.3 尾矿沉降试验 47

4.10.4 尾矿矿浆密度及干矿容重 48

4.11 小结 48

第5章 结论 49

参考文献 50

附录A 精矿SEM照片 52

附录B 显微镜照片 53

致 谢 56

第1章 绪论

1.1 前言

石墨具有非金属物质的许多优良性能：化学性质稳定、耐酸碱、耐高温、抗腐蚀也具有金属物质良好的导电性、导热性，还具有较好的润滑性、可塑性、抗热震性，使之成为越来越重要的矿物资源，是传统工业与新兴产业发展不可或缺的矿物原材料^[1]。被誉为“黑金子”、“墨玉”，更是被美国等许多国家列为国家战略资源，欧盟甚至将石墨列为14种“对欧盟生死攸关的原料”之一^[8]，可见石墨资源的重要性。有学者预测：到2020年我国的石墨需求量会达到惊人的100万吨^[2]。

自然界中没有纯净的石墨，天然石墨矿石中往往含有SiO₂、A1₂O₃、CaO、FeO、P₂O₅、CuO等混入物。由于所受地质作用的差异，形成的结晶形态也有所差别，大体分为晶质石墨矿和隐晶质石墨矿。大部分晶质石墨矿中石墨的固定碳含量不超过10%^[3]，不过也正是由于其结晶较好而更易分选，经磨浮法富集的精矿一般可达到90%以上，隐晶质石墨矿一般品位比较高，不过由于石墨晶体特别小而不易分选，经济价值也没有鳞片石墨的高。

针对不同的石墨晶体结构，在进行选别的时候也会有不同的侧重点。晶质石墨矿根据石墨晶体的大小会有保护大鳞片的工艺，一般通过缩短浮选时间、分级磨浮实现；隐晶质石墨矿由于石墨晶体结晶小，可选性差，着重于提高精矿品位与总回收率。内蒙古巴彦淖尔哈日楚鲁矿区石墨矿经鳞片分析试验、显微镜观察确定是细鳞片石墨矿，鳞片石墨占60%，但鳞片主要分布在-45 μm粒度级别， 150 μm粒度级别含量较少。所以本次选矿试验研究在经济合理的条件下，尽量提高了精矿产品的品位与回收率。随着优质石墨资源，尤其是大鳞片石墨资源的消耗，对细鳞片、微细鳞片石墨资源的开发利用有利于弥补日趋增长的市场需求，也为内蒙古巴彦淖尔地区石墨资源的高效利用在技术上提供了可行性依据。

1.2 石墨的结构、成因和分布

1.2.1 石墨的结构

石墨是晶态的单质碳矿物，为碳的同素异形体之一，由德国化学家A G Werner于1789年命名。宏观来看，石墨矿石的颜色一般为铁黑色或钢灰黑色，单晶体常呈片状或板状，集合体常呈块状和土状，有滑感，易污手，质软，有金属光泽；微观来看，石墨晶体具有层状结构，如图1.1所示，碳原子以六方环状规则排列，每个碳原子的旁边以C-C共价键连接着另外三个碳原子（原子间距1.42 Å），层与层之间以较弱的π键连接（层间距3.35 Å），而这两种化学键也直接导致了石墨独特的物理化学性质。