一、前言
我国萤石矿资源比较丰富，萤石矿产品生产业有悠久的历史，在国际市场上占有重要的位置。随着钢铁、炼铝及化学工业的发展，萤石消耗量也在不断增加，特别是酸级萤石在化工、炼铝工业市场前景广阔。萤石和萤石精矿是我国非金属矿的传统产品，占国际市场60%左右，市场销售情况良好。依据义县萤石矿的矿石储量，考虑外部建设条件，环境条件等诸多因素，决定在义县建日处理量300 t的萤石选矿厂，设计年产精矿量41760 t，其中：外销萤石精矿粉33718 t，内销萤石精矿粉8042 t，出口率占产量的80%。由于其产品主要是外销，因而对产品的质量要求较为严格，设计精矿品位CaF2＞97%，SiO2＜0.8%。
国内外萤石粉质量标准见表1。
表1 萤石粉质量标准
应用资料来源 | 级别 | 主要化学成分 | 粒度 | |||
CaF2≥ | SiO2≤ | CaCO3≤ | ||||
中国五金矿产 进出口总公司 | 化 工 级 | 1 2 3 4 5 6 7 | 97 95 90 85 80 75 70 | 2.4 4.5 9.5 14.0 19.0 24.0 29.0 | 80%以上通过 100目，70%以 上通过200目 | |
冶金部部标 YB326－70 | 化 工 级 | 1 2 3 4 | 98 97 95 93 | 0.8 1.0 1.4 2.0 | 1.0 1.2 1.3 不规定 | 75%以上 通过200目 |
日本进口中国 萤石粉合同 | 制酸级 | 97 | 1.0 | 80%以上 通过100目 水份＜10% | ||
美国市场 | 制酸级 | 97 | 可波动 | 可波动 | ||
奥里菌塔尔 （东方集团） 金属有限公司 | 97 | 1 | 水份＜10% | |||
义县萤石矿生产指标见表2。
表2 义县萤石矿生产指标
处理量 （t/d） | 原矿品位 （%） | 精矿品位 （%） | 回收率 （%） | SiO2 （%） | S （%） | P （%） | CaCO3 （%） | 一段磨细度 | 再磨细度 |
250～280 | 50～70 | 97以上 | 83～88 | ≤0.8 | ≤0.1 | ≤0.02 | ≤0.8 | －200目约55.5% | 325目65% |
二、矿石性质
（一）矿石种类及含量
义县萤石矿是以石英为主要伴生矿物的萤石矿，矿物种类及构造比较简单，萤石和石英含量占矿石总量的94.23%，其他矿物含量均较少，矿物种类及含量测定结果见表3。
表3 矿物种类及含量（%）
矿物名称 | 萤石 | 石英 | 重晶石 | 绢云母 | 方解石 | 高岭土 |
含量 | 51.97 | 42.26 | 4.11 | 0.78 | 0.35 | 0.53 |
（二）主要矿物的结构、构造
1、萤石
萤石在矿石中普遍存在，为矿石中主要矿物。萤石解理比较发育，在矿石中常呈粒状或粒状集合体存在，局部晶形完好。矿石中萤石和石英关系密切，其次是重晶石。在萤石的周边或粒间大都有石英分布，有时萤石颗粒内也有石英产出，有时石英成集合体包围萤石颗粒，此时的石英一般呈晶簇形式、马牙状，粒度在0.07～0.14 mm之间，个别较大者在0.2mm左右。萤石与石英的接触面比较平直，少数小颗粒的萤石和石英成牙状交错在一起，也有的萤石颗粒被板状的重晶石穿插。
2、石英
石英在矿石中分布普遍，呈不规则粒状。石英与萤石关系密切，多呈硅质或玉髓的集合体产于萤石的边部、粒间或裂隙处，石英多被铁质污染、局部呈褐色，细小的石英颗粒间常被碳酸盐和绢云母及少量的高岭土充填。由于石英颗粒大都以集合体形式存在，所以石英与萤石之间接触界线比较清楚。
3、重晶石
重晶石多呈板状、条状产于萤石或石英颗粒间。重晶石与萤石关系不密切，在矿石中局部比较集中晶形完好，颗粒较大.解理较发育。
4、方解石
方解石在矿石中分布较少，粒度很细，多呈不规则状充填在萤石及石英粒间。
5、绢云母
绢云母在矿石中含量很少，呈细小片状或片状集合体分布于石英的细小颗粒间。
6、高岭土
高岭土在矿石中含量亦很少，呈土状隐晶质分布于石英颗粒间或裂隙处。
三、磨矿流程的确定
义县萤石矿的产品主要是外销，对CaF2品位的要求及对SiO2等杂质含量的要求很严格，这给选矿工艺增加了一定的难度。从矿石性质来看，萤石与大部分石英及其他矿物镶嵌关系较为简单，矿物间共生关系也不甚复杂，萤石矿物原生颗粒粒度也较为粗大，这为萤石矿物于其他矿物间选分创造有利条件。但少部分萤石矿物与石英、重晶石的关系紧密，不利于单体解离，影响选分效果。影响萤石精矿质量的杂质主要是SiO2。而SiO2含量的难降，主要原因是石英与萤石没有充分单体解离。要达到单体解离，就必须细磨;而过磨，必将影响浮选指标。萤石比石英易碎，磨矿过细时萤石过磨现象严重，而磨矿略粗又不能达到充分单体解离。采用合理的磨矿流程，确定适宜的磨矿细度是获得优质萤石粉的前提。磨矿细度试验见表4。
表4 磨矿细度试验结果
细度 （－0.075mm%） | 产品名称 | 产率 （%） | 品位CaF2 （%） | 回收率 （%） |
55 | 精矿 精尾 尾矿 原矿 | 13.9 39.4 46.7 100.00 | 95.71 80.35 11.74 50.45 | 26.37 62.76 10.87 100.00 |
65 | 精矿 精尾 尾矿 原矿 | 12.2 42.0 45.8 100.00 | 96.80 88.62 10.01 53.62 | 22.03 69.42 8.55 100.00 |
75 | 精矿 精尾 尾矿 原矿 | 34.65 22.50 42.85 100.00 | 96.35 75.62 7.14 53.46 | 62.45 31.83 5.72 100.00 |
80 | 精矿 精尾 尾矿 原矿 | 40.00 18.50 41.50 100.00 | 98.06 66.29 6.61 54.23 | 72.33 22.61 5.06 100.00 |
磨矿细度为－0.074mm占75%时原矿筛分分析与萤石矿物单体解离度测定结果见表5。
表5 原矿筛分分析及单体解离度测定结果
粒级 （mm） | ＋0.180 | ＋0.150 | ＋0.125 | ＋0.106 | ＋0.075 | ＋0.053 | ＋0.045 | ＋0.038 | －0.038 | 合计 |
产率 （%） | 1.56 | 1.47 | 2.94 | 5.76 | 11.22 | 14.28 | 6.51 | 7.23 | 49.03 | 100.00 |
品位 （%） | 30.70 | 40.00 | 46.96 | 52.52 | 54.11 | 55.36 | 56.50 | 56.86 | 56.01 | 54.70 |
分布率 （%） | 0.88 | 1.07 | 2.52 | 5.53 | 11.10 | 14.45 | 6.72 | 7.52 | 50.21 | 100.00 |
萤石单体解离度 （%） | 94.52 | 94.91 | 95.31 | 95.45 | 96.34 | 96.73 | 97.16 | 98.17 | 99.05 | 97.84 |
从表4中可以看出，随着磨矿细度的提高，萤石在尾矿中的损失逐渐减少。当磨矿细度0.075mm达到25%以上时，尾矿中萤石损失率低于6%，从精选结果来看，随着磨矿细度的提高，最终精矿品位也有所提高，而且萤石在最终精矿中的回收率明显提高。这说明较粗磨矿细度时，有较多的连生颗粒在精选中被抑制在精选尾矿中。从表5中可以看出：当磨矿细度为－0.075mm占75%时，50.21%的萤石分布在－0.038mm粒级中，单体解离度可达97.84%，将精矿进行筛分分析研究，大于0.038mm粒级SiO2含量小于1%，仅－0.038mm粒级SiO2含量小于1%，从此可见精矿中大于0.038mm各粒级石英主要呈连生体和包裹体存在。由于萤石与大部分石英及其他矿物镶嵌关系简单，易于解离，粗磨即可丢尾，但一部分石英以细小颗粒被包裹于萤石中，粗精矿即使经过多次精选，也不能得到SiO2小于1%的合格精矿。从以上分析可以得出采用单段磨进行浮选的流程结构将达不到预期的目的，细磨是获得优质精矿粉的必要手段。
因为萤石与石英及其他矿物镶嵌关系简单，易于解离，粗磨即可丢尾，所以采用粗精矿再磨是合理的，既降低了电耗，同时又可以避免萤石过粉碎。当再磨细度为－0.038mm占66%时，精矿品位达99%以上，SiO2含量0.70%，萤石回收率90.75%的理想指标。
粗精矿再磨细度为－0.038mm 66%时的精矿产品粒度见表6。
表6 精矿产品粒度
粒级（mm） | ＋0.075 | 0.075～0.053 | 0.053～0.045 | 0.045～0.038 | －0.038 | 合计 |
含量 | 1.27 | 6.80 | 6.80 | 8.92 | 76.21 | 100.00 |
精矿杂质分析结果见表7。
表7 精矿杂质分析结果
元素 | S | P | As | CaCO3 | SiO2 |
含量（%） | 0.002 | 0.0007 | 0.018 | 0.21 | 0.70 |
在设计中，选用Φ1500×3000溢流型球磨机与Φ1200单螺旋沉没式分级机构成一段闭路磨矿，磨矿细度为－200目占75%，以使较粗粒级萤石矿物较早获得。设计粗精矿再磨细度为－400目占66%。而如何保证其细度要求，既保证分级效果至关重要，也是较为困难。设计中采用四台Φ125水力旋流器，其中每两台串联使用，与一台Φ1500×3000溢流型球磨机构成闭路磨矿，从而保证了分级细度的要求，满足精选的最佳粒度要求。
四、结语
（一）萤石与大部分石英及其他矿物镶嵌关系简单，易于解离，粗磨即可丢尾。
（二）选矿流程采用粗磨粗选，粗粒丢尾，粗精矿再磨再选，既可降低电耗，又减少萤石过粉碎，此设计流程较为适宜。
（三）义县萤石矿选矿厂是在时间紧的情况下进行的现场设计。投产以后，获得了指标为CaF2大于97%，SiO2小于1%的合格精矿产品，证明了工艺流程的制定是合理的，设备选型配置是适宜的。
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