TABLE OF CONTENTS 

Abstract ..................................................................................................................................... 3 

Introduction .............................................................................................................................. 4 

Classification ....................................................................................................................... 4 

Formation .................................................................................................................................. 6 

Views on Formation ........................................................................................................... 6 

Occurrence ......................................................................................................................... 6 

Features of Graphite Deposits ........................................................................................... 7 

Specification of graphite for various uses ................................................................................ 8 

USES OF GRAPHITE ............................................................................................................. 8 

Specifications for various applications ............................................................................... 8 

Graphite Resources and its Utilization ..................................................................................... 9 

World Review ..................................................................................................................... 9 

Graphite resources in India ..................................................................................................... 10 

RESOURCES ....................................................................................................................... 10 

EXPLORATION & DEVELOPMENT ..................................................................................... 10 

PRODUCTION in India ....................................................................................................... 10 

State/Grade Wise distribution of Graphite in India ......................................................... 11 

Graphite Beneficiation Process ............................................................................................... 12 

Typical Wet Grinding Circuit for high grade Graphite ...................................................... 14 

Graphite beneficiation at other locations ........................................................................... 15 

Panchmahal, Gujrat .......................................................................................................... 15 

Minerology and chemical characterstics of the given sample ............................................... 16 

Experiments ............................................................................................................................ 17 

Test 1: Moisture Analysis ..................................................................................................... 17 

Test 2: VM analysis .............................................................................................................. 18 

Test 3: Ash Analysis ............................................................................................................. 19 

Test 4: Specific Gravity ........................................................................................................ 20 

Test 5: Hardgrove Grindability Index ................................................................................... 20 

Test 6: Sink and Float analysis ............................................................................................. 21 

Test 7: Froth Flotation ......................................................................................................... 22 

Results ..................................................................................................................................... 23 

Conclusion ............................................................................................................................... 25 

Bibliography ............................................................................................................................ 27 

 

   

ABSTRACT 

The properties and occurrence of graphite around the world has been outlined. The various 

types of  graphite,  its  formation,  and  its major producers both  locally  and  internationally 

shave  been  reviewed.  The  major  uses  of  graphite  are  pencils,  lubricants,  foundries, 

electrodes, paints etc. They require grades of graphite ranging from 60% to 99%. 

Low grade graphite samples containing 15–17 % fixed carbon from Palamu, Jharkhand, India 

have  been  investigated  for  characterization  and  amenability  to beneficiation. 

The graphite is of  the  crystallized  flaky variety, and  is associated with  large proportion of 

quartz  and  some  feldspar  and mica  as  dominant  gangue minerals.  The  properties  and 

liberation of graphite and their implications in beneficiation are described in this paper. The 

optimum  liberation  size  of  the graphite was  determined  to  be  below  200 

μm. Beneficiation studies  indicated that a concentrate with around 50%  fixed carbon, at a 

recovery  of  about  80%  can  be  easily  achieved  by  a  single  stage  of  froth  flotation  in  a 

conventional flotation cell.  

Building  upon  the  data  obtained  as well  established  principles  of mineral  processing,  a 

method of upgrading the given sample to grade reaching 80‐90% fixed carbon or more has 

been outlined. 

KEYWORDS 

Industrial minerals; ore mineralogy; liberation; froth flotation;  

 

 

   

 

GRAPHITE 

INTRODUCTION 

Graphite, also known as plumbago or black lead, is a type of naturally occurring carbon. The 

origin of the word “graphite” is the Greek word “graphein” which means “to write”. Indeed, 

graphite has been used to write (and draw) since the dawn of history and the first pencils 

were  manufactured  in  England  in  the  15th  century.  In  the  18th  century,  it  was 

demonstrated that graphite actually is an allotrope of carbon.  

It consists essentially of carbon but often impure with clays, iron oxides, and other gangue 

minerals.  It  crystallises  in  a  hexagonal  system  and  has  a  lamellar  form,  a  grey‐  to‐black 

metallic  lustre  and  feels  greasy.  In  addition  to  natural  graphite,  synthetic  or  artificial 

graphite is manufactured on a large‐scale in electric furnaces, using anthracite or petroleum 

coke as raw feed. The latter is known as Calcined Petroleum Coke (CPC). 

Graphite  is a very soft mineral and  it  is a specific gravity varies  from 2.09 to 2.03.  It  is an 

excellent thermal and electrical conductor. The high melting point of graphite, in absence of 

oxygen,  3500°C makes  it  suitable  for  a  number  of  refractory  applications.  Excellent  acid 

resistance and general chemical inertness make its use ideal in acid environments and other 

chemical  applications.  Graphite  fibres‐‐  drawn  from  organic  precursors,  such  as  rayon, 

polyacrylonitrile and tar‐pitch—are used as reinforcing components in polymer composites. 

Graphite is mined from open pit and underground mine operations. Open pit operations are 

more economical and, thus, are preferred where the overburden is thin enough to remove. 

Madagascar mines  are mostly  open  pit  type.  In  the  Republic  of  Korea, Mexico,  and  Sri 

Lanka, however, where  the deposits are deep, underground mining  is usually developed. 

Higher purity material is obtained by further crushing, grinding, and flotation steps. 

CLASSIFICATION 

A useful  classification of graphite depends on  the mode of  formation  that  leads  to  three 

physically distinct  common varieties: amorphous  (micro‐crystalline) graphite, which has a 

carbon content of 70‐85%; high crystalline graphite  (lump, vein or crystalline vein), which 

has a carbon content of 90‐99%; and flake graphite, which has a carbon range of 80‐98%.  

Flake graphite (i.e., flat plate‐like grains from <1 mm to 2.5 cm in size) is sold in two particle 

size  distributions:  coarse  flake  (‐20  to  +100 mesh)  and  fine  flake  (‐100  to  +325 mesh). 

Crystalline  graphite  ranges  from  chip  or  dust  to  fine  or  amorphous  lump,  to  coarse  or 

crystalline lump. 

The term “flake” is self‐explanatory; flake forms occur disseminated in rock. Lump graphite 

occurs  in  fissure‐filled  veins  in pegmatite dykes,  also  associated with  chips  and  the  rarer 

needle  forms. Amorphous  graphite occurs  in beds  that were once  coal, but  fine‐grained, 

easily ground vein graphite is also classified as amorphous.   

FORMATION 

VIEWS ON FORMATION 

A review of literature on graphite deposits indicates that they are formed by one or more of 

the processes mentioned below: 

(a) METAMORPHISM—The metamorphism might have brought mineralization of graphite 

by one of the following ways : 

(i) metamorphism of carbonaceous layers, in which case graphite occurs in the form 

of layers (Winchell 1911; Clark 1921a, and Harrington 1947); 

(ii) recrystallization of organic carbon as graphite during metamorphism giving rise 

to bedded deposits (Tilley 1921; and Ailing 1921); 

(iii) metamorphism  of  sediments  containing  carbon  impurities  giving  rise  to 

disseminated occurrences (Wadia 1943; Mukherjee 1965; and Krishna Rao et al. 

1971); 

(iv) Interaction  of  carbonaceous  sediments with  the  gases  derived  from  adjacent 

intrusions  for  the  graphite  deposits  at  the  contact  of  the  intrusions  (Brumell, 

1908  quoted  by  Clark  1921a;  Bastin  1912;  Ailing  1918; Wilson  1920;  Spence, 

1920; Wadia 1943; Bose 1959; and Krishna Rao et al. 1971). 

(b) DEOXIDATION—by deoxidation of CO, for the formation of veins (Winchell 1911; Clark, 

1921a; Tilley, 1921; Clark, 19216; Winchell, 1921; Wadia 1943; and Mukherjee 1965) or 

by  release  of  carbon  as  methane  from  carbonate  (Salotti  et  al.  1971;  1972)  and 

formation of veins. 

(c) PEGMATITE DEPOSITS— the mineral occurs  in acid  intrusions (Clark 1921, p. 179; and 

Wadia 1943, p. 16), or in meteorites and nepheline syenites. 

(d) PHYSICAL MIGRATION of fine graphite flakes along grain boundaries in graphite‐bearing 

rocks along a pressure gradient towards fractures during temporary release of pressure 

under deep‐seated conditions and forming graphite veins (Erdosh 1970, 1972). 

OCCURRENCE 

Graphite occurs chiefly in those rocks that have undergone intense metamorphism and thus 

it  is  found  in  older  gneiss  and  schists,  crystalline  limestone,  carbonaceous  material  in 

original sandstone, shale and limestone, recrystalline in the form of graphite. It may also be 

product of contact metamorphism where igneous rocks intrude carbonaceous sedimentary 

rocks.  

In  Palamu  district  the  main  rocks  associated  in  the  graphite  include  various  types  of 

metamorphosed sediments. Good amount of graphite occurs here as original constituent in 

schistose rocks. At some places its close association is found with pegmatites, quartz veins 

and gneissic rocks. 

 

FEATURES  OF GRAPHITE DEPOSITS 

Some  schistose  rocks  consist  of  essentially  graphite,  along  with  mica,  quartz,  and 

feldspar. 

The graphite‐bearing gneissic rocks are traversed by veins and stock‐works of graphite. 

The veins form an intricate network in the host rock. 

The  host  rocks  in  which  the  veins  of  graphite  are  found  to  contain  quartz,  calcite, 

dolomite, diopside, wollastonite, and tremolite. 

Compressed and contorted structures are displayed by the graphite lodes. 

The  granitic  intrusions  are  found  at  or  near  the  graphite  veins  indicating  their  close 

relationship. 

The graphite veins occur mostly parallel to the country rocks, but the crosscutting joints 

in the latter are also occupied by graphite. 

Veins of calcite are  frequently  found  traversing  the host  rocks  (talc‐silicate  rocks) and 

the graphite veins. 

Graphite  is  not  found  in  the  acid  intrusions, without  the  association  of  calciosilicate 

rock. 

   

SPECIFICATION OF GRAPHITE FOR VARIOUS USES 

USES OF GRAPHITE   

Graphite  being  versatile mineral  and  due  to  its  diversified  properties,  it  finds  important 

place in many crucially important industries. It is used in the manufacture of special type of 

electrodes, special  lubricants and also  in the atomic reactors  in the  form of bricks of high 

purity graphite.  It  is also used  for  foundry when casting  iron, copper, aluminum and also 

steel and magnesium under special condition.  

Graphite  fibers  composite  absorbs  rather  than  reflects  radar  waves  and  so  the  use  of 

graphite continues to grow rapidly in the use of radar masking stealth technology and also 

in making other non‐aerospace weapons. In the development of plastic engine 90% of the 

components would be made of graphite fibers reinforced composites to be used  in Ford's 

small  car  to  make  them  lighter  and  quieter.  Although  much  of  the  graphite  used  in 

industries is manufactured, natural graphite is indispensable for certain purpose. 

SPECIFICATIONS FOR VARIOUS APPLICATIONS 

Specifications  for graphite  for use  in various  industries differ considerably and sometimes 

the consumers specify  for  the grade of graphite  they use. The  following  table  is however 

indicative of the specifications, for its use in some specific industries. 

Application  Type  C content  Flake  Size 

Refractories         Alumina graphite  F  Min. 85%  150  ‐  500 

μm  

Crucibles  AF  80 ‐ 90%  +150 μm  Bulk density 48 ‐ 54 g per 100 cm3 Expanded graphite  F  Min. 90%  200  ‐  1700 

μm  

Foundry core and mould washes  AF  70 ‐ 90%  —75 μm   Brake/clutch linings  AFV  Min. 98%  <75 μm   Bearings  FV  90 ‐ 93%  +150 μm   Lubricants  AFV  98 ‐ 99%  53 ‐ 106 μm  Free  from  sulphides,  abrasive  material  and 

metallic contaminants. Dry cell batteries  A  MM. 88%  85% <75 μm  No metallic impurities and S less than 0.5% Alkaline batteries  AF  Min. 98%  5 ‐ 75 μm  No impurities such as Cu, Co, Sb and As. Recarburizing steMinn.  A  98 ‐ 99%  —5 μm   Carbon brushes  AFV  95 ‐ 99%  <53 μm  <  1%  ash  /  silica.  No  abrasive  or  metallic 

contaminants. Electrical  FV  93 ‐ 95%  +150 μm   Pencils  AF  95 ‐ 97%  +150 μm  Free of gritty impurities Packing paints  FV  85 ‐ 90%  <150 μm   Polishes  AFV  85 ‐ 90%  <150 μm   Drilling mud (lubricating)  F  80%+  N/A  About 41b per barrel of mud Explosives (control burning rate)  AF  65%  <150 μm  Free  from  sulphides  and  acids.  Low moisture 

content Nuclear reactors (moderators )  F  93 ‐ 95%  N/A  Free  from  high  neutron  absorbing  elements. 

e.g. boron Boilers (scale prevention)  F  50%+  N/A   

GRAPHITE RESOURCES AND ITS UTILIZATION 

WORLD REVIEW 

World  production  of  graphite  in  2008  was  estimated  to  be  1100000  tons,  showing  a 

significant increase from the 1995 value of 741,000 tons. The figure is, however, about 20% 

less than that of previous years. The most significant decrease  in production was  in China. 

China  continued  to  be  the  leading  producer  followed  by  India,  Brazil,  North  Korea  and 

Canada. These countries accounted for almost 90% of total world production of graphite. 

Country  2005  2006  2007 

World  2000  2039  2100 Brazil  76  76  77 Canada  17  15  15 

China  1650  1730  1800 India  126  124  116 Korea,  Dem.E  People's Rep. of 

30  30  30 

Mexico  12  12  10 Russia  14  14  14 Ukraine  10  6  NA Zimbabwe  4  7  7 Other countries  61  25  31 Source: World Mineral Production. 2003‐2007. 

China  leads  the pack with over 800,000  ton per annum production alone.  It  is  the  largest 

producer as well as the consumer of commercial graphite. The country has more than half 

of  the world’s  top 12 producing  companies.  Its  resources  are  located  in  Inner Mongolia, 

Shandong, Shanxi and Heilongjong. 

India  is the world's second  largest graphite producer with a production of 140,000 tonnes 

per annum. Its major sources are located in Orissa. Brazil is the third largest producer with 

about a third of the total world reserves. The graphite market has recently suffered slowing 

of the pace due to the recent economic downturn. 

Europe has decelerated graphite production primarily due to exhaustion of resources and 

availability of  cheap graphite  from China. Africa has  some  serious  reserves of graphite  in 

South Africa, Uganda, Angola, Tanzania, Ethiopia and Namibia.  

   

GRAPHITE RESOURCES IN INDIA 

RESOURCES 

Graphite  occurrences  are  reported  from  various  states  but  the  deposits  of  economic 

importance are located in Andhra Pradesh, Jharkhand, Karnataka, Kerala, Orissa, Rajasthan 

and Tamil Nadu. 

As per the UNFC system, the total resources of graphite as on 1.4.2005 are placed at about 

168.77 million tonnes, comprising 10.75 million tonnes in the reserves category and 158.02 

million  tonnes  under  remaining  resources  category.  Resources  containing  +40%  fixed 

carbon constitute about 1.11 million  tonnes and  resources analyzing 10‐40%  fixed carbon 

21.23  million  tonnes.  Balance  resources  of  146.43  million  tonnes  fall  under  'others', 

'unclassified' and  'not known' grades. Out of  total  resources, Arunachal Pradesh accounts 

for 43% followed by Jammu & Kashmir (37%), Jharkhand (6%), Tamil Nadu (5%) and Orissa 

(3%). However, in terms of reserves, Tamil Nadu has leading share of about 37% followed by 

Jharkhand (30%) and Orissa (29%) 

EXPLORATION & DEVELOPMENT 

GSI  continued  exploration  for  graphite  in  Puvandi‐Arasanur  and  Usilampatti  area  in 

Sivaganga district, Tamil Nadu.  In Arasanur block, presence of graphite mineralization has 

been proved for a strike length of 1 km. The average width of the zone is about 12 m. and 

overall  average  grade  is  14%  F.C. A  resource of  0.76 million  tonnes  of  graphite  (average 

grade of 13% FC) has been estimated in 2006‐07.  

In  the  western extension  of  Arasanur  block,  a  new  block  named  Kiranur block,  was 

investigated  and  the  results were  found  to be  not  encouraging.  The west  of  the  Kiranur 

block, 135 m east of a mine of M/s. V. Thiruvanavukasasu, a trench (KT‐1) across graphite 

gneiss exposed three bands of graphite having 1.90 m, 2.5m and 1.6m widths. In 2007‐08, 

Directorate  of  Geology,  Jharkhand, carried  out  exploration  to  determine  one  million 

tonnes graphite resources of possible category were estimated with fixed carbon content of 

5.95 to 23.47%. 

PRODUCTION IN INDIA 

Orissa was the leading position contributing a major share of about 44% of the total output 

during 2007‐08, followed by Tamil Nadu 43% and Jharkhand by 13% (Tables ‐ 2 to 5). Mine‐

head stock at the end of the year 2007‐08 was 45 thousand tonnes as against 72 thousand 

tonnes in the beginning of the year. The average daily employment of labor during 2007‐08 

was 331 as against 490 in the preceding year. 

 

STATE/GRADE WISE DISTRIBUTION OF GRAPHITE  IN INDIA 

 

Grade/State  Reserves  Remaining resources Total

   Proved  Probable  Total (A) Feasibility Pre‐feasibilit 

Measured 

Indicated  Inferred Recon Total 

Total

All India:Total  5163505  1021869  4564534 10749908 12000 78386 930118 51326  5956595 16506673 134489932 158025030 168774938

By Grade          

+40% FC  413639  77132  342807 833578 ‐ 37000 80 ‐  951 238500 ‐ 276531 1110109

10%‐40% FC  4733667  937943  3943249 9614859 12000 41386 930038 8740  1596449 8952091 73897 11614601 21229460

Others  15574  6794  210952 233320 ‐ ‐ ‐ ‐  3283001 2330151 ‐ 5613152 5846472

Unclassified   ‐  ‐  67526 67526 ‐ ‐ ‐ 2750  5882 3127538 61497720 64633890 64701416

Not known  625  ‐   ‐ 625 ‐ ‐ ‐ 39836  1070312 1858393 72918315 75886856 75887481

By States          

Andhra Pradesh   ‐  ‐   1135 1135 ‐ ‐ ‐  ‐  124758 301306 ‐ 426064 427199

Arunachal Pradesh  ‐   ‐   ‐ ‐ ‐ ‐ ‐  ‐  ‐ ‐ 72758257 72758257 72758257

Gujarat  ‐   ‐  ‐ ‐ ‐ ‐ ‐  ‐  2520805 835000 ‐ 3355805 3355805

Jammu & Kashmir  ‐   ‐   ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐   ‐ 1059520 61681035 62740555 62740555

Jharkhand  442537  670448  2163106 3276091 ‐ ‐ 720000 2750  1143701 5180124 24350 7070925 10347016

Karnataka  1308  6794  188812 196914 ‐ ‐ ‐   18200 52500 ‐ 70700 267614

Kerala     8300  17762 26062 ‐ ‐ 35600 ‐  1148350 240418 ‐ 1424368 1450430

Madhya Pradesh   ‐  ‐   ‐ ‐ ‐ ‐ ‐  ‐  ‐ 1006660 ‐ 1006660 1006660

Maharashtra  ‐    ‐  ‐ ‐ ‐ ‐ ‐  ‐  ‐ 1160000 1160000 1160000

Orissa  1553293  336327  1217349 3106969 12000 38900 172032 8740  103281 1954721 26290 2315964 5422933

Rajasthan  47600   ‐  165920 213520 ‐ ‐ ‐ ‐  250000 1450034 ‐ 1700034 1913554

Tamil Nadu  3118767  ‐  810450 3929217 ‐ 39486 2486 29136  647500 3266390 ‐ 3984998 7914215

Uttarakhand   ‐  ‐   ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ 10700  ‐ ‐ ‐ 10700 10700

GRAPHITE BENEFICIATION PROCESS 

As a general rule the graphite ores are not  in such a rich state, when they come from the 

mine, as to admit of their being at once sent direct to the market; they contain more or less 

impurities such as oxide of iron, silica, alumina and lime or are so hard that they cannot be 

employed at all in their natural state. They must be enriched by some means or another so 

that the worthless gangue or country rock may be got rid of, thus increasing the quantity of 

carbon in the ore. The methods of enriching or refining graphite may be divided into three 

general  systems.  1.  Hand  sorting.  2.  Mechanical  separation.  3.  Chemical  refining.  The 

mechanical separation is again subdivided into the dry or wet method. 

As to hand sorting, this is practised in a very efficient manner in the Austrian and Bavarian 

mines, while no or scant attention  is paid  to  this particular branch of ore dressing on  the 

North  American  continent.  The  choice  of  one  or  the  other  systems  in  the  mechanical 

separation or chemical refining depends entirely upon the nature of the ore to be treated 

and  the  purposes  to which  the  finished  product  is  to  be  applied,  though  too  often  the 

selection is based on chance, prejudice and limited experience. 

The  selection of  the most profitable process and machinery  for  the  treatment of a given 

graphite ore is of great importance in a mining enterprise; but as some ores are susceptible 

of successful working by more than one process—and  in such cases  local conditions must 

determine which methods will yield the best results it is not possible to lay down exact rules 

covering all cases. 

Flake  graphite  is  usually  too  finely  disseminated  for  hand  sorting  and  cobbing methods, 

which are used in few countries to recover massive flake graphite. Production of graphite is 

usually only possible by a combination of careful grinding and screening to recover coarse 

flakes  and  by  flotation  to  recover  fine  graphite.  Flotation  concentrates  are  sometimes 

further beneficiated by tabling to remove associated gangue minerals such as quartz, mica, 

hornblende, feldspar, calcite, and sulphides. 

Impurities  tend  to  float with graphite since, being soft, graphite  tends  to smear and coat 

impurity minerals during grinding so that they behave  like graphite. This  is especially true 

when processing finely divided ores that require extensive grinding. Size reduction is usually 

accomplished  by  jaw,  cone,  or  hammer mill‐type  crushers;  screening  to  recover  coarse 

flakes or to reject coarse hard impurities is accomplished by trommel or vibratory screens.  

The  recovery of  intermediate and  fine  flake graphite  is possible by  roll crushing, ball,  rod 

milling,  or  jet milling,  followed  by  additional  screening,  air  classification, wet  tabling,  or 

flotation. Graphite is naturally floatable and particles as coarse as 1 mm may be floated in a 

slightly alkaline pH medium. Pine oil and kerosene are the standard reagents and are usually 

employed  together. Pine oil acts as a  frother. The  function of kerosene or  fuel oil  is as a 

promoter  to  recover  unliberated  graphite middlings.  Flotation  is  fairly  fast  and multiple 

cleanings are necessary for recoveries of 80‐85%; recovery can be  improved by regrinding 

and  reflotation,  but  careful  regrinding  is  necessary  to  avoid  the  smearing  of  gangue 

minerals  and  the  production  of  slime  graphite.  Modifiers  and  depressants  to  improve 

selectivity  include sodium silicate, which acts as a quartz depressant and slime dispersant, 

and lactic acid, C3H6O3, which is used to depress mica. Graphite may be further purified to 

99% carbon by chemical treatment, chloridization, or fluoridization.  

Synthetic  graphite,  mainly  produced  in  the  United  States,  is  made  from  a  mixture  of 

petroleum  coke  or  anthracite  filler,  coal  tar,  or  petroleum  pitch  binder,  and  various 

impregnating  or  additive  materials.  The  coke  or  anthracite,  which  should  contain  95% 

carbon and have a low sulphur content, is calcined to remove volatiles, ground, mixed with 

binder and other materials, and molded to the required shape. The product, known  in the 

trade  as  “green bar” or  “green  stock,”  is  then baked  at 800‐1000°C  to  convert  the pitch 

binder  to  coke  and  to  solidify  the  shape.  The  resulting  product  is  then  “graphitized”  by 

heating in an electric furnace at 2600‐3000°C over an extended period. It is then cooled and 

machined to final size specifications (e.g., the production of electrodes turned on lathes to 

the desired diameter for use in steel mini‐mills). 

   

TYPI

 

 

 

CAL WET GGRINDING CCIRCUIT FO

 

OR  HIGH  GRRADE  GRAPPHITE 

 

GRAPHITE BENEFICIATION AT OTHER LOCATIONS 

PANCHMAHAL, GUJRAT  

The ore  is won by cutting  trenches by manual  labour and  transporting  it by  trucks  to  the 

beneficiating plant. The methods are very primitive and the excavation starts from surface 

outcrops of graphite ore and continues along the strike and downwards. Rate of production 

is slow and intermittent. Most mines sell their products without any beneficiation. 

The samples had been sent to Bhabha Atomic Research Centre for beneficiation tests. They 

were able  to upgrade  the materials  from 60‐90 percent depending on  the samples which 

contained 10‐30%  Fixed  carbon. The  tests  carried out at Regional  research  Laboratory at 

Bhubneshwar indicated that upgradation of ore upto 95% was economically feasible.  

Sahu and Mungee  (1972) have  shown  feasibility of upgrading ore  from 25%  to 55% with 

around  50%  recovery.  Mild  acid  treatment  before  flotation  reduces  impurities  and 

repetition  of  flotation  in  identical  cells  further  improve  the  grade. Multistage  flotation 

improves recovery by over 30%.  

Most of the mineral resources in our country (excepting iron ores etc.) are low to medium 

in grade which need beneficiation  in some form or other to make them suitable for use  in 

mineral based  industries. As such,  these have  to be upgraded  to  the desired specification 

(within specified  tolerance  limits). Beneficiation of graphite  includes gravity concentration 

methods  and  also  flotation.  Sometimes  chemical  treatment  like  acid  leaching  and 

chloridisation are also applied for production of high purity graphite over 99% F.C. 

MINEROLOGY  AND  CHEMICAL  CHARACTERSTICS  OF  THE 

GIVEN SAMPLE 

The  sample  under  study  was  procured  from  near  Daltonganj  in  Palamu  District  of 

Jharkhand. The region has a large reserve of low grade graphite with Fixed Carbon content 

ranging from 5% to 30% depending upon the source.  

The given sample seemed to be of flaky type. These were present as  lenticular pockets of 

quartz  graphite  schist  embedded  in  granite  gneiss.  The  chief  gangue minerals  associated 

with the sample were mostly quartz, with smaller amounts of feldspar, and shiny micas. 

Upon crushing, the graphite seemed to be pretty well liberated at sizes around 400 microns.  

From the data of the mineralogy, grain size, their liberation and fixed carbon content of the 

samples a few important conclusions could be drawn.  

1. Chemical  superiority  of  the  sample  alone  does  not  signify  the  real worth  of  the 

sample but external characteristics have an important role in determining the value 

of  any workable deposits.  Sometimes  the  textural  characteristics play a dominant 

role in this regard.  

2. Flaky nature of graphite having flakes above 80 mesh finds many  important uses  in 

industries as well as in manufacture of crucibles. It fetches higher price also.  

3. Interlocking of the gangues with graphite (at very fine size) needs very fine grinding 

which  consumes  40‐60%  of  the  total  processing  cost  rendering  it  uneconomical. 

Moreover grinding of graphite to very fine size is also extremely difficult owing to its 

greasy nature.  

Keeping  the  above  points  in  view  two ways  of  beneficiation  of  graphite may  be 

suggested.  

(a) if  the  liberation  of  graphite  is  at  a  coarse  size,  gravity  methods  of 

concentration may be effective.  

(b) If  the  graphite  grains  are  liberated  at  a  finer  size,  perhaps  flotation 

techniques might work.  

(c) If the graphite minerals are associated with gangue at exceptionally very fine 

stage,  the processing may not be economical  for obvious  reasons  (grinding 

cost will be very high). 

   

EXPERIMENTS 

Experiments  on  graphite  bearing  ore  are  aimed  to  characterize  the  ore,  to  establish  the 

optimum method to beneficiate the given graphite ore with maximum possible grade and 

recovery.  Due  to  unavailability  of  Indian  standards  for  graphite  characterization  and 

beneficiation  procedures  ASTM  standards  are  adapted  for  the  standardization  of  the 

procedures.  

TEST 1: MOISTURE ANALYSIS 

The given sample was tested in accordance with ASTM Standards for flake graphite.  

The  sample was  pulverized  to  a  size  of  ‐75  #  in  a  pulveriser.  The  testing  that  followed 

included heating  the sample  in a suitable container at a  temperature of about 110  °C  for 

duration of 16 hours. The sample was left overnight in an open air oven.  

The sample was weighed in the lab using high precision electronic balances before and after 

the testing to obtain the following data: 

Sample  Initial Weight Final Weight Difference % Moisture 

Sample 1  9.9497  9.859  0.0907  0.911585274 

Sample 2  9.9085  9.8033  0.1052  1.061714689 

Sample 3  10.2377  10.132  0.1057  1.032458462 

Total        1.001919475 

 

The above analysis indicates that the sample is fairly dry. The traces of moisture are mostly 

harmless and should pose no concern in either wet or dry processes. 

   

TEST 2: VM ANALYSIS 

The  standards  for measuring  Volatile Matter  content  of  graphite were  not  available.  It 

forced  us  to  modify  existing  standards  to  suit  the  purpose.  Since  graphite  can  easily 

withstand  high  temperatures,  an  assumption  was  made  to  heat  the  sample  to  a 

temperature of 900 °C for duration of 10 minutes. 

One gram of the sample we got in the last step (‐75 #, dried) was then transferred to a VM 

crucible. The VM crucible was then put inside a furnace preheated to 900 °C for duration of 

10 minutes. After the stipulated time, the sample was cooled and weighed in an electronic 

balance. The data obtained was the following: 

 

Sample  Initial Weight Final Weight Difference % Moisture 

Sample 1  1.09  1.0833  0.0067  0.614679 

Sample 2  1.0023  0.994  0.0083  0.828095 

Sample 3  0.9997  0.9926  0.0071  0.710213 

        0.7176% 

The result of Volatile matter analysis indicates that there is no discernable Volatile matter in 

the  sample.  The presence of  low VM  indicates  that  graphite  can be processed  and used 

without much problem. 

   

TEST 3: ASH ANALYSIS 

The given sample was tested in accordance with ASTM Standards for flake graphite.  

The sample was pulverized to a size of ‐75 # in a pulveriser. The procedure outlined in the 

standards states that the sample should be introduced in a silica dish. The sample was put 

in  the  silica dish  so  that a  thin  layer of  sample  covered  the bottom of  the dish  (about 2 

grams). The muffle furnace to be used for the process was preheated to a temperature of 

500 °C. The temperature was raised to 750 °C slowly within one hour. This was followed by 

another 200 °C increase in temperature in the following hour.  

The sample was kept at this final temperature of 950 °C for 2‐4 hours and was periodically 

disturbed by  a  clean  iron wire  to expose  surfaces  to  air. The  sample was weighed  twice 

during the process and it was determined that the entire carbon has been oxidized. The end 

product failed to show any black particles. The sample was then placed  in a desiccator for 

cooling and weighed in an electronic balance. The result obtained indicated the following: 

Sample  Initial Weight Final Weight Difference % Ash 

Sample 1  2.073  1.722  0.351  83.06802 

Sample 2  2.113  1.735  0.378  82.11074 

Sample 3  1.982  1.62  0.362  81.73562 

        82.30479 

The  ash percent of 82%  is  very high.  The  ash mostly  contains quartz  and  sand particles. 

Correcting  for moisture  and VM,  the  final  Fixed Carbon percentage  can be  calculated  to 

around 16%. This is a difficult to wash sample and needs much processing before any viable 

product can be achieved. 

   

TEST 4: SPECIFIC GRAVITY  

The given sample was tested for its specific gravity with the help of a specific gravity bottle. 

The sp gravity of Kerosene was found to be 0.82.  

Using this value, and the specific gravity bottle, the density of a coned and quartered ‐75# 

sample was determined to be 2.56. 

The specific gravity of Bromoform was determined to be 2.86 

 

 

 

TEST 5: HARDGROVE GRINDABILITY INDEX 

Hardgrove grindability  index  is basically defined  for  coal, but  in  the particular  case  it has 

also been done for graphite to evaluate breaking characteristics of the graphite. Hard grove 

index has been calculated as  

HGI = 13 + 6.93 W 

Where W is the amount of – 200 # material obtained after test 

  Weight of ‐200 #  HGI   

Sample 1   4.80 gm  46.264 

Sample 2  5.43 gm  50.6229 

Average Gardgrove Index = 48.45 

The  sample  is  thus  very difficult  to  grind  and  the minimum  amount of  grinding must be 

done. Otherwise, the grinding cost can make the process too expensive. 

 

   

TEST 6: SINK AND FLOAT ANALYSIS 

The given sample was pulverized to a size below 400 microns and then subjected to a sink 

and float analysis. 

PREPARATION OF DENSE MEDIA 

Dense media was prepared by using Bromoform  and Kerosene. The proportion of dense 

media  to  be  used was  determined  using mathematical  equations.  The  exact  volume  of 

ingredients required was thus determined. Dense media was prepared at different densities 

ranging from 2.7 to 2.4 g/cc at .1 intervals.  

SINK AND FLOAT TESTS 

The sample was floated  in the dense media prepared and the amount of sink and  float  in 

each density class was determined. 

Sp Gravity 

wt%  cum wt% 

‐2.4  3.116348406 3.1163484062.4‐2.5  13.52310641 16.639454822.5‐2.6  47.31312558 63.952580392.6‐2.7  26.12337616 90.075956562.7  9.924043444 100 

The flotation test clearly states that most of the mass  is concentrated  in the density range 

of 2.5‐2.6 g/cc. This is primarily due to presence of dense quartz. 

ASH ANALYSIS OF FRACTIONS 

An  ash  analysis  of  each  of  these  fractions  was  performed  to  better  understand  their 

characterstics. The procedure is already outlined in Test 3. 

Sp Gravity 

wt%  Ash % 

‐2.4  3.116348406 60.6 2.4‐2.5  13.52310641 70.35 2.5‐2.6  47.31312558 77.36 2.6‐2.7  26.12337616 84.86 +2.7  9.924043444 89.77 

The ash analysis confirms the earlier  inference that most of the particles of ash are  finely 

disseminated and difficult to  liberate at a size of 400 microns. A size reduction below 200 

microns will be necessary to liberate the graphite properly from quartz.    

TEST 7: FROTH FLOTATION 

The  given  sample was  pulverized  and  screened  to  obtain  a  size  passing  a  screen  of  400 

microns.  

CONDITIONING 

The feed was prepared with a pulp density of 1.5g/cc using 496 grams of sample. Graphite is 

a naturally floatable mineral and is thus easy to float.  

Conditioning is performed to achieve the following: 

Alkaline pH: addition of about  .5g of NaOH pellets to the conditioning tank. Alkaline pH  is 

shown to improve flotability. 

Quartz depressant: Sodium silicate selectively depresses quartz. It proves hugely beneficial 

in flotation. It also acts as slime dispersant. 

Conditioner:  Kerosene  itself  is  used  as  a  conditioner.  It  is  highly  effective  in  graphite 

flotation. 

Frother: Pine oil was added to stabilize the froth long enough to remove the concentrate.  

FLOTATION 

The  froth  was  collected  at  fixed  intervals  of  30seconds  upto  3  times  for  each  sample. 

Floatation cell used  is a Denver  laboratory floatation cell have capacity of 3l, this machine 

has been chosen as graphite needs more force for lifting, thus more agitation. The samples 

were dried in an air oven and weighed: 

  Weight recovered   Wt of sample wt of carbon  Carbon % Yield  Recovery 

Tailing  323.2  1.87  0.089  2.359  0.660  0.086026162

0‐30 sec  70.03  0.67  0.3835  57.23  0.143  0.452209878

30‐60 sec  64.08  0.908  0.479  47.75  0.131  0.345216262

60‐90 sec  32.6  1.365  0.434  31.79  0.067  0.116933791

  489.91            

The Flotation tests  indicate that a product with 60% FC can easily be prepared by a single 

stage flotation.    

RESULTS 

By  the  above  experiments  and  data  collection most  appropriate method  for  recovery  of 

best possible grade of graphite can be selected. 

By taken  into considerations of the size of the ore, and the need of the size  liberation for 

the  process    size  reduction  is  usually  accomplished  by  jaw,  cone,  or  hammer mill‐type 

crushers;  screening  to  recover  coarse 

flakes or to reject coarse hard impurities is accomplished by trommel or vibratory screens. 

The recovery of  inter mediate and  fine  flake graphite  is possible by roll crushing, ball, rod 

milling, followed by additional screening, air classification. 

The data collected form float and sink test and floatation test can be analyzed to check the 

amenability of ore beneficiation by every process.  

 

 

Sink and Float test: Float Curve  

From the above float curve it has been estimate that grade greater than 31 % carbon can’t 

be  achieved  by  the  gravity  separation method.  This  practical  result  can  be  theoretically 

justified as  the density of graphite and other gangue matter as quartz, etc are  too close. 

Since  31  %  carbon  graphite  is  not  used  in  any  application,  thus  there  is  no  mean  is 

upgrading carbon content of graphite from 16% to 31%.  

Floatation is also analyzed in the same way to check its amenability. The data of floatation 

time and grade recovered is plot in a following graph.  

0

5

10

15

20

25

30

35

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Carbon %

Cumm Wt %

 

 

 

Since it can be seen that the grade of almost 58% can be achieved at good recovery of 15 % 

and  grade  of  51%  can  be  achieved  at  recovery  of  80%.  Thus  the  process  is  effective  in 

upgradation of low grade graphite ore.  This can be theoretically justified as the graphite is 

naturally floatable material. 

 

   

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

20 30 40 50 60 70 80 90 100

Cumm Carbon %

Floatation time

CONCLUSION 

Graphite  is naturally floatable and particles as coarse as 1 mm may be floated  in a slightly 

alkaline  pH medium.  Pine  oil  and  kerosene  are  the  standard  reagents  and  are  usually 

employed  together. Pine oil acts as a  frother. The  function of kerosene or  fuel oil  is as a 

promoter  to  recover  unliberated  graphite middling.  Flotation  is  fairly  fast  and multiple 

cleanings are necessary for recoveries of 80‐85%; recovery can be  improved by regrinding 

and refloating, but careful regrinding is necessary to avoid the smearing of gangue minerals 

and  the  production  of  slime  graphite. Modifiers  and  depressants  to  improve  selectivity 

include sodium silicate, which acts as a quartz depressant and slime dispersant, and  lactic 

acid, C3H6O3, which is used to depress mica. 

Graphite may be  further purified  to 99% carbon by chemical  treatment, chloridization, or 

fluoridization.   

Floatation  as  a  process  can  be  improved  by  using  cleaner  circuits  in  series  for  better 

recovery of high grade graphite.  

Thus the graphite obtained have carbon content 58% , it can be used in various applications 

like  foundries, conductive coatings, boilers. Etc. However, after upgrading this graphite by 

various methods of multicleaning  flotation process and chemical methods,  it can be used 

for any application.  

   

FLOWSHEET OF A TYPICAL GRAPHITE UPGRADATION CIRCUIT 

 

   

BIBLIOGRAPHY 

1. Graphite deposits of Devgad Baria, Panchmahal, Gujrat‐Scope for development‐ B L 

Narayana 

2. Industrial Minerals Laboratory Manual Flake Graphite—C J Mitchell 

3. The bright side of graphite ‐‐ Alexandra Feytis, July 2010   industrial minerals 

4. Graphite‐‐ Michel Dumont 

5. GRAPHITE‐‐ Rustu S. Kalyoncu 

6. A review on beneficiation prospect of some of the graphite deposits of Bihar   P. N. 

Pathak ,M. V. Ranganathan and  D. M. Chakraborti