選礦船舶用集成式重介質(zhì)選礦機組淺析*

劉燁河，唐貴青，劉福峰

（1廣州市盾建地下工程有限公司，廣東 廣州510030；2廣東安成安防技術(shù)有限公司，廣東 廣州510000；3湖南有色金屬職業(yè)技術(shù)學院，湖南 株洲412000）

1 前言

發(fā)展國民經(jīng)濟非常依賴礦產(chǎn)資源，能源原料95%以上、工業(yè)原材料80%以上來自于礦產(chǎn)資源［1-2］，不可再生的礦產(chǎn)資源是社會經(jīng)濟發(fā)展、國民經(jīng)濟安全運行的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。據(jù)報道，世界上96%的鋯石、30%的鈦鐵礦、96%以上的金紅石、80%的獨居石和75%的錫石在海濱砂礦中產(chǎn)出［3］。礦業(yè)開發(fā)先進的國家，已經(jīng)廣泛應(yīng)用重介質(zhì)選礦技術(shù)和裝備。集成式重介質(zhì)選礦機組（以下簡稱IDMS），除了廣泛應(yīng)用于陸地選礦，還廣泛應(yīng)用于海洋、水下礦床的開發(fā)選礦上。

中國船舶選礦技術(shù)和裝備發(fā)展很快，但起步較晚；中國的選礦科研院所對浮選投入最大，其次是磁選，在重選方面關(guān)注度少，尤其是在有色金屬礦選這方面，基本沒有重介質(zhì)選礦的實驗設(shè)備。中國工程機械的發(fā)展為采掘海洋礦產(chǎn)資源提供了便利，發(fā)展海洋（水）選礦船舶成為當務(wù)之急。

2 選礦船舶的選礦技術(shù)特點

船舶上選礦與陸地選礦對選礦設(shè)備和工藝技術(shù)有不同要求。選礦船舶上的選礦設(shè)備、工藝必須具備如下特點：生產(chǎn)成本低、大處理量、綠色清潔、操作維護簡單、高效選礦、預(yù)先拋尾效果好［4-5］、選礦設(shè)備集成化程度高、易于自動化控制、抗晃振動性能好等要求，特別需要單位面積單位空間處理礦石量大，設(shè)備集成化。

常規(guī)重選具有成本小、綠色環(huán)保等特點；但單機處理量小，占地面積大，不便于自動化控制，在水中或海上，隨風浪的影響，船體搖晃難免會影響選礦效果。比如溜槽選礦機、搖床選礦機、圓錐選礦機、跳汰選礦機等的礦石流都是處于一種常規(guī)大氣壓中開放性地流動，或加上設(shè)備規(guī)則運動，達到礦石分離效果；因此，如果選礦設(shè)備本身產(chǎn)生不符合選礦原理的晃動或振動，會嚴重影響選礦。浮選是現(xiàn)在普遍采用的選礦方法，但它要求全礦磨礦，設(shè)備投資和占地都較大，浮選成本高；并且浮選要使用選礦藥劑，在選礦船上廢水無法無害化處理，不利于環(huán)保。隨著礦石中有用礦物的品位越來越貧瘠，全礦浮選將難以為繼，這些制約了浮選上選礦船。

重介質(zhì)選礦技術(shù)是常規(guī)重選的提高和發(fā)展，常規(guī)重介質(zhì)選礦相比常規(guī)重選的選礦效果要好?，F(xiàn)在陸地資源選礦，由于常規(guī)重介質(zhì)選礦設(shè)備、生產(chǎn)管理過于復雜，目前只有選煤已經(jīng)廣泛應(yīng)用了重介質(zhì)選礦技術(shù)，其他金屬與非金屬礦還未有效地應(yīng)用重介質(zhì)選礦。集成式重介質(zhì)選礦機組（IDMS）把常規(guī)重介質(zhì)選礦的一系列設(shè)備集成為一個整體，雖然其選礦原理和常規(guī)重介質(zhì)選礦相同，但它克服了常規(guī)重介質(zhì)選礦系統(tǒng)的弱點。IDMS將會在船選領(lǐng)域大有作為。

3 集成式重介質(zhì)選礦機組介紹

3.1 IDMS流程結(jié)構(gòu)及設(shè)備架構(gòu)

IDMS的工藝流程包括：礦石輸入與預(yù)處理系統(tǒng)、混料系統(tǒng)、分選系統(tǒng)、介質(zhì)回收系統(tǒng)、介質(zhì)調(diào)制與儲存系統(tǒng)、排礦系統(tǒng)、廢水系統(tǒng)等，如圖1所示；設(shè)備架構(gòu)分為兩層，如圖2所示。

3.2 IDMS選礦原理

1）IDMS的選礦原理與常規(guī)重介質(zhì)選礦原理相同。都是應(yīng)用了阿基米德浮力定理，根據(jù)礦石密度差異來分選輕密度礦物和重密度礦物。

圖1 IDMS工藝流程結(jié)構(gòu)

圖2 IDMS設(shè)備架構(gòu)

2）重介質(zhì)選礦是常規(guī)重力選礦的技術(shù)升級，它在分離原理上與常規(guī)重力選礦有所不同，直觀表現(xiàn)在其分離介質(zhì)不是單純以水為分選介質(zhì)，介質(zhì)的密度發(fā)生了變化。通常評價礦石是否可采用重選，是根據(jù)礦石重選可選性公式E=（δ重-δ介）/（δ輕-δ介）。在一個礦山中所采出來的礦石中δ輕、δ重相對固定，決定E的大小是δ介，通過人為控制分離介質(zhì)δ介的大小，就能調(diào)整礦石重選的可選性效果。重選可選性難易程度見表1。在δ輕與δ重差別不多的礦石中，調(diào)高δ介值，E值會提高，重選礦石可選性會改善。

表1 礦石重選可選性難易程度

3.3 IDMS技術(shù)特征

3.3.1 IDMS兼顧了常規(guī)重力選礦優(yōu)點

綠色環(huán)保不添加任何化學藥劑、符合多碎少磨選礦原則，節(jié)省成本。IDMS克服了重力選礦設(shè)備處理量小、占地面積多、基建投資大、自動化難、回收率不高、選礦效果抗晃振動性能差等缺點。

3.3.2 IDMS兼顧了常規(guī)重介質(zhì)選礦優(yōu)點

1）礦石中有用礦物與脈石礦物之間密度差不明顯的條件下，IDMS重選可選性得到了提高；這種礦石在常規(guī)重選條件時其重選可選性小，分離難度大。2）實現(xiàn)寬粒級選礦?；诘V粒沉降理論，常規(guī)重力選礦時，必須把礦石嚴格按粒度分級；但重介質(zhì)選礦不同，實現(xiàn)了寬級別分選礦石。目前國外IDMS分選礦石的粒級做到了30 mm上限。3）選礦效果好，回收率高，富集比大，對于低品位礦具有較強優(yōu)勢。比如分選金剛石礦回收率達到95%。4）與搖床、跳汰、螺旋等選礦設(shè)備相比，其處理量大得多。

3.3.3 克服了常規(guī)重介質(zhì)選礦缺點

IDMS大幅壓縮了基建投資，選礦系統(tǒng)得到了簡單化和集成化，操作維護簡單，便于自動化控制，降低了選礦成本。

3.3.4 介質(zhì)平衡有保障

介質(zhì)在集成的小空間內(nèi)的各系統(tǒng)之間高速循環(huán)，其平衡難度比常規(guī)重介質(zhì)系統(tǒng)復雜。常規(guī)重介質(zhì)系統(tǒng)主要靠系統(tǒng)之間的距離和各足夠大的容量起緩沖作用，IDMS完美地解決了介質(zhì)平衡難題。

3.3.5 安全性更高

鋼架構(gòu)化使拆裝簡單、快捷安全，生產(chǎn)管理更直觀，剛性設(shè)計抗震效果好。

3.3.6 優(yōu)化了減振措施

振動篩底座墊橡膠墩，渣漿泵進出口軟連接處理，旋流器溢流噴口設(shè)緩沖空間，整個鋼結(jié)構(gòu)各大小梁和立柱全部用螺桿螺母緊固件連接。

3.3.7 清潔環(huán)保

選礦過程是純物理分離過程，不需添加化學輔助劑。

3.3.8 大比例預(yù)先拋尾

對于低品位貧礦資源，將必然選擇預(yù)先拋尾。IDMS處理量大、富集比高、成本低。在保障回收率的前提下，精礦產(chǎn)率可控制在1%～8%。IDMS選鉆石礦，拋尾率達82%以上。

3.3.9 大礦小礦都適合

因其獨特的優(yōu)點，1.2萬t日處理能力的鉆石礦選礦廠應(yīng)用IDMS；有色金屬礦相對規(guī)模不大，正好能應(yīng)用；伊朗的鉛鋅礦普遍使用了IDMS。

4 結(jié)語

IDMS把重介質(zhì)選礦各系統(tǒng)高度集成，選礦效果優(yōu)，安全環(huán)保，預(yù)先拋尾強，操作維護簡單，自動化程度高，適合裝配到選礦船上，有利于促進我國水下或海洋礦產(chǎn)資源開發(fā)。同時，中國有規(guī)模大、數(shù)量多的各型填海船、采砂船，它們在國內(nèi)外執(zhí)行造島工程、航道延伸（或疏浚）、港口或碼頭疏浚、河道疏浚、水下采砂和隧道等工程，如果能應(yīng)用IDMS選礦船參與其中，在實現(xiàn)工程建設(shè)的同時，還可以實現(xiàn)資源綜合利用，利國利民。