離心選礦機(jī)在鎢礦分選回收中的應(yīng)用

劉觀發(fā)，曾祥榮，黃彪林，黃萬撫

（江西理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西 贛州 341000）

0 引 言

離心選礦是利用離心力場來強(qiáng)化重力分選效果的重選技術(shù)。從20世紀(jì)60年代至今，各類離心選礦設(shè)備相繼問世并得到工業(yè)應(yīng)用，有效促進(jìn)了重選的發(fā)展，由于礦物資源“貧、細(xì)、雜”的特點(diǎn)和其對(duì)于微細(xì)粒礦物分選的有效性，離心選礦機(jī)已成為微細(xì)粒礦物分選和回收的重要選礦設(shè)備[1-2]。鎢礦作為我國重要的戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源，其分選和細(xì)泥的回收一直是選礦領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。隨著技術(shù)和工藝的改進(jìn)和發(fā)展，各類離心選礦機(jī)在鎢選礦領(lǐng)域逐漸得到了較為廣泛的應(yīng)用，在微細(xì)粒鎢的分選特別是鎢細(xì)泥的回收方面具有較為廣闊的應(yīng)用前景。

1 國內(nèi)外離心選礦機(jī)的現(xiàn)狀

1.1 SLon離心選礦機(jī)

SLon離心選礦機(jī)是由贛州金環(huán)磁選設(shè)備有限公司研制的連續(xù)型臥式離心選礦機(jī)，按轉(zhuǎn)鼓直徑目前分為SLon-400、SLon-800、SLon-1600、SLon-2400、SLon-2800五種型號(hào)工業(yè)用離心選礦機(jī)。其分選原理（圖1）為：礦漿經(jīng)給料裝置給入截錐形轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面，在轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力場下，礦漿在其內(nèi)表面形成弱紊流膜層[3]，重礦物顆粒受離心作用大，快速沉積于流膜底層，輕礦物顆粒受離心作用小而隨液流沿轉(zhuǎn)鼓直徑大的一端排出成為尾礦，精礦則由射流水束沖洗至精礦富集裝置。

圖1 實(shí)驗(yàn)室連續(xù)式SLon離心選礦機(jī)運(yùn)行過程示意圖[4]Fig.1 Schematic diagram of the operation process of the continuous SLon centrifuge in laboratory

SLon離心選礦機(jī)具有節(jié)能環(huán)保、適應(yīng)性較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已在微細(xì)粒級(jí)鐵礦的選別和鐵尾礦回收中得到較為廣泛地工業(yè)應(yīng)用。近年來在錫礦和鎢礦中也逐步得到推廣應(yīng)用，主要應(yīng)用于微細(xì)粒錫和鎢細(xì)泥的回收工藝或者鎢錫細(xì)泥的分離[4-6]。其不足之處在于處理量相對(duì)較小，分選精度不高，一般用于礦物粗選，粗精礦品位和回收率均較低，還需通過浮選等方法將粗精礦和尾礦進(jìn)一步精選和回收。該設(shè)備具有較大發(fā)展?jié)摿Γ淞魉男再|(zhì)和參數(shù)是影響該設(shè)備連續(xù)作業(yè)穩(wěn)定性和分選效果的關(guān)鍵因素[3]，進(jìn)一步優(yōu)化各項(xiàng)參數(shù)、提高處理能力和分選精度，應(yīng)是SLon離心選礦機(jī)未來的研究方向和目標(biāo)。

1.2 Falcon 離心選礦機(jī)

Falcon離心選礦機(jī)是一種立式離心選礦機(jī)，由美國南伊利諾斯大學(xué)和加拿大Falcon公司共同研制并于1996年投入生產(chǎn)應(yīng)用，它分為Falcon SB系列、Falcon C系列和Falcon UF系列。Falcon SB系列是Falcon公司早期研制的非連續(xù)型立式離心選礦機(jī)，轉(zhuǎn)鼓呈倒錐型（圖2），其分選原理是：礦漿經(jīng)給料管進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓底部并在轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力場作用下在其內(nèi)壁形成流膜，反沖水從進(jìn)水孔進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓上部的溝槽部位使礦漿流膜松散；重礦?？朔x心力分力和反沖水阻力而沉積在轉(zhuǎn)鼓上部溝槽中，輕礦粒則因所受離心力較小且無法克服反沖水壓力而隨水流溢出轉(zhuǎn)鼓從尾礦口排出成為尾礦，分選結(jié)束時(shí)停止給礦，精礦由沖洗水沖出[7-8]。

圖2 Falcon SB離心選礦機(jī)Fig.2 Falcon SB centrifugal concentrator

Falcon C系列和Falcon UF系列離心選礦機(jī)整體構(gòu)造和分選原理和Falcon SB系列大致相同，在結(jié)構(gòu)上有所改進(jìn)。C系列離心選礦機(jī)精礦區(qū)設(shè)計(jì)為溜槽和氣動(dòng)閥，實(shí)現(xiàn)連續(xù)排礦，其回收粒度下限可達(dá)20 μm。UF系列主要是針對(duì)超細(xì)礦物設(shè)計(jì)，離心力可達(dá) 600 G，回收粒度下限可達(dá) 3 μm，它的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)鼓上部結(jié)構(gòu)為精礦停留區(qū)，同時(shí)出口處設(shè)計(jì)了可變唇環(huán)，可提供更大的精礦停留區(qū)，屬半連續(xù)型離心選礦機(jī)，精礦累積到一定程度時(shí)用沖洗水沖出[9]。

Falcon SB型離心機(jī)在國內(nèi)外應(yīng)用相對(duì)較廣，可用于細(xì)粒煤的脫硫，對(duì)0～0.5 mm粒級(jí)煤的脫硫效果優(yōu)于浮選[10]，也適用于金、銀、鎢、鎳等稀貴金屬的分選回收，多應(yīng)用于預(yù)先富集或預(yù)先拋尾階段[11-13]。Falcon C系列和Falcon UF系列離心機(jī)近年來也逐漸應(yīng)用于鎢、錫、鎳等尾礦或細(xì)泥的回收工藝[14-15]。進(jìn)一步完善其分選理論體系，優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，提高生產(chǎn)適應(yīng)性是其得到進(jìn)一步推廣應(yīng)用的必要前提[16-17]。

1.3 Knelson 離心選礦機(jī)

Knelson離心選礦機(jī)是由加拿大尼爾森公司研發(fā)的高效型立式離心選礦機(jī)，于1978年投入商業(yè)化應(yīng)用[18-19]，按運(yùn)行方式分為 BKC（間斷型）和CVD（連續(xù)型）兩種類型，現(xiàn)已成為世界上應(yīng)用最廣泛的立式離心選礦機(jī)之一。其分選過程（圖3）基于分選錐旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力場和流態(tài)化反沖水的松散作用[20]，礦漿從中心給入分選錐底部，在分選錐高速旋轉(zhuǎn)下，礦物顆粒被甩至錐內(nèi)壁并富集于內(nèi)壁上的溝槽中，同時(shí)反沖水從外錐底部給入，從溝槽排列的水孔按與分選錐旋轉(zhuǎn)相反的方式沿切向沖入錐內(nèi)，使槽內(nèi)礦層松散呈流態(tài)化；重礦物不斷取代輕礦物在槽內(nèi)富集為精礦，輕礦物無法克服水的阻力隨水流從錐體上部溢流成為尾礦。

圖3 實(shí)驗(yàn)室Kenlson離心選礦機(jī)分選示意圖[24]Fig.3 Schematic diagram of Kenlson centrifuge sorting in laboratory

Knelson離心選礦機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便和運(yùn)行高效等特點(diǎn)，適用于微細(xì)粒金、銀、鉑等貴金屬礦物的選別和回收，其他礦物如氧化鐵、細(xì)粒錫、鉻、鉭鈮的預(yù)選也有工業(yè)應(yīng)用，但報(bào)道較少，目前在國內(nèi)外仍然主要應(yīng)用于金礦的選別和回收[20-21]。由于其適用范圍窄、理論研究不完善以及耗水量大等缺點(diǎn)，未在其他礦物獲得很好的工業(yè)應(yīng)用，仍具有很大的改進(jìn)和發(fā)展空間。近年來國內(nèi)外研究者對(duì)Knelson離心選礦機(jī)理論研究和分選過程規(guī)律的研究逐漸深入，利用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬等手段優(yōu)化其結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)是其研究的熱點(diǎn)[22-24]，對(duì)優(yōu)化其性能和拓寬其應(yīng)用范圍提供理論參考具有重要作用。

1.4 新型離心選礦機(jī)

為適應(yīng)不同礦物資源特性，滿足復(fù)雜難處理礦物的分選要求，選礦工作者一直致力于離心選礦機(jī)的改進(jìn)和研發(fā)。從文獻(xiàn)報(bào)道可知，新型離心選礦機(jī)主要應(yīng)用于復(fù)雜難處理鎢細(xì)泥的回收。周曉文等[25]針對(duì)江西某鎢選廠鎢細(xì)泥礦物組成復(fù)雜、嵌布粒度細(xì)、回收效率低等問題，進(jìn)行浮選-重選-浮選聯(lián)合流程試驗(yàn)研究以實(shí)現(xiàn)鎢資源更高效的回收。在進(jìn)行重選設(shè)備對(duì)比試驗(yàn)后采用其團(tuán)隊(duì)針對(duì)性開發(fā)的LL-400立式連續(xù)型離心選礦機(jī)進(jìn)行鎢礦物預(yù)富集，優(yōu)化設(shè)計(jì)系列錐角離心轉(zhuǎn)筒、精礦富集槽和氣動(dòng)夾管閥。結(jié)果表明，此新型離心選礦機(jī)對(duì)微細(xì)粒鎢礦物預(yù)富集具有較好的細(xì)粒鎢礦預(yù)富集效果。為提高某選廠鎢細(xì)泥的回收率，常學(xué)勇等[26]開展了試驗(yàn)研究，先通過篩分直接拋除細(xì)泥尾礦中+74 μm 的部分，后采用LX86型臥式離心選礦機(jī)進(jìn)行粗選，離心選礦機(jī)粗選精礦再采用懸振錐面選礦機(jī)進(jìn)行精選獲得黑鎢精礦。試驗(yàn)獲得黑鎢精礦品位 WO328.04 %，回收率49.20 %的較好指標(biāo)，成功實(shí)現(xiàn)細(xì)泥作業(yè)尾礦鎢礦物的再回收。試驗(yàn)證明LX86臥式離心選礦機(jī)可以拋除大部分該細(xì)泥脈石礦物，為精選作業(yè)提供合適的入料品位。

離心選礦機(jī)發(fā)展至今，已成為微細(xì)粒礦物分選和回收的重要選礦設(shè)備，為礦物資源綜合回收利用發(fā)揮不可替代的作用。新型離心選礦機(jī)應(yīng)朝設(shè)備大型化、精細(xì)化、經(jīng)濟(jì)化發(fā)展，進(jìn)一步降低分選粒度下限，優(yōu)化操作與結(jié)構(gòu)參數(shù)，提高設(shè)備生產(chǎn)適應(yīng)性和穩(wěn)定性，未來必將具有更大的發(fā)展。

圖4 LL-400 離心選礦機(jī)結(jié)構(gòu)圖[26]Fig.4 Structural diagram of LL-400 centrifugal concentrator

2 離心選礦機(jī)在鎢礦分選和鎢細(xì)泥回收的應(yīng)用

隨著鎢礦資源的開發(fā)，微細(xì)復(fù)雜難選的低品位鎢礦的選別和鎢細(xì)泥的回收已成為鎢選礦行業(yè)的研究熱點(diǎn)，離心選礦機(jī)由于其分選微細(xì)粒礦物的有效性，在鎢礦重選和細(xì)泥回收工藝中已得到廣泛的應(yīng)用[27-28]。從工藝應(yīng)用現(xiàn)狀來看，離心選礦機(jī)在復(fù)雜難選多金屬鎢礦中常用于預(yù)先分選或粗選；在鎢細(xì)泥回收工藝中應(yīng)用更為廣泛，通常用于聯(lián)合工藝的重選，且逐漸成為鎢細(xì)泥回收的主要重選設(shè)備[29]。

2.1 預(yù)先及粗選

預(yù)先分選是在選別前進(jìn)行預(yù)先富集鎢細(xì)泥中的有價(jià)礦物或預(yù)先拋除不利于后續(xù)流程的部分礦物，以提高后續(xù)作業(yè)入選品位或減少有害成分對(duì)后續(xù)作業(yè)的干擾。在離心選礦機(jī)應(yīng)用于鎢礦分選的早期，由于離心選礦機(jī)分選精度不高但處理量大、回收粒度下限低，在鎢細(xì)泥回收聯(lián)合工藝中，常用于預(yù)富集或粗選階段，并主要聯(lián)合浮選的方法進(jìn)行精選。周源等[30]對(duì)江西某鎢礦選廠所產(chǎn)鎢細(xì)泥進(jìn)行回收工藝試驗(yàn)研究，采用“浮-重-浮”聯(lián)合工藝，先浮選脫硫，脫硫細(xì)泥采用離心選礦機(jī)預(yù)富集，離心選礦機(jī)粗精礦再經(jīng)浮選進(jìn)行精選，得到黑鎢精礦 WO3品位38.01 %，回收率64.27 %的良好指標(biāo)。付廣欽等[31]曾針對(duì)某黑白鎢多金屬礦組成復(fù)雜且難選問題，進(jìn)行了黑鎢礦分選工藝試驗(yàn)研究，針對(duì)礦石性質(zhì)，用離心選礦機(jī)進(jìn)行預(yù)處理，再采用浮選對(duì)預(yù)處理后礦物進(jìn)行精選，獲得黑鎢精礦 WO3品位46.12 %、回收率85.57 %的良好指標(biāo)。

離心選礦機(jī)用于鎢細(xì)泥預(yù)先分選階段往往表現(xiàn)出良好的效果，可為后續(xù)階段分選提供更適宜的條件。其很少單獨(dú)應(yīng)用于鎢礦粗選階段，因?yàn)榇志V難以達(dá)到后續(xù)精選的指標(biāo)要求，因此常配合跳汰或搖床等組成粗選作業(yè)。

2.2 聯(lián)合工藝

隨著技術(shù)及工藝的不斷創(chuàng)新改進(jìn)，離心選礦機(jī)在鎢細(xì)泥回收工藝中的應(yīng)用越來越廣泛。對(duì)于鎢礦物的選別，浮選法是常用的方法，而對(duì)于鎢細(xì)泥礦物的回收，在工藝上也常用浮選法進(jìn)行精選。但由于鎢細(xì)泥成分復(fù)雜且粒度極細(xì)，顆粒間易黏結(jié)團(tuán)聚，導(dǎo)致浮選效果不佳且藥劑用量過大，增大了后續(xù)脫藥難度和環(huán)保壓力。由于當(dāng)前礦山環(huán)保的要求更加嚴(yán)格，相比于浮選，離心選礦機(jī)的分選更加環(huán)保高效，因此離心選礦機(jī)推廣用于鎢細(xì)泥回收工藝的精選階段成為當(dāng)前的研究趨勢(shì)。為提高江西某鎢選廠次生鎢細(xì)泥黑鎢回收指標(biāo)，郭玉武等[32]進(jìn)行了試驗(yàn)研究及工業(yè)實(shí)踐。對(duì)比試驗(yàn)多種工藝方案，確定采用強(qiáng)磁選機(jī)預(yù)富集，不同粒級(jí)細(xì)泥用搖床、離心選礦機(jī)分別分級(jí)精選的聯(lián)合選別流程，替代原有全搖床重選工藝。獲得鎢精礦WO3品位25.39 %，回收率73.40 %，較原工藝指標(biāo)有明顯提高。

李愛民等[33]針對(duì)行洛坑鎢礦鎢細(xì)泥原回收工藝流程復(fù)雜、指標(biāo)不佳等問題進(jìn)行了工藝優(yōu)化和技術(shù)改造，采用浮選與離心選礦機(jī)精選的聯(lián)合工藝代替原有工藝，鎢回收率得到大幅提高，增加了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。在對(duì)離心選礦機(jī)進(jìn)行精選優(yōu)化時(shí)，采用分級(jí)精選的方式，不同粒級(jí)分別用不同規(guī)格的離心選礦機(jī)分選，有效改善了精選效果，且創(chuàng)造性地將SLon離心選礦機(jī)用于鎢細(xì)泥精選，證明了該離心選礦機(jī)用于復(fù)雜鎢細(xì)泥精選的有效性。黃云松等[34]采用硫化礦浮選-離心選礦機(jī)重選的工藝對(duì)某鎢細(xì)泥中的鎢錫進(jìn)行綜合回收，全流程試驗(yàn)流程見圖5。選別指標(biāo)相比原工藝得到提高，證明離心選礦機(jī)在黑鎢細(xì)泥回收中比搖床更具優(yōu)越性。譚燕葵等[35]對(duì)某鎢選廠進(jìn)行細(xì)泥重選回收工藝的技術(shù)改造，采用離心選礦機(jī)+搖床重選工藝代替原有的搖床、絨毯回收工藝，細(xì)泥的粗選和精選均采用離心選礦機(jī)，部分精選尾礦采用搖床進(jìn)行復(fù)選，整體流程得到簡化，鎢精礦品位提高了4.27 %，回收率提高了10.36 %。

圖5 全流程試驗(yàn)流程[38]Fig.5 The whole process test process

綜上可知，由于鎢礦資源特性的變化和鎢細(xì)泥回收工藝研究的深入，離心選礦機(jī)的應(yīng)用也有所變化。在復(fù)雜多金屬黑鎢礦的選別中一般用于預(yù)先富集有價(jià)礦物及部分拋尾，而在鎢細(xì)泥回收工藝中有以離心重選為主、浮選為輔的應(yīng)用趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)鎢礦物環(huán)保而有效地回收。

3 結(jié) 論

（1）離心選礦機(jī)作為回收微細(xì)粒級(jí)礦物的有效、環(huán)保好的重選設(shè)備，在國內(nèi)外礦山的應(yīng)用十分廣泛。鎢細(xì)泥作為如今鎢礦行業(yè)重要可回收資源，其回收工藝的研究成為現(xiàn)在及今后的熱點(diǎn)，離心選礦機(jī)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)使其成為鎢礦選別及鎢細(xì)泥回收的重要設(shè)備，各類型離心選礦機(jī)在鎢選礦中得到較為廣泛的應(yīng)用，應(yīng)用前景良好。

（2）目前鎢細(xì)泥回收工藝主要是根據(jù)礦物特性以重、磁、浮三大選別手段有機(jī)聯(lián)合選別，多為浮-重聯(lián)合工藝。由于離心選礦機(jī)清潔高效的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，近年來在鎢細(xì)泥回收中逐漸取代搖床和溜槽成為主要重選設(shè)備，回收工藝有以離心重選為主、浮選為輔的趨勢(shì)。隨著環(huán)保要求日益嚴(yán)格，未來離心選礦機(jī)在其他礦物選別中必將具有更大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

（3）利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)離心選礦機(jī)分選過程進(jìn)行數(shù)值模擬是當(dāng)前深化其理論體系的重要研究方向，有利于快速優(yōu)化工藝參數(shù)，提高分選效率，加強(qiáng)這方面的研究，對(duì)離心選礦機(jī)在選礦行業(yè)進(jìn)一步的發(fā)展具有重要意義。

（4）加強(qiáng)離心選礦設(shè)備的改進(jìn)優(yōu)化研究是得到好的選別效果的前提，目前我國離心選礦機(jī)的研究取得一定進(jìn)展，但在某些方面仍亟須突破，如臥式離心選礦機(jī)精細(xì)化、大型化、連續(xù)化以及立式離心選礦機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的改進(jìn)仍是今后研究的重點(diǎn)和努力的方向，進(jìn)一步降低回收下限和提高生產(chǎn)適應(yīng)性也是重要的目標(biāo)。隨著離心重選技術(shù)逐漸得到重視，未來離心選礦機(jī)將會(huì)在選礦行業(yè)得到更為廣泛的應(yīng)用。