重选设备在我国金属矿选矿中的应用进展及展望.pdf

1 8 有色金属 选矿部分2 0 1 1 年增刊1 D O I 1 0 ．3 6 3 蜘．1 s s n l 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 1 ．z 1 ．0 0 2 重选设备在我国金属矿选矿中的应用进展及展望 刘惠中 北京矿冶研究总院。北京1 0 0 0 7 0 摘要对流膜类、跳汰类和离心类重选设备在我国金属矿选矿中的进展情况进行评述。重点对B L l 5 0 0 螺旋溜 槽、摇床、B A T A C 跳汰机、J T 5 跳汰机、低磁场自重介跳汰机、尼尔森选矿机以及s L 射流离心机的基本原理和应用情 况进行介绍和分析．并进一步分析了重选设备的优势和发展前景。 关键词重选；重选设备；螺旋溜槽；跳汰机；离心选矿机；展望 中图分类号T D 4 5 5 ；T D 9 2 2 文献标识码A文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 1 S 0 - 0 0 1 8 - 0 6 A p p l i c a t i o nP r o g r e s s e sa n dP r o s p e c t so fG r a v i t yC o n c e n t r a t o r si nC h i n e s eM e t a lM i n e P r o c e s s i n gP l a n t s L ／UH u i z h o n g B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 0 7 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h ep r o g r e s s e so f f i l ms e p a r a t i o n ，j i gs e p a r a t i o na n dc e n t r i f u g a ls e p a r a t i o ng r a v i t y c o n c e n t r a t o r si nC h i n e s em e t a lm i n ep r o c e s s i n gp l a n t si sr e v i e w e d ．W i t he m p h a s i sO i lt h eB L l 5 0 0s p i r a l c o n c e n t r a t o r ，s h a k i n gt a b l e ，B A T A Cj i g ，J T 5j i g ，L o w - - f i e l da u t o g e n o u sh e a v y - m e d i aj i g ，K n e l s o nc o n c e n t r a t o r ， a n dS Lc e n t r i f u g a ls e p a r a t o r ，t h eb a s i cs e p a r a t i o np r i n c i p l e sa n da p p l i c a t i o n sa r ei n t r o d u c e da n da n a l y z e d ． F i n a l l yt h ea d v a n t a g e sa n dp r o s p e c t so fg r a v i t yc o n c e n t r a t o ra r ef u r t h e ra n a l y z e d ． K e yw o r d s g r a v i t yc o n c e n t r a t i o n ；g r a v i t yc o n c e n t r a t o r ；s p i r a lc o n c e n t r a t o r ；j i g ；c e n t r i f u g a ls e p a r a t o r ； p r o s p e c t 重选是借助有用矿物和脉石之间的密度差异而 实现分选的一种古老的选矿方法。进入2 0 世纪 后，随着磁选和浮选等选矿技术的发展和应用，重 选的重要性有所降低，但重选以其无污染、能耗 低、配置容易、选矿成本低等优点，在现代选矿中 仍扮演着重要的角色。 近些年来，随着矿山规模的不断扩大，贫、 细、杂等难选矿的增多，重选设备主要在设备的大 型化、适应性、多力场等方面有所发展。 重选设备根据重力场的特点可大致分为流 膜类重选设备、跳汰类重选设备和离心类重选 设备。 1 流膜类重选设备 这类设备的特点是矿浆借助设备的特有形状， 可形成毫米级的流膜，有用矿物和脉石的分选在流 膜中完成。矿物颗粒在流膜内的分选，主要分选力 场除了重力和流体动压力外，还借助了流膜底 设 备表面 的摩擦力，从而使得矿物颗粒实现松散、 分层、分带展开，所以这类设备分带明显，产品的 截取及质量控制也更为容易。 这类设备的主要代表是螺旋溜槽和摇床，目前 这两种设备作为重选设备在工业中也是应用最为广 泛的。在我国赤铁矿的选矿中，螺旋溜槽作为主要 分选设备得到了广泛的应用，此外在镜铁矿、钛铁 矿和铬铁矿的选矿中也是主要的分选设备。在钨、 锡矿的选矿中，摇床仍然是主要的分选设备，近些 年来，螺旋溜槽也已被引用到钨、锡的选矿中，主 要作为粗选设备或扫选设备，可以替代部分摇床， 以节省占地面积，提高生产效率，减少设备操作维 护量[ 。 1 ．1B L l 5 ∞螺旋溜槽 收稿日期2 0 1 l 删l 作者简介刘惠中 1 9 6 9 - ，男，江西信丰人，博士，研究员。主要从事重选工艺及设备、脱水工艺及过滤设备的研究。 万方数据 2 0 11 年增刊l 刘惠中重选设备在我国金属矿选矿中的应用进展及展望 1 9 螺旋选矿设备有比较悠久的发展历史，分为螺 旋选矿机和螺旋溜槽．螺旋溜槽采用了更为宽而平 缓的断面曲线，更适合处理中细粒的矿物。目前在 我国矿山应用的绝大部分是螺旋溜槽。 螺旋溜槽的二次环流。矿浆在螺旋状的槽面卜 运动．在离心惯性的作用下逐渐向螺旋槽外缘分布 扩展，形成了内缘流层薄、流速低，外缘流层厚、 流速高的流态。内缘液流呈层流流态，外缘液流则 呈紊流流态。同时矿浆除了沿槽的纵向流动外，还 存在着内缘流体与外缘流体间的横向交换运动，称 作二次环流 见图1 。 二次环流是螺旋选矿设备所特有的，也是螺旋 溜槽进行矿物输送完成分选的重要因素，由于这种 环流的运动，使得在槽的内圈出现卜升流．外圈则 有下降流。矿浆的纵向流动与二次环流叠加结果， 形成了矿浆在槽面上的螺旋线状运动。上层流体趋 向外缘．下层则趋向内缘。位于矿浆内的固体颗粒 既受流体运动特性的带动，同时也受自身重力、惯 性离心力和螺旋槽底摩擦力的作用。重矿物因沉 降速度大而进人流膜底层，受槽底摩擦力影响，运 动速度低，在重力作用下，沿槽面的最大倾斜方向 向槽的内缘运动。上层密度小的轻矿物颗粒则随矿 浆卜层一起运动，速度快，惯性离心大，被甩向 槽的外缘。于是矿粒群在槽面上展开分带，重矿物 靠近内圈，轻矿物移向外圈．最外圈则是矿泥。最 终形成精矿、中矿、尾矿及矿泥而分别排出，实现 分选“。 绶滞 I卜f 。；渡T 缸 l I 图1 螺旋溜槽的二次环流 渡渡 F i g ．1S e c o n d a r yc i r c u l a t i n gf l o wo fs p i r a lc o n c e n t r a t o r 螺旋溜槽以能耗低，结构简单，占地面积少， 操作维护简易，适应性好，无运动部件，单位面积 处理量大，投资少等特点在我国的金属矿及非金属 矿选矿中得到大量应用。 北京矿冶研究总院从2 0 世纪7 0 年代末就开始 研制螺旋溜槽，以立方抛物线为分选断面曲线．最 先开发了L L 型螺旋溜槽，规格从4 0 0m m 到 12 0 0m l T l 。与国外比，采用了不加冲洗水、产品在 槽末端一次截取的设计．使得设备结构变得简单而 实用且易于维护。并在我国赤铁矿的选矿中得到了 大量应用。后在1 9 8 9 年又开发成功了面2 0 0 0 m m 的D L 一2 0 0 0 螺旋溜槽，在华锡车河锡矿选矿厂用 于粗颗粒预选取得了良好的效果。由于随着螺旋槽 直径的放大，虽然单机处理能力提高了，但损失了 对细粒级的回收效果，且由于直径放大后．设备高 度过高，不便于设备的配置，所以在其他的选矿领 域一直得不到很好的推广。 B L l 5 0 0 螺旋溜槽是北京矿冶研究总院于1 9 9 9 年研制成功的新型螺旋溜槽，吸取了L L 和D L 一 2 0 0 0 螺旋溜槽的开发经验，采用了咖1 5 0 0 m m 设 计，单机处理能力比原工业应用较多的L L 一1 2 0 0 螺旋溜槽提高了一倍，并且采用了多型号的针对 性的设计思路以解决因直径大型化而造成的对微细 粒级矿物的回收影响。 B L l 5 0 0 螺旋溜槽针对不同的矿物特性 包括粒 度、密度、重矿物含量、作业性质 采用不同的距 径比、横向倾角及断面形状曲线等参数设计，以提 高其适应性和选别效率，使得在直径放大后对细粒 级仍有很好的回收效果。目前陆续开发了A 、B 、 c 、D 、E 、F 五个型号，在工业中已推广应用了上 千台 图2 。 在赤铁矿、镜铁矿选矿中，B L l 5 0 0 螺旋溜槽 一般配置成一次粗选、一次精选两段选别，精选螺 旋溜槽的精矿可直接或经细筛后作为最终铁精矿． 而螺旋溜槽尾矿通常采用中磁或强磁进行扫选抛 尾，强磁精矿再磨后返回分级重选回路。2 0 0 7 年 齐大山分厂采用了2 8 8 台B L l 5 0 0 一F 型螺旋溜槽用 于该厂9 0 0 万如原矿处理规模流程的改造，其中 1 9 2 台用于粗选．9 6 台用于精选，精选螺旋溜槽精 矿与反浮精矿混合后品位达6 7 ．6 ％[ 3 1 。 2 0 1 0 年，在B L l 5 0 0 一F 的基础I 二，针对金日盛 公司镜铁矿的分选又开发了B L l 5 0 0 一D 型，并分粗 选型 D 1 和精选型 D 2 两个小型号，生产中共采 用1 3 2 台B L l 5 0 0 一D 型螺旋溜槽用于该公司新建的 万方数据 有色金属 选矿部分J 2 0 1 1 年增刊1 4 5 0 万“a 铁矿原矿选矿厂建设，直接处理一段球 磨后的原矿．配置成一次粗选、一次精选两段选 别，精选螺旋溜槽精矿经细筛后作为最终铁精矿， 粗选尾矿进人“磁选一浮选”流程， 图2B L l 5 0 0 螺旋溜槽用于赤铁矿选矿 F i g ，2A p p l i c a t i o ni nh e m a t i t ep r o c e s s i n go f B L l 5 0 0s p i r a lc o n c e n t r a t o r 此外吉林镍业公司2 0 0 3 年采用了1 6 台 B L l 5 0 0 一B 型螺旋溜槽配置成一次粗选、两次精选 的重选流程，用于对浮选的镍矿尾矿进行再选，可 从含镍0 ．3 ％的浮选尾矿中获得含镍12 ％～1 ．9 ％的 粗精矿，此部分产品返回原浮选流程再浮．增加重 选后，该选厂的镍总回收率可提高1 ．3 7 ％～3 ．3 ％， 效果明显⋯] 。 1 ．2 摇床 这几年摇床从技术上来讲没有什么根本卜的进 步，多是从床条的形式上增添了更多的种类，床面 的制作材质也绝大多数不再采用木材而改用了钢骨 架外包玻璃钢，表面再衬以刚玉等耐磨材料，从而 提高了床面的使用寿命，也使得床面更不易变形。 随着这几年有色金属特别是钨、锡价格的大幅 卜涨．各地新建了很多钨、锡选厂和尾矿再选厂，所 以这儿年摇床在矿山生产中的新增使用数量巨大。 目前我吲1 业应用的摇床主要是6 - S 摇床和云 锡摇床两种，其中6 一s 摇床更是占了绝大多数。两 种摇床的主要区别在于传动机构和床面支撑的方 式，I q 前，这两种摇床在技术、制造和工业应用上 都已很成熟。 2 跳汰类重选设备 跳汰选矿一般用于块矿的预选，其适合分选粒 度范围为3m m 以上二在金属矿⋯中，主要用于矿 石的预选抛废。 2 ．1 B A T A C 罡| I 汰机 B A T A C 跳汰机是由德目K H I 公司制造的筛r 空气室跳汰机，原理如图3 所示，由电磁阀控制风 阀的开启和关闭，按预先设定的跳汰参数将I i 作空 气间歇地压人和排出筛下空气室中。进气时，J 1 i 缩 空气在空气室内膨胀，将空气室内水排出．使槽内 水向上作加速运动，托起矿物，使床层松散排气 时，空气室内空气排出，槽体内水l Ⅱj 流至空气窀 内，水流作向下运动，如此反复，形成上、下脉动 水流。于是矿物在脉动水流作用下，按密度进行分 层，密度大的矿物下沉，从设备底部排出，密度小 的矿物则分布在上层，随溢流排出。B A T A C 跳汰 机在煤矿应用得较多，但在金属矿应用较为少见。 图3B A T A C 跳汰机原理图 F i g ．3P r i n c i p l eo fB A T A Cj i g 2 0 0 4 年，华锡集团将B A T A C 跳汰机用于铜坑 9 2 号贫锡矿石的预选，处理3n l n l 以上的粒级部分 取得了较好的效果。跳汰作、J k 抛废率达3 41 8 ％，锡、 铅、锌作业回收率分别为9 2 A 6 ％、8 4 ．4 5 ％、8 5 ．7 7 ％， 对原矿抛废率为2 74 ％，锡、铅、锌回收率分别达 9 5 ．0 1 ％、9 1 ．8 3 ％．9 1 ．8 7 ％“。 2 ．2 J T 5 锯齿波跳汰机 J T 5 锯齿渡跳汰机是f h 北京矿冶研究总院研制 成功的。2 0 0 5 年，应华锡集团长坡选厂的要求刈 J T 5 锯齿波跳汰机做了一砦改进1 鼓膜传动机 构由双室单传动机构改成双室双传动机构，以利下 操作参数和精矿质量等方面的调再；2 在跳汰两 窒之间增加筛板落差，利于各室床层厚度，冲次等 参数的调节；3 加固承筛梁，改进床石格框的，刊 式，以利于分选床层的平稳流动，并堪可能减少筛 7 L 的堵塞率；4 传动凸轮大小巾原用冲程2 5m m 改为3 0m Ⅱ1 一 日蚶疆，●I-j 万方数据 2 0 1 1 年增刊1刘惠中重选设备在我国金属矿选矿中的应用进展及展望 ‘2 1 ‘ 2 0 0 6 年长坡选厂将改进后的J T 5 双室跳汰机 用于锡矿预先抛尾生产。生产实践表明，改进后设 备的故障率降低，操作参数调节更为灵活，提高了 对给矿量波动和矿石性质变化的适应性，生产操作 的稳定性相对更好．分选指标相对更加稳定可靠，设 备单机处理能力由原平均5t ／h 左右提高到8t ／h 以 上，丢废率由3 9 ％提高到5 0 ％。实现r 扩大规模生 产、降低单位矿石生产成本和提高选矿技术指标的 目标‘“。 2 ．3 低磁场自重介跳汰机 低磁场自重介跳汰机是由北京科技大学开发的 一种磁重设备，该设备将磁电、跳汰和重介质选矿 结合在了一起，充分利用磁铁矿和脉石之间的密度 和导磁性的差异，有效去除连生体和夹杂的脉石， 提高铁精矿品位。这种设备是一种复合力场的分选 设备，因也属垂直流分选且借助了脉动的水流作 用，所以本文将其归到跳汰类重选设备 图4 。 绐矿箱 曜矿箱 电磁磁系 宽填介质瑶 箱件 脉动机构 图4 低磁场自重介跳汰机 F i g ．4 L o w - m a g n e t i cf i e l da u t o g e n o u sh e a v y - m e d i aj i g 如图4 所示，该设备自上而下由给矿箱、尾矿 箱、电磁磁系、充填介质、箱体和脉动机构组成。 低磁场自重介跳汰机在结构设计上特别突出了中问 层 充填介质层 的作用。首先，下方的脉动机构形 成跳汰流态，跳汰的冲程、冲次与“中间层”的结 构以及松散度的关系密切。调节跳汰的冲程、冲 次，形成恰当的水流速度和加速度，就可能形成 “中间层”的合适密度，从而强化重介质分选的作 用。其次，跳汰机中的充填介质层对矿浆具浓密、 滞流的作用，从而利于自重介质层的迅速形成，充 填介质构成的斜波通道，在水流作用下形成类似 流膜选矿的分选作用。最后，在充填介质层上方布 置的低磁场可使磁铁矿形成弱磁团聚，从而有利于 重介质层的形成和加密。并在充填介质区形成高密 度的重介质层【8 ] 。 低磁场自重介跳汰机应用于首钢水厂选矿厂， 对铁精矿一0 ．5f i l m 产品分选．给矿品位6 1 ％左右 时，可使铁精矿品位提高到6 8 ％，提高7 个百分 点。应用到首钢大石河选矿厂，对铁精矿一0 ．5a m 产品分选，当给矿品位6 1 ％左右，可使铁精矿品位 达6 6 ％以上，提高5 个百分点。由此看，此设备用 于进一步提高铁精矿品位具有明显的效果[ 9 ] 。 3 离心类重选设备 3 ．1 尼尔森 K n e l s o n 选矿机 尼尔森选矿机是加拿大拜伦尼尔森 B y r o n K n e l s o n 研制成功的．并以其姓氏命名。他把用离 心方法产生的“强化重力”和添加反冲水松散重矿 物床层的方法有机结合起来，成功解决传统离心选 矿机存在的重矿物床层迅速压死，而没有足够的分 选空间和分选时间的问题，金的富集比由常规重选 设备的2 0 ～1 0 0 可以提高到10 0 0 50 0 0 ，7 0 英寸 尼尔森选矿机处理能力可以达到6 5 0t ／h - 台。 如图5 所示，尼尔森选矿机由分选锥、给矿 管、水腔、排矿装置、驱动装置、自动控制系统等 组成。其核心部件是分选锥，由高耐磨的聚氨酯铸 成，里面有从锥的底部到顶部直径逐渐变大的环 沟，环沟里布有流态化喷水7 L 。分选锥外还有_ 个 同心的外壳，外壳与分选锥之间的空间构成水腔。 尼尔森选矿机是基于离心作用强化重力的离心 选矿设备。通过高速离心旋转，可以提供6 0 倍于 普通重力场的离心力场，相应地不同密度差的颗粒 在此力场所受的密度差也放大了相应的倍数，这样 使得分选更容易进行。另一方面流态化水使床层松 散。床层里的轻矿物不断被反冲水带走，而新给入 的重矿物不断填补轻矿物离开后所留下的空间，从 而使环沟里的精矿品位不断提高。所以可以获得更 高的富集比和分选效率。 尼尔森选矿机可以用于以下场合1 从砂矿 中回收目的矿物；2 从选矿厂磨矿分级回路中回 收主要目的重矿物；3 从浮选精矿中回收自然金。 尼尔森选矿机目前有两种类型产品一是半连 万方数据 ．2 2 ．有色金属f 选矿部分 2 0 1J 年增刊1 ●_ 一一一 图5 尼尔森选矿机构造图 F i g 5S t r u e l u r eo fK n e l s o n ．| o n c e n l r a h r 续排矿型 B K C ；二是连续可变排矿掣 C V D ，前 者多用于日的矿物含量很低的贵金属 金、银、铂 等 矿石，后者则多用于处理目的矿物含量相对较 高的金属矿石 如黑钨矿、锡石、钽铁矿、铬铁矿、 钛铁矿、金红石等 等”。2 0 多年来，尼尔森已 在世界7 0 多个围家的黄金采矿T 业中得到广泛应 用，从2 0 0 1 年起到F 1 前，尼尔森选矿机在我国T 业生产中已应用有5 0 多台套，其中有中旧黄金集 团、紫金集团、山尔招金集团口河南金渠黄金股份 有限公司等。中金集团河南金源黄金公司3 0 0 0t ／d 选矿厂采用了2 台K C X D 4 0 尼尔森选矿机替代原 混汞作业．金M 收率达5 0 ％，金精矿产率o0 3 ％， 金精矿品位28 0 0 ～35 0 0g ／t ，与混求作业相比每 年可节约资金9 1 0 万元“。 3 ．2S L 射流离心机 射流离心机是2 0 世纪9 0 年代| { l 北京矿冶研究 总院研制成功的，可以提供2 4 眙的离心／J 场，可 有效降低回收粒度下限，最低可达5g m ，足目前 较为先进的细Ⅳ￡币选设备． 如网6 所示，射流离心机由倒转部件、射流部 件、给矿给水部件构成。转部件为主电机通过t 角皮带轮、驱动主轴带动设有聚氨酯内衬的转鼓进 行高速旋转，形成较高的离心强度，为射流逆流冲 击提供条件射流部件为高慷供水从进水口进入， 经二次净化器．冉经稳【K 包经高』刊度符进人喷枪导 流管．以定向稳流，经喷嘴射出，形成密实的强力 射流束在减速电机带动下射流摆动机构_ } f } 转鼓轴 向往复摆动．从而射流求沿轴向非均谜逆流冲动及 快速回动，完成连续分选，同时使精矿与尾矿反 向连续排∥一 U 图6 射流离心选矿机结构简图 F i g ．6 S t r u c t u r eo fc e n t r i f u g a ls e p a r a t o r 2 0 0 9 年为了解决大厂细泥锡石回收问题，提 高资源利用率，柳州华锡集团与北京矿冶研究总院 共同进行了S L l 2 0 0 射流离心机的T 业试验研究， 处理细泥摇床的尾矿，给矿锡品位为0 ．2 ％～0 ，3 0 ％ I t t ，可获得精矿产牢3 5 ．4 6 ％、精矿锡品位O ．6 6 ％、 同收率7 8 ．3 8 ％、富集比2 ．2 0 的试验结果经测 定．对1 9 7 4I x m 的粒级回收率达到8 5 ％以上。 H 对一1 0 “m 微细粒锡行也能有效回收”】。 4 结语与展望 重选的优势在于能够有效地处理粗、巾粒及部 分细粒级矿物，具有设备结构简单实用、生产投资 费用低、无污染、节能等优点。在当今环保和i 了能 意识不断增强的环境下，在磁选或浮选回路中纳入 重选工艺，以提早回收粗、中粒的有用矿物，或利 用重选法进行矿石预选，以及早抛弃尾矿是一种发 腱趋势通过以卜分析，可将重选设备在我国的研 究进展和趋势归纳如下。 1 通过大型化和针对性的设计方法提高重选 设备 螺旋溜槽 的适应性和分选效率，在赤铁 矿、镜铁矿等的选矿中将继续扮演低耗高效的重要 角色 2 结合选矿f 艺，与磁选、浮选等其它选矿 方法配合．组成“重一磁一浮”综合选矿流程， 充分发挥重选低耗、环保、节能的独有优势． 3 综合多种力场的作朋开发m 多力场分选机， 在提高铁精矿l 铺佗等某些特殊J 缸用场合发挥其独特 的作用一 4 通过重力场的离心化殴计，抉得数俏肫覃 数百倍的重力加速度，以提高对微细粒{ iH j 矿物的 万方数据 2 0 11 年增刊1刘惠中重选设备在我国金属矿选矿中的应用进展及展望 2 3 回收和富集作用，在处理贫、细、杂的难选矿物及 贵金属矿物中发挥重选的独有优势。 参考文献 [ 1 ] 李平．某难选钨矿石选矿试验研究[ J ] ．中国钨业， 1 9 9 8 6 2 8 3 0 ． [ 2 ] 刘惠中．B L l 5 0 0 螺旋溜槽的研制及应用[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 0 0 3 2 9 3 2 ． [ 3 ] 现代铁矿石选矿编委会．现代铁矿石选矿[ M ] ．合肥 中国科学技术大学出版社，2 0 0 9 ． [ 4 ] 刘惠中．镍矿尾矿的重选法再选[ J ] ．有色金属 选矿部 分 ．2 0 0 5 1 1 l 1 3 ． [ 5 ] 陈国庆．螺旋溜槽在硫化镍矿物选矿中的应用[ J ] ．有色 矿冶，2 0 1 0 1 0 5 2 5 3 ． [ 6 ] 王青芬，邬清平，黄光洪．贫锡矿石预选抛废工艺及设备 工业试验研究[ J ] ．矿冶，2 0 0 4 4 3 0 - 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