劉觀發(fā)，曾祥榮，黃彪林，黃萬撫

（江西理工大學 資源與環(huán)境工程學院，江西 贛州 341000）

0 引 言

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

1 國內(nèi)外離心選礦機的現(xiàn)狀

1.1 SLon離心選礦機

SLon離心選礦機是由贛州金環(huán)磁選設備有限公司研制的連續(xù)型臥式離心選礦機，按轉鼓直徑目前分為SLon-400、SLon-800、SLon-1600、SLon-2400、SLon-2800五種型號工業(yè)用離心選礦機。其分選原理（圖1）為：礦漿經(jīng)給料裝置給入截錐形轉鼓內(nèi)表面，在轉鼓高速旋轉產(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 實驗室連續(xù)式SLon離心選礦機運行過程示意圖[4]Fig.1 Schematic diagram of the operation process of the continuous SLon centrifuge in laboratory

SLon離心選礦機具有節(jié)能環(huán)保、適應性較強等優(yōu)點，已在微細粒級鐵礦的選別和鐵尾礦回收中得到較為廣泛地工業(yè)應用。近年來在錫礦和鎢礦中也逐步得到推廣應用，主要應用于微細粒錫和鎢細泥的回收工藝或者鎢錫細泥的分離[4-6]。其不足之處在于處理量相對較小，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一步精選和回收。該設備具有較大發(fā)展?jié)摿?，射流水的性質(zhì)和參數(shù)是影響該設備連續(xù)作業(yè)穩(wěn)定性和分選效果的關鍵因素[3]，進一步優(yōu)化各項參數(shù)、提高處理能力和分選精度，應是SLon離心選礦機未來的研究方向和目標。

1.2 Falcon 離心選礦機

Falcon離心選礦機是一種立式離心選礦機，由美國南伊利諾斯大學和加拿大Falcon公司共同研制并于1996年投入生產(chǎn)應用，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，轉鼓呈倒錐型（圖2），其分選原理是：礦漿經(jīng)給料管進入轉鼓底部并在轉鼓高速旋轉產(chǎn)生的離心力場作用下在其內(nèi)壁形成流膜，反沖水從進水孔進入轉鼓上部的溝槽部位使礦漿流膜松散；重礦粒克服離心力分力和反沖水阻力而沉積在轉鼓上部溝槽中，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鼓從尾礦口排出成為尾礦，分選結束時停止給礦，精礦由沖洗水沖出[7-8]。

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

Falcon C系列和Falcon UF系列離心選礦機整體構造和分選原理和Falcon SB系列大致相同，在結構上有所改進。C系列離心選礦機精礦區(qū)設計為溜槽和氣動閥，實現(xiàn)連續(xù)排礦，其回收粒度下限可達20 μm。UF系列主要是針對超細礦物設計，離心力可達 600 G，回收粒度下限可達 3 μm，它的特點是轉鼓上部結構為精礦停留區(qū)，同時出口處設計了可變唇環(huán)，可提供更大的精礦停留區(qū)，屬半連續(xù)型離心選礦機，精礦累積到一定程度時用沖洗水沖出[9]。

Falcon SB型離心機在國內(nèi)外應用相對較廣，可用于細粒煤的脫硫，對0～0.5 mm粒級煤的脫硫效果優(yōu)于浮選[10]，也適用于金、銀、鎢、鎳等稀貴金屬的分選回收，多應用于預先富集或預先拋尾階段[11-13]。Falcon C系列和Falcon UF系列離心機近年來也逐漸應用于鎢、錫、鎳等尾礦或細泥的回收工藝[14-15]。進一步完善其分選理論體系，優(yōu)化結構參數(shù)，提高生產(chǎn)適應性是其得到進一步推廣應用的必要前提[16-17]。

1.3 Knelson 離心選礦機

Knelson離心選礦機是由加拿大尼爾森公司研發(fā)的高效型立式離心選礦機，于1978年投入商業(yè)化應用[18-19]，按運行方式分為 BKC（間斷型）和CVD（連續(xù)型）兩種類型，現(xiàn)已成為世界上應用最廣泛的立式離心選礦機之一。其分選過程（圖3）基于分選錐旋轉產(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 實驗室Kenlson離心選礦機分選示意圖[24]Fig.3 Schematic diagram of Kenlson centrifuge sorting in laboratory

Knelson離心選礦機具有結構簡單，操作簡便和運行高效等特點，適用于微細粒金、銀、鉑等貴金屬礦物的選別和回收，其他礦物如氧化鐵、細粒錫、鉻、鉭鈮的預選也有工業(yè)應用，但報道較少，目前在國內(nèi)外仍然主要應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，未在其他礦物獲得很好的工業(yè)應用，仍具有很大的改進和發(fā)展空間。近年來國內(nèi)外研究者對Knelson離心選礦機理論研究和分選過程規(guī)律的研究逐漸深入，利用計算機數(shù)值模擬等手段優(yōu)化其結構和操作參數(shù)是其研究的熱點[22-24]，對優(yōu)化其性能和拓寬其應用范圍提供理論參考具有重要作用。

1.4 新型離心選礦機

為適應不同礦物資源特性，滿足復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的改進和研發(fā)。從文獻報道可知，新型離心選礦機主要應用于復雜難處理鎢細泥的回收。周曉文等[25]針對江西某鎢選廠鎢細泥礦物組成復雜、嵌布粒度細、回收效率低等問題，進行浮選-重選-浮選聯(lián)合流程試驗研究以實現(xiàn)鎢資源更高效的回收。在進行重選設備對比試驗后采用其團隊針對性開發(fā)的LL-400立式連續(xù)型離心選礦機進行鎢礦物預富集，優(yōu)化設計系列錐角離心轉筒、精礦富集槽和氣動夾管閥。結果表明，此新型離心選礦機對微細粒鎢礦物預富集具有較好的細粒鎢礦預富集效果。為提高某選廠鎢細泥的回收率，常學勇等[26]開展了試驗研究，先通過篩分直接拋除細泥尾礦中+74 μm 的部分，后采用LX86型臥式離心選礦機進行粗選，離心選礦機粗選精礦再采用懸振錐面選礦機進行精選獲得黑鎢精礦。試驗獲得黑鎢精礦品位 WO328.04 %，回收率49.20 %的較好指標，成功實現(xiàn)細泥作業(yè)尾礦鎢礦物的再回收。試驗證明LX86臥式離心選礦機可以拋除大部分該細泥脈石礦物，為精選作業(yè)提供合適的入料品位。

離心選礦機發(fā)展至今，已成為微細粒礦物分選和回收的重要選礦設備，為礦物資源綜合回收利用發(fā)揮不可替代的作用。新型離心選礦機應朝設備大型化、精細化、經(jīng)濟化發(fā)展，進一步降低分選粒度下限，優(yōu)化操作與結構參數(shù)，提高設備生產(chǎn)適應性和穩(wěn)定性，未來必將具有更大的發(fā)展。

圖4 LL-400 離心選礦機結構圖[26]Fig.4 Structural diagram of LL-400 centrifugal concentrator

2 離心選礦機在鎢礦分選和鎢細泥回收的應用

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

2.1 預先及粗選

預先分選是在選別前進行預先富集鎢細泥中的有價礦物或預先拋除不利于后續(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后續(xù)作業(yè)的干擾。在離心選礦機應用于鎢礦分選的早期，由于離心選礦機分選精度不高但處理量大、回收粒度下限低，在鎢細泥回收聯(lián)合工藝中，常用于預富集或粗選階段，并主要聯(lián)合浮選的方法進行精選。周源等[30]對江西某鎢礦選廠所產(chǎn)鎢細泥進行回收工藝試驗研究，采用“浮-重-浮”聯(lián)合工藝，先浮選脫硫，脫硫細泥采用離心選礦機預富集，離心選礦機粗精礦再經(jīng)浮選進行精選，得到黑鎢精礦 WO3品位38.01 %，回收率64.27 %的良好指標。付廣欽等[31]曾針對某黑白鎢多金屬礦組成復雜且難選問題，進行了黑鎢礦分選工藝試驗研究，針對礦石性質(zhì)，用離心選礦機進行預處理，再采用浮選對預處理后礦物進行精選，獲得黑鎢精礦 WO3品位46.12 %、回收率85.57 %的良好指標。

離心選礦機用于鎢細泥預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。其很少單獨應用于鎢礦粗選階段，因為粗精礦難以達到后續(xù)精選的指標要求，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

隨著技術及工藝的不斷創(chuàng)新改進，離心選礦機在鎢細泥回收工藝中的應用越來越廣泛。對于鎢礦物的選別，浮選法是常用的方法，而對于鎢細泥礦物的回收，在工藝上也常用浮選法進行精選。但由于鎢細泥成分復雜且粒度極細，顆粒間易黏結團聚，導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。由于當前礦山環(huán)保的要求更加嚴格，相比于浮選，離心選礦機的分選更加環(huán)保高效，因此離心選礦機推廣用于鎢細泥回收工藝的精選階段成為當前的研究趨勢。為提高江西某鎢選廠次生鎢細泥黑鎢回收指標，郭玉武等[32]進行了試驗研究及工業(yè)實踐。對比試驗多種工藝方案，確定采用強磁選機預富集，不同粒級細泥用搖床、離心選礦機分別分級精選的聯(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 %，較原工藝指標有明顯提高。

李愛民等[33]針對行洛坑鎢礦鎢細泥原回收工藝流程復雜、指標不佳等問題進行了工藝優(yōu)化和技術改造，采用浮選與離心選礦機精選的聯(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)濟效益。在對離心選礦機進行精選優(yōu)化時，采用分級精選的方式，不同粒級分別用不同規(guī)格的離心選礦機分選，有效改善了精選效果，且創(chuàng)造性地將SLon離心選礦機用于鎢細泥精選，證明了該離心選礦機用于復雜鎢細泥精選的有效性。黃云松等[34]采用硫化礦浮選-離心選礦機重選的工藝對某鎢細泥中的鎢錫進行綜合回收，全流程試驗流程見圖5。選別指標相比原工藝得到提高，證明離心選礦機在黑鎢細泥回收中比搖床更具優(yōu)越性。譚燕葵等[35]對某鎢選廠進行細泥重選回收工藝的技術改造，采用離心選礦機+搖床重選工藝代替原有的搖床、絨毯回收工藝，細泥的粗選和精選均采用離心選礦機，部分精選尾礦采用搖床進行復選，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泥回收工藝研究的深入，離心選礦機的應用也有所變化。在復雜多金屬黑鎢礦的選別中一般用于預先富集有價礦物及部分拋尾，而在鎢細泥回收工藝中有以離心重選為主、浮選為輔的應用趨勢，實現(xiàn)鎢礦物環(huán)保而有效地回收。

3 結 論

（1）離心選礦機作為回收微細粒級礦物的有效、環(huán)保好的重選設備，在國內(nèi)外礦山的應用十分廣泛。鎢細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，離心選礦機的獨特優(yōu)勢使其成為鎢礦選別及鎢細泥回收的重要設備，各類型離心選礦機在鎢選礦中得到較為廣泛的應用，應用前景良好。

（2）目前鎢細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聯(lián)合選別，多為浮-重聯(lián)合工藝。由于離心選礦機清潔高效的獨特優(yōu)勢，近年來在鎢細泥回收中逐漸取代搖床和溜槽成為主要重選設備，回收工藝有以離心重選為主、浮選為輔的趨勢。隨著環(huán)保要求日益嚴格，未來離心選礦機在其他礦物選別中必將具有更大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

（3）利用計算機軟件對離心選礦機分選過程進行數(shù)值模擬是當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，加強這方面的研究，對離心選礦機在選礦行業(yè)進一步的發(fā)展具有重要意義。

（4）加強離心選礦設備的改進優(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的研究取得一定進展，但在某些方面仍亟須突破，如臥式離心選礦機精細化、大型化、連續(xù)化以及立式離心選礦機結構參數(shù)的改進仍是今后研究的重點和努力的方向，進一步降低回收下限和提高生產(chǎn)適應性也是重要的目標。隨著離心重選技術逐漸得到重視，未來離心選礦機將會在選礦行業(yè)得到更為廣泛的應用。