重介质分选评述

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1、重介质分选评述RB 布哈普 等摘 要 尽管大家对重介质分选(HMS)已熟知了一段时间,但是,直到现在,这一通用技术的应用仍没有引起矿业界的重视。应该指出的是,随着基本投资和操作费用的增加,以及对环境问题的关注,重介质分选概念在将来应该给矿业带来巨大的效益。在高能耗、 高费用的磨矿作业之前,对粗碎过的金属矿物和工业矿物进行预先富集,可以预先抛弃30 %70 %的尾矿。因此,减少了进入昂贵的磨矿、 随后的浮选或浸出作业的给矿量。这一包括有预选概念的流程可以大大改善矿山的经济效益。从现在的技术、 经济和环境方面来看,这一效果为重介质分选在金属矿物和非金属矿物领域应用展现了美好的前景。关键词 重介质选

2、矿 重选 预选 金属矿 工业矿物概 述重介质分选过程(HMS)也可称为浓介质分选(DMS)过程,通常已被认为是最有效的重力分选方法之一,它以较低基本投资和操作成本预先富集大 量矿物。预先富集后的产品再以费用较高的加工方 法处理,以得到最终产品。随着当今的矿物处理和 加工的劳动力费用、 基础设施和环境成本的增加,在选矿过程中尽早地除去脉石矿物是重要的,尤其是 在细磨之前。重介质分选技术在这方面的确可为一 些金属矿石和非金属矿石的选择性分选流程提供一 些具有潜在吸引力的预先富集方法。 虽然自上个世纪中叶,人们就认识了重介质分选法,并将它用于煤炭洗选中,但是在矿物加工、 湿 法冶金或火法冶金流程中,

3、重介质分选在矿石细磨 之前作为一个通用的过程并未真正显示出来。这主 要是由两个方面的原因造成的,一方面是缺乏对过 程的基本理解,另一方面是按照常规的观念,不管成本有多高,要获得高的回收率的方法只有对所有矿 石进行细磨。一项对这一通用的重介质分选技术的 详细调查清楚地表明,该法可有效地分选金刚石和 其它宝石,以及处理铜、 铅、 锌等金属矿石。在某些 情况下,有效回收金和铂族金属(PGM) ,该法也能有效地分离非金属矿石,如重晶石、 萤石等工业矿 物。在非矿山领域中,重介质分选技术可用于处理 废汽车碎屑、 可再生的资源、 工业和城市垃圾以及电 子垃圾。 本文着重介绍这一通用的重介质分选概念在除煤以

4、外的工业矿物的预先富集方面的潜在应用。1 重介质分选的优点重介质分选技术最明显的优点是:1)基本投资和作业操作费用较低(不包括细磨) ;2)可以处理低品位资源,因此增大了矿石的总储量;3)在不扩大现有选矿厂设施的情况下提高了矿山生产能力;4)在采矿成本大大降低的情况下允许非选择性采矿;5)重介质分选车间可建在地下,其尾矿(浮物)可用来回填;6)环境更加友好,粗的尾矿可堆在堆场中,或用于回填或作为圈层岩;7)在某些情况下,尾矿可作为副产品使用;8)在发展中国家,不需手选就可保证宝石的回收;9)在磨矿之前除去较软的脉石矿物,消除了有害的矿泥对后续分选过程的干扰。2 重介质分选技术重介质分选技术的原

5、理是根据矿物的密度不同来分选有用矿物和脉石矿物。在理想条件下,可以分选密度仅相差012 g/ cm3的两种矿物,这种选择性分选技术不仅可用于呈完全单体解离的矿物,而且可用于其回收率很高的中矿( 90 %)。表1比较了市场上销售的各种工业矿物与典型的脉石矿物的密度。由表1可看出,有用矿物的密度与脉石矿物密度差至少要等于013 g/ cm3,才能保证用重介质分选方法有效地分选。21 国 外 金 属 矿 选 矿 2005. 5采用其它重选法如摇床和螺旋溜槽等方法可有 效分选较高密度的矿物,但是,这些方法只适于28 35目的较细颗粒。重介质分选技术的独到之处 在于,可既有适于旋流器分选的215英寸的较

6、粗粒, 又有可分选粗至68英寸的静态圆筒分选机。因此,重介质分选作业可设在粗碎、 中碎,有些情况可 设在细碎作业后。并且,在工业实践中,重介质分选 技术流程的给矿是通过筛分除去- 28或- 35目部 分,这样做不是因为分选的效率低,而是为了减少分 选过程中昂贵的重介质(硅铁)损失。表1 主要的工业矿物和脉石矿物的密度矿物分子式g/ cm3矿物分子式g/ cm3 重晶石BaSO4磁铁矿FeOFe2O3512 硼砂Na2B4O710H2O117软锰矿MnO2418 锡石SnO2618 - 711菱锰矿MnO2318 天青石SrSO4319 - 410金红石TiO2412 铬铁矿FeOCr2O341

7、3 - 416白钨矿CaWO4519 - 611 铌铁矿(FeMn) (CaNb)2O613锂辉石LiAl(SiO3)2312 刚玉Al2O3319 - 411菱锶矿SrCO3317 钨铁矿FeWO4712 - 715硫磺S210 萤石CaF2310 - 313钽铁矿FeTaO6513 - 713 石膏CaSO42H2O213沥清铀矿可变的910 - 917 赤铁矿Fe2O3419 - 513氯钒铅矿(PbCl) Pb4(VO4)3616 - 711钨锰矿MnWO4712 - 715黑钨矿(FeMn) WO4712 - 715钛铁矿FeTiO3415 - 510锆石ZrSiO4412 - 41

8、7 菱镁矿MgCO3311 主要脉石矿物g/ cm3主要宝石矿物g/ cm3 石英2165金刚石312 - 315 长石216 - 217绿柱石(绿宝石)2175 方解石2175红宝石(尖晶石)315 - 411 白云石218 - 219黄玉314 - 316 黏土216海蓝宝石 蛇纹石215 - 216石榴石312 - 413 滑石217 - 218 含铁硅酸盐218 - 3103 实验室试验在设计一个包含有重介质分选段的选矿流程中,为了确定最佳的分选粒度、 分选密度和其它工艺参数,用代表性试样进行实验室浮沉试验是很重要的。在这个试验中,将预先破碎的试样浸入到一系列不同密度的重液中,并对沉物

9、和浮物进行化学分析,以得到金属平衡数据。然后,为了获得最好的结果,还要对较粗粒级或较细粒级重复进行上述浮沉试验。一旦确定了最佳参数,就要用这些参数对大样进行验证性的浮沉试验,并提出具有物料平衡的概念流程。为了确定重介质分选过程的操作和设计参数,极力建议在预先浮沉试验之后进行扩大试验。由于扩大试验用的是重介质悬浮液而不是重液,所以其结果与商业性工厂的实践更吻合,更实际。扩大试验获得的数据可以应用于最后的可行性研究、 选矿厂设计和建设中。实验室浮沉试验所用的重液主要是卤代烃类, 如乙炔化四溴(3 g/ cm3) ,由于这些液体的致癌性, 目前主要采用有利于环境友好的无机重液,如铯和 铷的化合物,也

10、有可通过在重液中悬浮金属粉末获 得较高密度的液体(高达316317 g/ cm3)。 典型的浮沉试验结果示于图1。图1 用不同密度液体对墨西哥氧化锌试样(给矿破碎至1英寸,锌品位为24 % )获得的重物中Zn的分布率( % )与尾矿产率( % )的关系曲线-锌回收率;-比重;-精矿锌品位312005. 5 国 外 金 属 矿 选 矿 4 扩大试验在获得令人鼓舞的浮沉试验结果的基础上,使 用重介质分选装置进行更为详细的扩大试验,此时 可根据所需的重介质悬浮液的密度来选择硅铁、 磁铁矿或它们的混合物作为重介质。重介质分选设备 有圆锥重介质分选机、 重介质旋流 器 和DynaWhirlpool重介质

11、分选机(DWP ,重介质旋流器)。直 径6英寸的DWP重介质旋流器的处理能力从几百 磅/ h到3 t/ h。如前所述,扩大试验的结果可用于工程设计和商业操作。 扩大试验一般是在浮沉试验所确定的介质密度 下,用最佳破碎粒度,并且粒度大于28目、35目或48目的试样进行的。在离心力的作用下应用硅铁 所得到的分选条件与重液有一点不同,所以还要高于和低于浮沉试验所确定的介质密度下进行补充试 验。 也可以使用其它的重介质如磁铁矿(5118g/ cm3)、 方铅矿(718 g/ cm3)、 重晶石(415 g/ cm3)等 作为重介质。但是,由于在选矿过程中磁选容易回 收重介质,所以,首选的介质是硅铁或磁

12、铁矿。在重介质分选过程中,重介质的损失大约为11151磅/t原矿。5 设 备重介质分选的基本流程示于图2。过程的主要步骤如下:1)原矿准备2)分选3)从产品中分离介质(脱介)4)介质的回收和再利用如前所述,将矿石破碎到实验室浮沉试验和扩 大试验所确定的最佳粒度。重介质分选车间的给矿 常常是通过湿筛,去除- 35目产品,这些产品送到 后续的磨矿、 浮选、 搅拌浸出或其它适当的过程中, 湿筛的用水量大约每吨矿石为5加仑/ min。分选槽是重介质分选系统中最重要的部分,它 由圆筒和锥形槽组成,或以重介质旋流器或DWP 重介质旋流器为特征的圆筒形槽组成。后者(图3)是以产生和控制旋流运动的方法为基础,

13、此时应用 了涡流分离特性。这一紧凑的、 通用的并且运行稳定的系统与其它标准的辅助设备(筛子、 磁选机等) 联合使用,使得建厂的投资低、 占地面积小、 操作费 用最低,适合完全的自动化控制。图2 典型的重介质分选流程实线为给矿和产品流;虚线为介质流在生产实践中,一旦实现浮物和沉物的分离,这 些产物就被筛分和分别冲洗以除去重介质(硅铁) ,随后采用磁选方法除去筛下产物中的重介质,磁性 产物在螺旋分级机中浓缩,然后返回到介质桶中将 介质密度调节到所需的值。然后,将预先调节好密 度的介质返回到分选过程中。由此可知,整个重介 质分选过程比较简单、 容易操作、 运行成本低等特 点。6 商业应用因为重介质分

14、选法可以有效地分选密度差等于 或大于012 g/ cm3的两种矿物,因此,它广泛应用于 分离几种工业矿物的实践中,它的基本投资少,操作 费用低,环境治理费用少。由表1的结果可看出,重 介质分选技术不仅可用于处理多种工业矿物,如将 重晶石(比重415)和铬铁矿(比重414)从石英(比重2165)和方解石(比重217)等典型脉石矿物中分离, 它们的密度差超过015 g/ cm3,而且还可以将萤石 (比重312)和菱镁矿(比重311)与石英和方解石分 离,此时它们的密度差仅为013014 g/ cm3。此 外,重介质分选技术也能提供一种有效分选密度低 于脉石的有用工业矿物的方法,如钾盐(比重2102

15、11)与页岩、 石灰岩和砂岩(比重216217)分离, 在这种情况下,浮物是有价组分。其它的应用包括 分选多水高岭石(比重210212)、 三水铝石(比重214)、 绿柱石(比重216218)、 硼砂(比重117)、 含 水氧化镁矿石(比重214)、 光卤石(116)、 纤蛇纹石(比重212)、 石膏(比重213)、 钾盐镁矾(比重211)和硫(比重210)等。 几年来重介质分选技术已广泛用于从红土铁矿 (比重316318)中有效分选铝土矿(比重216)和分41 国 外 金 属 矿 选 矿 2005. 5选铅、 锌甚至铜的氧化矿物。在一项研究中,BhappoB等人提出,在适宜的条件下,使用多段

16、重介质分选 流程,将新型墨西哥伟晶岩矿床中的锂辉石(比重311312)、 钾云母(比重219)和绿宝石(218)等与 石英(比重216)和长石(比重216217)分离。另一个重介质分选技术未应用的例子是,从铂族金属矿 石中除去讨厌的脉石矿物(如滑石、 蛇纹石等)和预 选低于铂族金属边界品位的铂矿山废石。此外,在 某些情况下,通过选择性地分选基岩(石英、 方解石 和铁的氧化物)和与之共生的脉石岩,可以预选矿石中分散的金。 最近,Mountain States国际研发公司(MSRDI 公司)非常肯定地指出,正如重介质分选技术已经应 用在分选金刚石(比重312315)方面一样,这种通 用技术可用来回收宝石,如绿宝石(比重2175)、 红宝石(比重315411)、 黄玉(比重314316)、 锆