世界金刚石选矿技术分析

刘烨河 李翔 刘福峰(长沙冶化研发中心，湖南 长沙410015)

1 中国金刚石选矿发展历程

中国的金刚石的选矿可分为三个阶段。

图1 常德金刚石矿选矿厂工艺流程图

1.1 第一阶段

1958年建成投产的湖南常德金刚石矿选矿厂，位于湖南省常德市常德县内，是中国第一个金刚石砂矿选矿厂。该矿属于细谷砂矿床。金刚石主要集中在-4+1mm级别中，晶体质量较好，晶形以八面体和菱形十二面体为主。

1975年该矿因金刚石砂矿资源枯竭，破坏农田严重(每年几百亩良田)，主管部门下令停产，选厂同时关闭。

1.2 第二阶段

山东蒙阴金刚石矿(山东七○一矿)选矿厂，该矿山是中国发现的第一个金刚石原生矿床，既有岩脉，又有岩管。共建成3座选矿厂，即一选厂、二选厂和自磨试验厂。

矿石中金刚石粒度较小，主要集中在细粒级中(-2mm粒级约占57%)，晶体破碎比较严重。1996年该矿入选原矿品位为4.11ct/t。选矿回收率为81.51%。所产金刚石以工业品级为主，宝石级金刚石占约20%。产品外销为主。

3个厂的设计能力总计为22万ct/a(即，万克拉/年)。后来只有第二选厂少量时间生产，现在全矿处于停产状态。

1.3 第三阶段

辽宁瓦房店金刚石总公司(原名瓦房店金刚石股份有限公司)选矿厂，于1989年11月试生产，设计年处理矿石能力24万t，正式生产能力可达40多万t/a，矿石采自瓦房店50号岩管。其金刚石品位约0.3～0.5ct/t。

选矿厂主要选矿方法为重介质选矿，主要选别设备为重介质选矿设备，由南非进口，其余的碎矿、洗矿、筛分设备、细粒金刚石选矿设备，以及尾矿输送设备等，均采用国产设备。精矿手选。

选矿流程：原矿石经三段一闭路破碎和洗矿，获得粒度为+1～-18mm的矿料，存入重介质选矿的粉矿仓中。在进入选别设备前，物料经900×2400直线筛进一步清洗，重介质设备(处理量为40t/h，旋流器为φ400)进行粗选，粗精矿经处理量为10t/h的重介质选别设备（φ250旋流器）第二次分选，其精矿进入R121 X射线机(后来停用了光选机)进一步分选。光选机所得精矿，最终由手选出金刚石产品。各尾矿、中矿，做进一步的破碎、磨矿、选别处理，最终抛弃的尾矿粒度为-6mm。

2 中国金刚石选矿与世界主流金刚石选矿存在的差距

当前中国两个主要的金刚石选矿厂是山东七○一矿选矿厂，和辽宁瓦房店金刚石总公司选矿厂。两厂主要的选矿方法分别为重介质选矿、手选组合，或淘洗盘、跳汰、油选、手选组合。

2.1 中国目前的选矿厂所用选矿方法单一

目前世界主流金刚石选矿厂的选矿，是多种选矿方法并存、重介质选矿为主的综合性工艺流程；2010年，津巴布韦境内有两个金刚石矿，一个前身是南非人投资建设的姆巴达公司(Mbada Diamonds)，另一个是加拿大人投资的卡拉达矿业公司(Canadile Miners) (现更名为马兰吉资源公司)，他们的选矿方法都是淘洗盘、重介质选矿、精矿手选综合流程。2011年叙利亚人又在此建成投产了一家(DMC)公司，采用了重介质选矿、光选、精矿手选综合流程。

南非戴比尔斯公司(De Beers)是世界最著名金刚石生产公司，其旗下的芬驰矿(FINSCH MINE)，其选矿厂采用了新式离心选矿机、重介质选矿、光选机、手选。

淘洗盘，和离心选矿机，设备简单，选矿成本小，但处理量相对少；重介质选矿，设备复杂，投资大，设备磨损快，选矿成本大(如介质)，但处理量大，回收率高。两者综合运用，可取长补短。

2.2 中国的重介质选金刚石机组分散

中国唯一的重介质选金刚石是辽宁瓦房店金刚石矿选矿厂的重介质车间。

2.2.1 建筑物规模、投资

辽宁瓦房店金刚石矿选矿厂的重介质车间约600m2；其中主要部分的屋檐高达23 m，外加约300m2运输皮带廊；而同样处理量规模的南非式重介质机组是建立在钢架机构(约38吨钢材)上，除了70 m2的混凝土基础外，几乎没有其它砖混建筑，就算是中国北方寒冷地区，把机组建设在室内，中国的重介质机组的建筑投资要大得多。

2.2.2 机组构造的紧凑性、合理性

南非重介质机组采用钢架结构建筑，整个机组便于模块化设计，机组内各设备紧凑，其优点如下：

1)占地面积少，有利于回收泄露的介质；

2)缩短了管道跨度或长度，有效减少了压头损失，减少了管道被堵的几率，相应地减少了设备投资和生产成本；

3)一目了然，更便于生产管理，操作南非重介质机组只需两名操作工人，瓦房店金刚石矿选矿厂的重介质车间需5名操作工人；

4)便于打扫卫生；

5)由于是钢结构，任何一处都很方便起重、悬吊，便于维修。

2.3 精矿产率

中国的重介质选金刚石机组(车间)旋流器采用高差自流给矿，精矿产率5%～8%；南非式的重介质选金刚石机组采取有压给矿,精矿产率0.04%～1.00%，见表1。

2.4 金刚石回收率

过去对金刚石选矿的回收率也有相关的报到，但由于检测金刚石矿的原矿品位和尾矿含量，取小样没有代表性，需取百吨左右的样品才具代表性，一般的矿山根本不具备这种大样检测的条件，因此那些回收率数据可信程度极低。

马兰金刚石矿在选矿厂内建有专门对地质采样、原矿样和尾矿样进行检测的小型生产线，通过对几家知名设备制造商提供的金刚石选矿成套生产线和自制生产线一年多的尾矿跟踪检测，各生产线的有效金刚石的回收率都能达到96%以上。

3 马兰金刚石矿金刚石选矿各生产线工艺技术分析

从2010年起，津巴布韦马兰金刚石矿考察了世界众多金刚石选矿设备公司，认为南非拥有最大、最多的钻石生产企业，生产钻石的历史悠久、技术先进、成熟可靠；经过筛选后，从南非三家选矿设备制造公司引进了多条钻石生产线。它们分别是：

曼哈顿公司(Manhattan Corporation)，处理固结矿量75t/h，1条生产线，其中重介质机组50t/h；以下简称曼哈顿75生产线(或曼哈顿50重介质机组)。

邦德(BOND Equipment)，处理固结矿量120t/h，数条生产线，其中每条生产线由A和B两组重介质机组组成，A、B两组重介质机组处理量各为50t/h；以下简称为邦德120生产线(或邦德100重介质机组)。

邦德(BOND Equipment)，处理固结矿量13t/h，其中重介质机组10 t/h；以下简称为邦德13生产线(或邦德10重介质机组)。

贝特曼(Bateman Corporation)，处理砂矿量150t/h，数条生产线，其中每条生产线的重介质机组100 t/h；以下简称为贝特曼150生产线(或贝特曼100重介质机组)。

3.1 曼哈顿50t/h重介质选矿工艺流程

图3 曼哈顿重介质选矿机组工艺流程图

3.2 破碎筛分洗矿工艺设备

南非三家设备公司提供的四种型号生产线，其破碎洗矿筛分流程各有不同，分别如下：

3.2.1 破碎洗矿筛分工艺流程和设备联系图

1)曼哈顿75生产线(处理固结矿和沙矿)

图4 曼哈顿生产线给矿破碎洗矿筛分流程图

2)邦德120(或13)生产线(处理固结矿)

图5 邦德生产线给矿破碎洗矿筛分流程图

3)贝特曼150生产线(处理沙矿)

图6 贝特曼生产线给矿洗矿筛分流程图

3.2.2 破碎洗矿筛分工艺流程和设备分析

1)破碎比的分配

(1)采场运来的原矿，其块度约600mm(有的更大)，矿石需破碎到粒度25mm，其总破碎比24，或比24更高。

(2)曼哈顿75生产线、邦德120(或13)生产线，这三型生产线都是带破碎工艺，是处理固结矿的生产线。它们一个共同的缺陷就是：破碎流程过于简单，破碎工艺没有经过认真计算和设计，破碎比的分配严重不合理。

曼哈顿75生产线和邦德120生产线都是分两段破碎，第一段为颚式破碎机破碎，第二段为圆锥破碎机破碎，破碎段数太少。

(3)邦德13生产线只有颚式破碎机一段破碎，它的破碎段数极少。

2)中间大块产物无法处理

(1)曼哈顿75生产线中，洗矿机出来的+75mm块矿，在本生产线上无法处理，只能另行破碎；

(2)邦德13生产线，准备筛排出的+18mm粗块，只能抛弃，可能影响对矿石的评估效果；

(3)贝特曼150生产线因是处理沙矿，+25以上是废石，金刚石不会嵌布其中。

3)邦德120(或13)生产线

(1)颚式破碎机前的给料系统过于复杂，设计和设备选型存在错误，导致设备损坏严重，维修任务大，严重影响生产；

(2)邦德120生产线，颚式破碎机产出的料全部进圆锥破碎机，导致圆锥破碎机负荷过大；

(3)邦德120生产线，选用粗碎圆锥破碎机，排矿口过大，导至圆锥破碎机返矿比过大，增加了整个闭路系统所有设备的负荷。

4)安全：以上各生产线所有运输带的人行道上任一点都可实施紧急停车。

3.3 综合分析

3.3.1 对各重介质机组设备分析

1） 各型选矿生产线电机装机容量及重介质机组工艺设备

贝特曼生产线在其工艺、设备、工艺技术方面较为优越，具体体现如下：

各型选矿生产线电机装机容量及重介质机组工艺设备，见表1。

表1 各型生产线电机装机容量及重介质机组设备配置比较表

2）各型重介质机组电机装机容量对比，见表2。

从表2可以看出，贝特曼(沙矿)100t/h重介质机组的电机装机容量相对较小，设备投入和能耗上优于其它两家制造商生产的的重介质机组。

3）增密方式和增密速度

(1)曼哈顿50t/h重介质机组、邦德100t/h重介质机组、邦德10t/h重介质机组，这三型重介质机组都是采用的磁选机提介质密度；提升介质密度较缓慢；其介质增稠循环图如下：

(2)贝特曼(沙矿)100t/h重介质机组，采用了增密旋流器和磁选机相结合的增密方式；其介质增稠循环图如下：

这样设计有两个优点：

①提升介质密度的速度快；②减少磁选机分离硅铁粉的负荷，从而降低了介质的损失率。

4）重介质的循环废水泵

邦德100t/h重介质机组采用是立式渣浆泵，故障多，维修不方便；贝特曼、曼哈顿重介质机组，采用的是卧式(AH)渣浆泵，流量和压力稳定，故障少，维修方便。

5）重介质机组的振动筛

(1)邦德100t/h重介质机组：其给料筛为双层筛，层间距小，不便于清理筛面和维修；其尾矿、精矿筛合为一台单层筛，在其筛面上用隔墙一分为二，存在结构性缺陷，一年使用中，此处振动筛都整机更换了两次；

(2)邦德10t/h重介质机组，其给料筛为双层振动筛，它的大块排出有两条串联运输皮带，第一条是位于振动筛出口位置的水平短皮带，这条皮带故障多；

尾矿、精矿合为一台单层振动筛，由于处理量小，生产基本正常；

表3 各型金刚石选矿生产线的尾矿检测结果表

(3)曼哈顿50t/h重介质机组，给料、尾矿、精矿各为独立的单层振动筛，使用状况良好；

(4)贝特曼(沙矿)100t/h重介质机组

①给料筛为单层振动筛，尾矿筛为双层振动筛，层间距大，便于清理和维修，介质回收率高；

②精矿筛为独立的单层振动筛，具有故障少，便于生产管理和对钻石安全管理的优点；

③各振动筛使用一年状况良好。

3.3.2 金刚石回收率分析

3.3.3 介质消耗量

重介质为硅铁(Fe85%，Si15%)与水的混合物，150D型或270D型。

经过各种生产线统计分析，处理砂粒矿比处理固结矿，其介质消耗量最高要增加30%。

3.3.4 光选机

曼哈顿提供的金刚石选矿生产线包括了金刚石光选机，最后光选机生产厂家派工程师来，也没有调试成功，最后放弃使用。重介质机组分选后的精矿直接进入手选室手选。

光选机选金刚石的原理是：X-射线照射金刚石，金刚石发出萤光，系统成像、辩识、机械手对金刚石弹射。对于此类古金刚石，受外界的浸染较为严重，X-射线照射金刚石所发出的萤光有强有弱，有的几乎没有萤光反映。

3.3.5 操作方面对比分析

1)贝特曼、邦德、曼哈顿三家出厂的金刚石选矿重介质机组介质循环图

(1)常见的介质循环为：

表4 介质消耗量对照表

①

②：

(2)贝特曼机组在上面的基础上，除多一个增密旋流器外，还多设计了一个“介质小循环”：

其优点有三个：①使重介质机组开机更为方便；②当出现设备故障或预告性停电、缺水时，在不停主介泵的情况下，很方便地停其它设备，便于维修，提高了系统灵活性；③全面停产中，只要开启主介泵(可关小流量)就可代替空气压缩机，搅拌主介桶内的介质，使介质避免出现沉淀。

2)邦德100t/h重介质机组，是由两套处理量50t/h 重介质分机组组合而成，分成A、B两组，单独给矿、分选；

优点：两组各自独立，互不干扰；缺点：设备数量多，投资加大，使生产和管理复杂化。

3) 贝特曼(沙矿)100t/h重介质机组，是一个完整的系统组成。

优点：设备少，投资少，操作简单，便于生产管理；缺点：机架高达14米，生产巡逻纵向高差大；一旦堵管，需疏通管道难；故障停机时，主介泵、混料泵重新启动相对较困难。

4)贝特曼(沙矿)100t/h重介质机组，增高介质密度的速度较快。

该机组总体性能稳定，故障率少，介质损耗相对较低，精矿产率小，回收率高。

5)密度调节自控装置

以上南非三个厂家提供的生产线都设计安装了密度调节自控装置(来自国外不同生产厂家)，经过严格地测试和生产实践，我们的结论是密度调节自控装置不如人工调密度准确，其实人工调密度方便、简单、可信度比自控装置高。

6)密度：旋流器进口介质密度为2.4～2.7kg/dm3，密度是动态的，随着混料泵叶轮的磨损程度和对精矿的产率不同要求，其密度要相应地调整。调介质密度是整个工艺的核心。

7)机电：①马兰钻石矿以及周边其它矿的重介质机组中的渣浆泵普遍使用了变频技术，对电机起动、节能、保护都有好处，但贝特曼100t/h重介质机组的混料泵（90kw）是台关键设备，没有变频控制，对生产和工艺有一定的影响，应当增设变频器；②操作控制系统：各设备启动都有声、光安全报警；有自动控制和手动控制两档选择。

3.3.6 分选工艺

金刚石采用单一的重介质选矿和手选工艺，显得过于简单。在重介质机组分选前，采用其它重选方法，如溜槽、金刚石离心分选机、掏洗盘等，构成一个综合选矿工艺流程，其选矿的综合效果更佳。它们的优点有：1)这些设备具有结构简单，投资少，容易操作，选矿生产成本小；2)作为初选设备，可实现大幅度抛尾，给后面的重介质机组选矿减轻负荷，从而大幅提高整个选矿厂的处理能力，尤其对于品位低的矿更有利；3)有利于回收大颗粒金刚石。

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