SLon立环脉动高梯度磁选机在矿山尾矿综合利用中的应用

陈 剑 张春浩

(赣州金环磁选设备有限公司，江西 赣州 341000)

改革开放40年来，我国的经济发展成就举世瞩目。在此期间，我国矿山行业得到了快速发展，生产能力日益提高。但是，随之而来的环境治理和资源贫化的压力也在不断加大，其中尾矿的堆放和处理，已成为了制约我国众多矿山企业发展的绊脚石。因此，如何充分利用好矿山尾矿，提高尾矿资源的综合利用水平，对缓解我国矿产资源的瓶颈压力，环境治理以及为矿山企业培育新的经济增长点，具有深远的意义[1]。

矿山尾矿，通常是指我们利用现有选矿技术对矿石中有价矿物进行不完全回收后的剩余部分。这部分矿物中，除含有未完全回收的原目的矿物外，还有一些是原生产工艺未涉及回收的其他有用矿物。通过研究发现，这部分矿物只要通过合理的回收利用，就可能实现“变废为宝”的目的。例如，拜耳法提取氧化铝后的尾矿，通过选矿富集提取的铁，是很好的炼铁原料[2-3]；黄金、铜等有色金属选矿厂尾矿，通过磁选除杂提纯后，就是很好的陶瓷原料等[4-5]。

近年，针对国内一些矿山尾矿，我们应用SLon立环脉动高梯度磁选机做了大量的技术开发研究和选矿试验研究工作，取得了重要的工业应用成果。

1 SLon立环脉动高梯度磁选机的原理与应用于尾矿处理的特点

SLon立环脉动高梯度磁选机(简称SLon磁选机)主要由磁轭、激磁线圈、分选转环、磁介质、脉动机构和其它部件组成[6]，见图1。

工作时，分选矿物的浆体从上磁轭缝隙流经转环，转环内的磁介质在磁场中被磁化，在磁介质表面形成高梯度磁场，矿浆中的磁性矿物被吸附在磁介质表面，随着转环的顺时针转动被带至顶部无磁场区，在冲洗水的冲洗下落入磁性物矿斗，非磁性矿物颗粒沿下磁轭缝隙流入非磁性物矿斗中排走，该设备中配置的脉动机构，不仅能有效地防止矿浆的堵塞，更能消除非磁性颗粒的机械夹杂，提高磁性矿物的品位，在非金属提纯中能显著提高非金属矿的产率。

1—脉动机构；2—激磁线圈；3—磁轭；4—转环；5—给矿斗；6—漂洗水斗；7—磁性矿冲洗装置；8—磁性矿物斗；9—中矿斗；10—非磁性矿物斗；11—液位斗；12—转环驱动机构；13—机架；F—给矿；W—清水；C—磁性产品；M—中矿；T—非磁性产品图1 SLon立环脉动高梯度磁选机Fig.1 SLon vertical ring and pulsating HGMS

与原矿比较，尾矿具有量大、品位低、粒度细和分选难度大的特点。因此，要有效开发利用尾矿资源，一方面要采用先进的选矿技术和选矿设备，另一方面还需要考虑规模效益。针对尾矿资源处理的这些特征，近年SLon立环脉动高梯度磁选机(以下简称SLon磁选机)在尾矿处理方面，主要采用了以下三大技术措施：

1)采用细棒介质提高对微细粒矿物的磁捕获能力。近年，针对尾矿中弱磁矿呈(微)细粒分布的特征，开发了1.5 mm和1.0 mm磁介质，大大提升了SLon磁选机分选尾矿的指标；如首台SLon-2500磁选机采用1.0 mm棒介质[7]，用于分选海钢公司赤铁矿尾矿，使分选下限粒度降至10 μm以下，取得了良好技术经济效益。

2)开发大型SLon磁选机，提高处理能力，降低分选尾矿的吨电耗和水耗。如2014年，开发了两台SLon-4000磁选机，应用于分选攀钢选钛尾矿的干矿处理量达到500 t/h，吨电耗和水耗分别为0.41 kWh和1.3 m3/h，明显低于早期最大型SLon-2000磁选机的0.85 kWh和1.45 m3/h。当前，最大型SLon-5000磁选机的干矿处理量达到950 t/h，其吨电耗和水耗分别进一步降低至0.28 kWh和1.22 m3/h，用于处理低品位尾矿将具有十分明显的技术优势。

3)开发高场强SLon磁选机，提高背景磁场强度，增强磁介质对(微)细粒弱磁性矿物的捕获能力。当前，SLon磁选机的最高磁场强度达到1.8 T，完全能满足尾矿工业应用的要求。

2 SLon磁选机分选尾矿的应用

2.1 用于从赤铁矿尾矿中回收铁

海南钢铁公司所属矿床属于磁、赤混合铁矿，早期采“弱磁—强磁一次粗选一次精选一次扫选”工艺分选回收磁铁矿和赤铁矿，强磁设备均采用SHP-2000型平环强磁选机，新建选厂在该流程中以SLon-2000型立环脉动高梯度磁选机取代SHP-2000型平环强磁选机[8]。该公司每年产生约120 万t铁品位30%左右的铁尾矿，近年来尾矿库堆存尾矿压力愈来愈大。该尾矿中80%以上铁分布0～19 μm，主要是赤铁矿，且含泥量大，早期采用螺旋溜槽流程分选回收，但未得到有效开发利用。

2006年起，提出并应用“SLon磁选机粗选—离心机精选”工艺处理该铁尾矿，取得了良好的试验指标。实验室条件下，该尾矿铁品位约30%，-19 μm约占83%，应用1.0 mm细棒介质，SLon-100磁选机获得产率、铁品位和铁回收率分别为33.12%、52.23%和56.81%的铁粗精矿；该粗精矿进一步采用SLon-400离心机精选，最终获得产率、铁品位和铁回收率分别为17.15%、64.39%和36.27%的铁精矿。在此基础上，研制了首台SLon-2500大型磁选机和SLon-1600离心机，在2008年进行分选海钢公司铁尾矿的工业生产试验，并实现推广应用，取得了重要的技术效益[9]。SLon-2500磁选机应用于分选该铁尾矿的生产流程和指标见图2。

图2 SLon-2500磁选机与SLon-1600离心机用于分选海钢公司铁尾矿数质量流程Fig.2 The technical data of processing flowsheet of SLon-2500 HGMS and SLon-1600 centrifugal separator separating iron tailings in Hainan Iron and Steel Company

“SLon磁选机粗选—离心机精选”短流程新工艺在海钢公司的成功应用，促进了该工艺在国内其它公司的推广应用。我国分选磁铁矿的小选厂很多，这些磁铁矿中常含有部分赤铁矿或镜铁矿，往往这些选矿厂在用弱磁机选完磁铁矿后，将磁选尾矿直接排入尾矿库，殊不知这部分尾矿还有再回收利用的价值。如，我们通过对福建某尾矿进行实验研究，发现尾矿中铁品位18.80%，采用SLon磁选机和离心机进行综合回收，最终可获得铁精矿品位60.15%、铁回收率49.26%的良好指标[10]。

2.2 用于从钛铁矿尾矿中回收钛

攀钢密地选厂在选别铁精矿和钛精矿后，产生约885 t/h的尾矿量。该尾矿中含有可回收的磁铁矿和钛铁矿，为了使该钛、铁尾矿资源得到综合利用，攀钢公司于2002年采用SLon-1500磁选机建立了回收钛铁矿的生产工艺流程，使钛回收率有效地提高了约20个百分点。由于SLon-1500磁选机的处理量有限，因此2011年，首台SLon-4000立环脉动高梯度磁选机用于取代原有粗选作业的SLon-1500磁选机(生产流程见图3)[11]，该机每小时给矿量为460 t(约占总尾矿的50%)左右，一年多的工业试验，取得的工业试验指标为(SLon-4000单机作业指标)：给矿品位6.41% TiO2，精矿品位13.38% TiO2，尾矿品位3.64% TiO2，TiO2作业回收率59.36%的良好指标。全流程的选钛指标为：给矿品位6.41% TiO2，钛精矿品位47.02% TiO2，TiO2回收率28.16%。2013该厂又采购了一台SLon-4000磁选机进行扩产改造，2台SLon-4000磁选机均已投入生产，该流程年处理攀钢密地选矿厂700 万t综合尾矿，目前2台SLon-4000磁选机至今已运转八年，各项指标稳定，已达到年产品位为47% TiO2的优质钛精矿18 万t左右。

图3 SLon磁选机应用于从钛铁矿尾矿回收钛生产工艺流程Fig.3 The flowsheet of SLon HGMS to recover titanium from ilmenite tailings

攀西地区以及河北承德很多企业均采用该工艺来回收早期尾矿库中的钛资源，老尾矿中还含有品位4%～6%的TiO2，采用SLon磁选机一次粗选一次精选别后能将TiO2提高至20%左右，再经过浮选，最终获得TiO2品位大于47%的钛精矿。

2.3 用于从赤泥中回收铁的应用

赤泥是铝土矿在提炼氧化铝过程中而产生的固体工业废弃物，每生产1 t氧化铝，便会产生1～1.6 t赤泥[12]。赤泥一般含有大量的铁矿物和废碱液，如果长期外排堆放，易造成土地碱化以及污染地下水破坏生态环境[13]。因此，更好的综合回收赤泥中有用矿物，是选铝矿厂的重大难题之一。

山东滨州某铝土矿原料主要来自于国外，在采用拜尔法提炼出氧化铝精矿后，会产生大量的TFe品位为20%的赤泥外排。为了尽可能的回收流失的含铁矿物，选矿厂采用直接磁选工艺回收含铁矿物。应用SLon立环脉动高梯度磁选机强磁一次粗选一次精选的选矿工艺流程进行工业试验后，在给矿TFe品位20%的前提下，最终获得铁精矿含TFe品位约50.47%，TFe回收率40.19%的良好选矿指标。选矿工艺流程图见图4。

图4 SLon磁选机应用于从赤泥中回收铁工艺流程Fig.4 The flowsheet of SLon HGMS to recover iron from red mud

生产过程中，SLon磁选机在恶劣的高温强碱环境下，每年可以从该厂赤泥中回收铁精矿50多万t，为企业创造了显著的经济效益。该工艺同时也在国内其他氧化铝选厂的赤泥处理中得到推广应用，部分应用见表1。

表1 SLon磁选机从赤泥中回收铁的部分应用指标Table 1 Some application indicators of iron recovery from red mud by SLon HGMS

2.4 用于从氰化浸金尾矿中回收铁

云南鹤庆北衙黄金选矿厂每年产生大量的黄金尾矿，导致尾矿库难以完全消化。该尾矿中有价成分主要为磁铁矿和褐铁矿，但粒度很细一直没有得到开发利用。为了综合利用该尾矿资源，选矿厂分别于2005年和2009年选用2台SLon-2000磁选机和4台SLon-2500磁选机用于回收尾矿中的褐铁矿[14]；2010年至2012年，又新建了另一条年处理量150 万t尾矿的生产线，选用6台SLon-2500型磁选机一次粗选一次扫选分选褐铁矿，工艺流程图如图5。迄今，该选矿厂每年可以回收100多万t的铁精矿，并可根据市场价格安排磁铁矿和褐铁矿独立销售或合并销售[15]。

图5 SLon磁选机应用于从氰化浸金尾矿回收铁工艺流程Fig.5 The technical data of processing flowsheet of SLon HGMS in recovery of iron from cyanide leaching gold tailings

该工艺流程配置简单，易操作。山东招远采用该工艺后，当浸金尾矿铁品位为37.92%时，利用SLon磁选机一次磁选，就能得到产率33.42%、铁品位51.50%、铁回收率45.38%的铁精矿，技术经济和环境效益明显。

2.5 用于从浮选黄金尾矿回收长石

山东招远某浮选黄金尾矿主要含SiO2、铁/钛矿物、Al2O3、Na2O和K2O，这几种成分中除铁、钛矿物外，其它成分都是构成陶瓷原料的主要组成部分。因此，只要把该黄金尾矿中的铁、钛矿物进行去除，控制其含量在陶瓷原料允许范围内，即可变废为宝，将80%～90%的黄金尾矿用于陶瓷原料行业。该尾矿采用直接磁选工艺除杂回收长石，选矿工艺流程见图6。生产中，在给料白度21.4，Fe2O3含量1.07%的情况下，经过两段SLon立环脉动高梯度磁选机(中磁+强磁)进行工业试验后，最终获得长石精矿白度45.1，Fe2O3含量0.46%，综合产率为80.15%的良好选矿指标。该精矿产品的成分分析结果见表2，完全满足下游陶瓷行业的需求。

图6 SLon磁选机应用于从浮选黄金尾矿回收长石工艺流程Fig.6 Application of SLon HGMS in feldspar recovery process from flotation gold tailings

表2 最终产品成分分析结果

3 结论

1)SLon立环脉动高梯度磁选机经过30多年持续技术创新，在设备大型化、自动化和高效节能，以及在微细粒矿物回收效能方面得到了快速发展。针对矿山尾矿中的磁性矿物，无论把它作为有价矿物还是作为杂质处理，技术优势明显。文中列举的部分工业应用实例，可以作为矿山尾矿综合利用的参考。

2)矿山尾矿的形成基本上都经历过破碎、磨矿等高能耗和高成本的加工过程。对这些尾矿进行综合利用时，无需重复上述操作，因此与处理原矿石相比具有投入小、回报高、见效快的优势，可以获得良好的技术经济和环境效益。

3)应用SLon立环脉动高梯度磁选机处理矿山尾矿，不会对环境造成二次污染，还具有工艺简洁、配置简单、占地面积小等诸多优点。如今矿山尾矿的综合利用和妥善治理程度已经成为衡量一个国家的经济发达程度和科技水平的一个重要标志，应用SLon立环脉动高梯度磁选机处理矿山尾矿具有广泛的应用前景。