选矿船舶用集成式重介质选矿机组浅析*

刘烨河，唐贵青，刘福峰

（1广州市盾建地下工程有限公司，广东 广州510030；2广东安成安防技术有限公司，广东 广州510000；3湖南有色金属职业技术学院，湖南 株洲412000）

1 前言

发展国民经济非常依赖矿产资源，能源原料95%以上、工业原材料80%以上来自于矿产资源［1-2］，不可再生的矿产资源是社会经济发展、国民经济安全运行的重要物质基础。据报道，世界上96%的锆石、30%的钛铁矿、96%以上的金红石、80%的独居石和75%的锡石在海滨砂矿中产出［3］。矿业开发先进的国家，已经广泛应用重介质选矿技术和装备。集成式重介质选矿机组（以下简称IDMS），除了广泛应用于陆地选矿，还广泛应用于海洋、水下矿床的开发选矿上。

中国船舶选矿技术和装备发展很快，但起步较晚；中国的选矿科研院所对浮选投入最大，其次是磁选，在重选方面关注度少，尤其是在有色金属矿选这方面，基本没有重介质选矿的实验设备。中国工程机械的发展为采掘海洋矿产资源提供了便利，发展海洋（水）选矿船舶成为当务之急。

2 选矿船舶的选矿技术特点

船舶上选矿与陆地选矿对选矿设备和工艺技术有不同要求。选矿船舶上的选矿设备、工艺必须具备如下特点：生产成本低、大处理量、绿色清洁、操作维护简单、高效选矿、预先抛尾效果好［4-5］、选矿设备集成化程度高、易于自动化控制、抗晃振动性能好等要求，特别需要单位面积单位空间处理矿石量大，设备集成化。

常规重选具有成本小、绿色环保等特点；但单机处理量小，占地面积大，不便于自动化控制，在水中或海上，随风浪的影响，船体摇晃难免会影响选矿效果。比如溜槽选矿机、摇床选矿机、圆锥选矿机、跳汰选矿机等的矿石流都是处于一种常规大气压中开放性地流动，或加上设备规则运动，达到矿石分离效果；因此，如果选矿设备本身产生不符合选矿原理的晃动或振动，会严重影响选矿。浮选是现在普遍采用的选矿方法，但它要求全矿磨矿，设备投资和占地都较大，浮选成本高；并且浮选要使用选矿药剂，在选矿船上废水无法无害化处理，不利于环保。随着矿石中有用矿物的品位越来越贫瘠，全矿浮选将难以为继，这些制约了浮选上选矿船。

重介质选矿技术是常规重选的提高和发展，常规重介质选矿相比常规重选的选矿效果要好。现在陆地资源选矿，由于常规重介质选矿设备、生产管理过于复杂，目前只有选煤已经广泛应用了重介质选矿技术，其他金属与非金属矿还未有效地应用重介质选矿。集成式重介质选矿机组（IDMS）把常规重介质选矿的一系列设备集成为一个整体，虽然其选矿原理和常规重介质选矿相同，但它克服了常规重介质选矿系统的弱点。IDMS将会在船选领域大有作为。

3 集成式重介质选矿机组介绍

3.1 IDMS流程结构及设备架构

IDMS的工艺流程包括：矿石输入与预处理系统、混料系统、分选系统、介质回收系统、介质调制与储存系统、排矿系统、废水系统等，如图1所示；设备架构分为两层，如图2所示。

3.2 IDMS选矿原理

1）IDMS的选矿原理与常规重介质选矿原理相同。都是应用了阿基米德浮力定理，根据矿石密度差异来分选轻密度矿物和重密度矿物。

图1 IDMS工艺流程结构

图2 IDMS设备架构

2）重介质选矿是常规重力选矿的技术升级，它在分离原理上与常规重力选矿有所不同，直观表现在其分离介质不是单纯以水为分选介质，介质的密度发生了变化。通常评价矿石是否可采用重选，是根据矿石重选可选性公式E=（δ重-δ介）/（δ轻-δ介）。在一个矿山中所采出来的矿石中δ轻、δ重相对固定，决定E的大小是δ介，通过人为控制分离介质δ介的大小，就能调整矿石重选的可选性效果。重选可选性难易程度见表1。在δ轻与δ重差别不多的矿石中，调高δ介值，E值会提高，重选矿石可选性会改善。

表1 矿石重选可选性难易程度

3.3 IDMS技术特征

3.3.1 IDMS兼顾了常规重力选矿优点

绿色环保不添加任何化学药剂、符合多碎少磨选矿原则，节省成本。IDMS克服了重力选矿设备处理量小、占地面积多、基建投资大、自动化难、回收率不高、选矿效果抗晃振动性能差等缺点。

3.3.2 IDMS兼顾了常规重介质选矿优点

1）矿石中有用矿物与脉石矿物之间密度差不明显的条件下，IDMS重选可选性得到了提高；这种矿石在常规重选条件时其重选可选性小，分离难度大。2）实现宽粒级选矿。基于矿粒沉降理论，常规重力选矿时，必须把矿石严格按粒度分级；但重介质选矿不同，实现了宽级别分选矿石。目前国外IDMS分选矿石的粒级做到了30 mm上限。3）选矿效果好，回收率高，富集比大，对于低品位矿具有较强优势。比如分选金刚石矿回收率达到95%。4）与摇床、跳汰、螺旋等选矿设备相比，其处理量大得多。

3.3.3 克服了常规重介质选矿缺点

IDMS大幅压缩了基建投资，选矿系统得到了简单化和集成化，操作维护简单，便于自动化控制，降低了选矿成本。

3.3.4 介质平衡有保障

介质在集成的小空间内的各系统之间高速循环，其平衡难度比常规重介质系统复杂。常规重介质系统主要靠系统之间的距离和各足够大的容量起缓冲作用，IDMS完美地解决了介质平衡难题。

3.3.5 安全性更高

钢架构化使拆装简单、快捷安全，生产管理更直观，刚性设计抗震效果好。

3.3.6 优化了减振措施

振动筛底座垫橡胶墩，渣浆泵进出口软连接处理，旋流器溢流喷口设缓冲空间，整个钢结构各大小梁和立柱全部用螺杆螺母紧固件连接。

3.3.7 清洁环保

选矿过程是纯物理分离过程，不需添加化学辅助剂。

3.3.8 大比例预先抛尾

对于低品位贫矿资源，将必然选择预先抛尾。IDMS处理量大、富集比高、成本低。在保障回收率的前提下，精矿产率可控制在1%～8%。IDMS选钻石矿，抛尾率达82%以上。

3.3.9 大矿小矿都适合

因其独特的优点，1.2万t日处理能力的钻石矿选矿厂应用IDMS；有色金属矿相对规模不大，正好能应用；伊朗的铅锌矿普遍使用了IDMS。

4 结语

IDMS把重介质选矿各系统高度集成，选矿效果优，安全环保，预先抛尾强，操作维护简单，自动化程度高，适合装配到选矿船上，有利于促进我国水下或海洋矿产资源开发。同时，中国有规模大、数量多的各型填海船、采砂船，它们在国内外执行造岛工程、航道延伸（或疏浚）、港口或码头疏浚、河道疏浚、水下采砂和隧道等工程，如果能应用IDMS选矿船参与其中，在实现工程建设的同时，还可以实现资源综合利用，利国利民。