重介质选矿技术在处理有色金属矿和非金属矿的研究现状及展望

汤优优，喻连香，陈雄

（广东省科学院资源综合利用研究所，稀有金属分离与综合利用国家重点实验室，广东省矿产资源开发和综合利用重点实验室，广东 广州 510650）

重介质选矿技术在上个世纪20年代初期，从煤中分选出页岩获得成功之后，不断得到发展。国内重介质选矿技术在煤矿选煤领域发展很快，日趋成熟；重介质选煤技术因具有原煤适应性强、入选粒度宽、分选效率高、处理能力大、工艺设备简单等优点，已成为了当前广泛运用的主导选煤、高效选煤的方法，在我国各物理方法选煤中所占比例逐渐增大，所占比重已超过60%[1-3]。

随着矿产资源的大量开发和利用矿石日益贫化以及环保要求的提高，为了缓解低品位矿产资源开发利用普遍面临的环境和能源问题，矿石预选工艺已越来越受到选矿界的重视。重介质选矿技术具有分选精度高、选别粒度范围较大、在预选中丢弃废石的效率高、分选过程无污水等优点，是绿色、环保、高效的预选手段之一，在有色金属矿选矿和非金属矿选矿中的应用逐渐增多[4-5]。

国内科技工作者在该方面做了较多的研究工作，并且取得了实际的研究成果。本文先对重介质选矿技术进行概述，再分别从重介质选矿技术在有色金属矿以及非金属矿方向研究成果及工业应用情况进行论述，为我国重介质选矿技术在处理有色金属矿以及非金属矿领域提供参考。

1 重介质选矿技术概述

重介质选矿是指在密度大于1000 kg/m3的介质使矿粒按密度分离的选矿过程，按阿基米得原理进行的，即利用浮沉原理使不同比重的矿物在直流体或两相流体中互相分离。重介质的密度介于小密度矿物和大密度矿物之间，密度小的矿物在其中浮起，密度大的矿物下沉，以达分选的目的。

重介质有重液与重悬浮液之分；重液是一些密度高的有机液体或无机盐类的水溶液，是均质液体，如氯化锌的水溶液、三溴甲烷、四溴乙烷、杜列液、克列里奇液等；重液均价格昂贵、有毒、有腐蚀作用且不易回收，只在实验室中作重力分析或分离矿物时使用。重悬浮液是由密度大的固体微粒分散在水中构成的非均质两相介质；高密度固体微粒称为加重质，粒度一般为-0.074 mm 60% ～ 80%，如硅铁、磁铁矿、黄铁矿等，具有价廉、无毒等优点，在工业上得以广泛应用；常用加重质的性质见表1。目前所说的重介质选矿，实际上就是重悬浮液选矿。

表1 选矿常用的加重质的性质Tale 1 Nature of aggravating quality commonly used in mieral processing

重介质选矿设备有动态式和静态式两类。动态式的有重介质振动溜槽、重介质旋流器及重介质涡流分选器等；静态式的有鼓形分选机、圆锥形分选机、角锥形分选机、浅槽形分选机及圆筒形分选机等。

选矿方面工业应用中重介质选矿设备主要为重介质旋流器，其类型有两产品重介质旋流器、两产品双锥重介质旋流器、两产品筒型重介质旋流器以及无压给料三产品重介质旋流器等。矿石连同重介质悬浮液一起在一定的压力下沿切线方向给入旋流器内，在旋流器内作高速回转运动，借助离心力加速分离过程；重介质悬浮液在旋流器内有向周边浓集的趋向，其实际的分离密度要比给入的重介质悬浮液密度大。

2 处理有色金属矿方面

低品位有色金属矿石资源的开发，大量尾矿的产生制约着矿业企业的发展。因此，对有色金属贫矿石的开发，从绿色、节能矿山建设的角度出发，采用重介质选矿技术进行预选抛尾具有一定的现实意义，粗粒级废石可作为井下重填骨料或者建材骨料利用，减少尾矿量，延长尾矿库的服务年限。国内科技工作者采用重介质选矿技术在有色金属矿预选方面进行许多研究工作，主要集中在处理铅锌矿、钨、锡、锑矿等方面。本文分别从重介质选矿技术在处理铅锌矿和钨、锑矿方面的研究进行论述。

2.1 铅锌矿分选

硫化铅锌矿中主要金属矿物为方铅矿（密度为7.4 ～ 7.6 g/cm3）、闪锌矿（密度为3.5 ～ 4.2 g/cm3）和黄铁矿（密度为5.1 g/cm3），其密度在之3.5 ～7.6 g/cm3之间，而大部分脉石矿物密度为2.6 ～2.8 g/cm3，金属矿物与脉石矿物间较大的密度差异是利用重介质技术分离的先决条件。

当低品位硫化铅锌矿石中的有用矿物为集合体嵌布，在中碎后即有大量单体脉石产出，可通过重介质选矿将其预先抛尾，使之不在进入磨矿作业，降低选矿成本、节约能耗、提高入选品位。吕超[6]在选别四川某铅锌矿石时，先将矿石破碎至-13 mm，针对其中1 ～ 13 mm粗颗粒通过重介质旋流器分选工艺进行预选，预先尾矿产率达到39.38%，含Pb 0.11%、Zn 0.97%，铅、锌损失率分别9.54%、2.68%；预选精矿锌、铅品位富集近1.8倍；最终通过重介质预选－浮选联合流程，获得合格的铅、锌精矿，铅、锌回收率指标良好。龙卫刚等[7]对云南某低品位铅锌矿进行了重介质选矿扩大实验研究，实验将原矿破碎至-20 mm，针对其中1 ～ 20 mm粗颗粒部分采用Φ500双锥重介质旋流器进行半工业预选实验；当添加硅铁粉配制的重悬浮液比重为2.2时，预选精矿锌、铅品位富集近2.1倍；预选尾矿产率为49.19%，铅品位为0.34%、损失率为5.68%，锌品位为0.19%、损失率为10.78%；该低品位铅锌矿石采用双锥重介质旋流器预选抛尾工艺技术可行，为其开发利用提供新的技术支撑。

内蒙古某低品位铅锌矿中含Pb+Zn品位为1.22%，为提高入选品位、提前抛尾，张维佳等[8]选用四溴甲烷作为重介质，针对破碎到-20 mm粗颗粒部分的不同粒级进行重液浮沉实验，发现粗粒级矿石对重介质比重变化更敏感；当重介质比重为2.71时，重产品精矿的铅+锌品位提高了近2倍，铅、锌回收率均达到82%以上。罗新民[9]等人对某含Pb 1.31%、Zn 2.03%的低品位铅锌矿进行了详细重介质旋流器分选条件实验以及半工业实验；实验加重剂选用黄铁矿，分选设备采用Φ250 mm两产品重介质旋流器，针对重介质旋流器溢流管插入深度、锥角、角锥比、介质浓度、矿介比进行详细条件实验研究，确定半工业实验参数条件；半工业实验重悬浮液比重为2.5时，抛废尾矿产率为26.21%，铅、锌作业损失率均小于3%，说明该低品位铅锌矿适宜采用重介质旋流器进行预选抛废。

同样，氧化铅锌矿中白铅矿（密度为6.4 ～6.6 g/cm3）和菱锌矿（密度为3.9 ～ 4.2 g/cm3）的密度与脉石矿物也存在较大差异，有科研人员采用重介质选矿技术对其进行分选，并取得了良好的分选效果；蒋明华[10]针对兰坪氧化铅锌矿的砂岩、灰岩样品分别进行重介质浮沉分离实验，灰岩可获得较好的选别指标，而砂岩的选别指标较差；灰岩原矿含Zn 11.27%，破碎至-20 mm，其中-20+0.5 mm粒级进入重介质选别，+2.90的比重条件下可得到精矿产品Zn品位为20.88%，回收率56.36%。黄云峰[11]将兰坪氧化铅锌矿采用一段一闭路碎矿、三段洗矿的碎洗系统处理后，选用磁铁矿精矿作为加重剂，介质比重在2.1 ～ 2.3之间，通过Φ500 mm双锥重介质旋流器分选得到重产品，可供冶炼直接使用，且回收率在50%以上，作业回收率超过90%。

2.2 钨、锑矿分选

有色金属矿物中白钨矿（密度为4.5 ～ 5.0 g/cm3）、黑钨矿（密度为6.7 ～ 7.5 g/cm3）、锡石（密度为6.8 ～7.1 g/cm3）、辉锑矿（密度为4.5 ～ 4.6 g/cm3）的密度均超过4.5 g/m3，与脉石矿物的密度存在较大差异，有利于重介质预选分离。

贫杂难选矿石如不均匀嵌布的钨矿、锡矿和锑矿等，在破碎过程容易与脉石解离或者采矿过程混杂的较多围岩脉石，可采用重介质选矿技术进行预选抛尾，提高入选品位，减少入磨量。针对某矽卡岩接触交代钨矿床预选抛尾，周峰等[12]对比了重介质预选工艺和辐射分选工艺，其中重介质预选工艺，将含WO3品位为0.41%的原矿中-70+6 mm粒级矿石采用筒式重介质分选机的进行预选抛尾，在重悬浮液比重为2.70时，抛尾轻矿物的作业产率为60.90%，WO3品位为0.032%，作业回收率的损失为8.50%，此时得到的重矿物WO3品位为0.597%，较原矿提高近2.5倍，其中方解石的含量大大减少，降低方解石对后续钨浮选作业的干扰。云南木利锑矿是我国储量较大的硫氧混合锑矿，采用重介质旋流预选-跳汰重选-矿泥浮选的联合流程；刘启生[13]介绍了该锑矿山于1983年采用Φ500 mm重介质双锥旋流器预选3 ～ 13 mm的破碎产品，丢废率达54.4%，重介质旋流器预选工艺沿用到现在，工业应用效果良好。

目前，我国重介质预选分选技术在有色金属分选方面工业应用并不太广泛。但该项技术在国外铜、铅、锌、钨等金属矿石分选上已有较多的应用实例，例如哈萨克斯坦铅锌矿预选、玻利维亚钨锡矿预选、危地马拉白钨矿预选、澳大利亚锡矿预选等。

3 处理非金属矿方面

重介质选矿技术应用于非金属矿物选别愈来愈广泛，特别在处理磷矿、锂辉石、萤石、重晶石等非金属矿石方面工业应用较多。

3.1 磷矿分选

磷矿中主要的磷矿物为磷灰石，其密度为3.18 ～3.21 g/cm3，脉石矿物主要为白云石其密度为2.8 ～2.9 g/cm3；磷灰石和白云石之间密度差较小，采用重介质分离时需精准控制分离密度。

随着在煤用无压给料三产品旋流器及分选工艺的基础上研制的磷矿用无压给料三产品重介旋流器在湖北宜昌磷矿分选成功应用，为重介质选矿技术在选磷提供了理论和实践可行的分选工艺及设备[14]；该工艺逐步采用磁铁矿粉作为加重剂，大大降低介质损耗成本。2006年至2012年间，绿陵集团60万t/a、宜昌广原鑫宁30万t/a、宜昌宝石山60万t/a、宜昌兴发60万t/a规模的重介质磷矿选矿厂相继投入生产运营。重介质选矿技术在磷矿分选技术成功应用，为我国规模处理、绿色、节能、高效开发中低品位磷矿资源奠定了技术基础。

湖北宜昌夷陵区北部磷矿属于大型海相沉积磷块岩矿床，赵忠花[15]采用预先脱泥-重介质分选工艺方案实验结果作为年处理规模60万t选矿厂设计依据。该实验方案采用重介质旋流器实验处理磷矿石P2O5品位为20.62%，当重悬浮液密度为2.49 g/cm3条件下，通过旋流器分选可获得磷精矿P2O5品位为28.83%。罗惠华等[16-17]在选别湖北宜昌含P2O5品位21.08%的低品位胶磷矿时，发现将低品位胶磷矿破碎后，磷矿物会在细粒级部分富集，-8 mm部分细粒级P2O5品位达到24%，具备商品价值，直接作为产品；+8 mm部分粗粒级进入重介质分选，得到磷精矿P2O5品位为28.44%，尾矿P2O5品位仅为9.30%，综合回收率达到83.63%，通过该筛分分级微差密度重介质分选工艺处理低品位胶磷矿较传统两产品重介质旋流器工艺，综合回收率提高了15.08%。魏祥松[18]针对湖北宜昌花果树矿区磷矿进行重介质选矿研究以及工业应用介绍，通过重液浮沉实验发现，当原矿P2O5品位23.80%，0.5 ～ 15 mm粒级部分磷矿石通过比重2.89的重液浮沉，得到磷精矿产率73.97%，P2O5品位30.79%，回收率87.61%；工业应用中，原矿仅三段一闭路破碎至-17 mm，然后全粒级进入重介质无压给料三产品旋流器进行分选，可获得磷精矿产率65.65%，P2O5品位30.64%，回收率85.60%。针对湖北省某条带状和块状中低品位胶磷矿开发利用，刘爽等[19]在原矿-25 mm的粒度条件下，进行了重液浮沉实验；当重液比重为2.92时，可得到磷精矿P2O5品位为33.48%的，MgO含量为1.46%，符合产品质量要求，具有实际应用的可行性。

3.2 锂辉石分选

由于锂辉石密度为3.0 ～ 3.2 g/cm3，大部分脉石矿物长石、石英和云母的密度为2.6 ～ 2.8 g/cm3，锂辉石与脉石矿物之间较大的密度差异为重介质分选提供有利条件。锂辉石矿采用重介质法可在矿石破碎后的粗粒级条件下进行分选，较传统的浮选法，具有投资少、生产成本低、产品有利于后续锂盐提取和加工的特点。重介质选矿法在锂辉石选矿领域已在国内得到工业应用，如四川阿坝州某锂辉石矿选矿厂和新疆福海县某锂辉石重介质选矿厂等[20]。

为降低某低品位伟晶岩型锂辉石选矿生产成本，刘广学等[21]针对矿石中Li2O含量仅为0.69%的锂辉石矿，将矿石破碎至-4 mm，其中0.5 ～4 mm矿石进行重液浮沉实验，在密度为2.89 g/cm3的重液中获得了Li2O品位为5.71%、回收率为63.82%的精矿，抛弃产率达到67%的粗粒尾矿。梁雪峰等[22]针对某Li2O品位为1.24%的锂辉石矿进行了重介质选矿连续扩大实验，加重剂选用磁铁粉，分选设备采用两产品重介质旋流器，通过两段重介质选矿作业，一段粗选和二段扫选重悬浮液比重分别为2.5和2.25，二段扫选作业精矿返回到一段粗选作业给矿形成闭路循环，经两段重介质选矿得到精矿产品Li2O品位为5.78%，回收率为85.56%，尾矿Li2O品位为0.23%。陶家荣[23]对四川某特大型锂辉石矿进行了重介质选矿工业实验，原矿Li2O品位为3.18%，工业实验采用10 t/h重介质系统，当入选粒度为-16 +1 mm，重悬浮液比重为2.95 ～ 3.00时，得到粗选精矿Li2O品位5.44 %，回收率为88.77%，粗选精矿在相同重介质比重条件下进一步精选后，最终得到精矿品位达到6.46%，总回收率可达84.97 %；朱从杰等[24]采用双锥重介质旋流器分选甘孜州某锂辉石，加重剂采用磁铁矿粉，重悬浮液比重为2.5时，1 t规模扩大实验从Li2O品位2.105%的原矿中得到锂精矿Li2O品位为6.51%，回收率为57.46%。

3.3 萤石、重晶石分选

萤石主要成分为氟化钙，是提取氟的重要矿物，密度为3.0 ～ 3.3 g/cm3；重晶石主要成分硫酸钡，是制取钡和钡化物的重要工业矿物原料，密度为4.0 ～4.6 g/cm3；因此，萤石和重晶石与脉石矿物之间较大的密度差异为重介质分选提供有利条件。

贾凯以0.25 ～ 1 mm粒级的细粒萤石作为研究对象，在入料压力为0.06 MPa，细粒萤石浓度为50 g/L，利用75 mm内径的重介旋流器对其进行抛尾实验，通过正交实验探究了重介质旋流器底流口直径和溢流中心管内径、加重质粒度、悬浮液比重四个因素的影响；当重悬浮液比重为2.10时，溢流产率为15.85%，溢流CaF2品位为10.45%。邓湘湘[25]叙述了萤石重介质选矿研究，介绍了浙江东风萤石公司采用国内自主研制三产品重介质涡流旋流器处理低品位萤石矿，矿石CaF2品位从40%提高到55%，抛废产品产率达到30%，其中萤石损失率仅为为6%～ 7%。国外意大利某选矿厂以及德国沃尔法齐选矿厂均成功应用三产品涡流分选设备处理萤石矿，前者可获得CaF291.8%、回收率为90%的萤石精矿，后者分选后，抛废产品产率达到36.2%，其中萤石含量仅为6.75%。

重晶石重介质选别方面，孙开敏等公开了一种重晶石的重介质选矿方法，将原矿经研磨过筛，筛上粗颗粒采用三产品重介质旋流器进行分选，重介质悬浮液的密度介于2.65 ～ 2.78 g/cm3，最终通过不同的出料口得到不同比重产品，可预先抛弃30% ～ 70%的尾矿。胡小京等公开了采用浅槽分选机的分离萤石与重晶石的重介质选矿工艺，将原矿破碎分级，筛上产物给入浅槽分选机，萤石-重晶石矿物在浅槽分选机中重介质悬浮液的上升流及水平流作用下，萤石浮于介质表面，随水平流从轻矿物排矿口排出，重晶石为重矿物沉于浅槽分选机底部，由链条带动的刮板刮出，使得轻重产物获得分离。

重介质选矿技术除在上述非金属矿种进行研究及工业应用外，还有在处理红柱石、金刚石、绿宝石、铝土矿等非金属矿的研究及应用方面见有报道。

本文对上述半工业实验或已工业应用的研究成果进行了归集总结，各矿石重介质分选技术参数见表2。

表2 各矿石重介质分选技术参数Table 2 Technical parameters of heavy medium separation for each ore

4 结论与展望

(1)随着环保要求的提高以及尾矿堆存安全问题日益突出，预选工艺是当前低品位矿石开发利用的重要手段；预选工艺中重介质预选工艺和X射线预选工艺均具有高效、节能、环保的技术优势，是当前低品位矿石开发利用的研究热点。重介质选矿技术具有单台设备价格便宜、处理能力大、抛废率高和分选精度高等优点，但占地面积、流程较为复杂；X射线预选工艺具有自动化程度高、流程简单、占地面积小等优点，但设备价格贵、细粒级（1 ～ 10 mm范围）分选效率较低[26]。两种预选工艺各有各的特点，将在未来低品位矿石开发利用预选作业方面得到广阔的发展和应用。

(2)在重介质选矿技术在处理有色金属矿和非金属矿方面应用发展过程中应加强适用于低品位矿石分选的重介质旋流器研发，强化离心力场，降低矿物分选时重悬浮液比重要求，发展重介质悬浮液自动化、精细化控制技术，实现较低重悬浮液比重条件下分选；加强价廉、源广的加重剂研发，降低运行成本，增强重介质选矿工艺的技术优势。