悬振锥面选矿机处理某钨矿细泥的试验研究

钟能，赖振宁

大吉山钨业有限公司 江西全南 341801

钨矿物在自然界主要存在黑钨矿和白钨矿两种。随着社会发展对矿产资源需求的不断扩大，供需矛盾日趋加剧，加强对钨资源有价组分的回收与利用具有重要的意义[1]。江西某钨矿是 1952 年建成的我国第一座机械化钨选厂，是国家“一五”计划 156 个重点建设项目之一[2]。目前，该选矿厂日处理矿石约3 000 t，年产钨精矿 3 160 t，每天处理原、次生细泥500 多 t[3]。

在选矿作业方面，粗砂部分可以再提升的空间已经不大，细泥回收部分还有深挖的潜力，但难度很大。钨矿性脆，在碎磨过程中容易产生大量细泥，细泥含泥杂质多，导致钨细泥回收一直是选矿界的一大难题[4-5]。

近年来，研究人员在钨细粒回收方面取得了积极进展。Xiong Tao 等人[6]采用大型 SLon-2400 离心机处理某微细粒钨矿物，原矿 WO3含量为 0.22%、-40 μm 分布率为 81.85%，在最优条件下可获得 WO3含量为 1.65%、回收率为 77.83% 的钨精矿。成鹏飞等人[7]采用悬振锥面选矿机对某摇床尾矿进行了试验研究，给矿粒度和品位分别为 -0.074 μm 和 0.22% 时，一次选别可获得品位为 3.28%、回收率为 43.85% 的钨精矿，富集比高达 19，分选效果良好，说明该设备可有效解决细粒级黑钨矿的回收难题。黄翔等人[8]运用悬振锥面选矿机对某黑钨细泥进行了工业试验，在给矿品位为 2.4% 时，一次粗选可获得 WO3含量为30.23%、回收率为 75.72%，锡含量为 4.97%、回收率为 67.90% 的黑钨精矿，该结果表明悬振锥面选矿机一次粗选可以取代原工艺的重选作业和浮选作业，既能简化流程，节约药剂成本，又能解决细泥黑钨难以回收的问题。

为进一步回收细粒级钨矿物，减少有用金属流损，江西某钨矿采用云南德商公司生产的悬振锥面选矿机对不同细泥矿样开展了工业试验研究。悬振锥面选矿机是依据拜格诺理论和流膜分选理论，在复合力场下对细粒矿物进行分选的一种新型锥面铺展流膜重选设备，它在细粒重选中可以获得较高的富集比[9-11]，在微细粒钨、锡、铁、铀等矿物分选中具有明显优势[12-13]，可为微细粒矿物的回收利用提供支持[14]。

1 钨矿细泥性质

该钨矿属岩浆期后热液裂隙充填石英脉型黑钨矿床，钨细泥中主要金属矿物有黑钨矿、白钨矿、自然铋、辉铋矿、辉钼矿、绿柱石、磁黄铁矿、黄铁矿等，其中黑钨矿与白钨矿的比例为 (3～4)∶1；脉石矿物主要有石英、云母、长石及电气石、萤石、绿泥石和方解石等；围岩是变质砂岩和千枚岩。钨矿石密度为 2.7～2.8 g/cm3。钨细泥多元素分析结果如表 1所列。

表1 钨细泥多元素分析结果Tab.1 Results of chemical multi-element analysis of tungsten fine slime %

2 钨矿细泥分选流程

江西某钨矿当前的钨矿细泥处理流程为重选—浮选—重选联合流程，如图 1 所示。

图1 钨细泥回收工艺流程Fig.1 Process flow of recovery of tungsten fine slime

在细泥处理流程中，原、次生细泥汇聚，混合经过φ15 m 和φ18 m 浓密机浓缩沉淀、归队处理。首先，原、次生细泥经过离心选矿机粗选预富集，脱除大部分细泥，现经过 1 次粗选、1 次精选得到精选精矿；精选精矿再通过浮选分出硫化矿，然后采用黑白钨混合浮选得到混合精矿；最后，混合精矿经过白钨常温浮选作业得到白钨精矿，浮选尾矿用摇床回收黑钨矿，黑白钨精矿混合干燥出售。

当前，细泥选矿工艺存在的主要问题是：细泥回收效果差；在 -30 μm 级细泥尾矿中，金属流损较大。笔者在现有原、次生细泥回收工艺的基础上，利用悬振锥面选矿机回收粒度下限低的优势进行工业试验，研究如何改进细泥的处理工艺，达到降低细泥尾矿指标、提高精矿产量及回收率的目的。

3 悬振锥面选矿机

试验所用悬振锥面选矿机直径为 4 m，转动电动机和振动电动机功率均为 0.55 kW，可使用变频器调节。该选矿机安装在选矿厂精选工段细泥车间原离心机的基础上。

悬振锥面选矿机的结构如图 2 所示。机床上带有振动和旋转机构，下层支架带有电动机滚轮装在圆环形轨道上，下层支架固定有悬挂立柱，用悬挂钩和挂绳悬挂上层支架，上层支架上又装有与电动机连接的偏心摆轮机构，床身的锥面坡度为 3°～10°。

图2 悬振锥面选矿机的结构示意Fig.2 Structural sketch of suspended vibrating cone concentrator

悬振锥面选矿机的工作原理：当搅拌均匀的矿浆从给矿器进入盘面粗选区时，矿浆流随即成扇形铺展开并向周边流动，在其流动过程中，流膜由厚逐渐变薄，流速也随之逐渐降低。在自身重力和旋回振动产生的剪切斥力的作用下，矿粒群在盘面上适度的松散、分层。圆锥盘的转动将不同密度的矿物依次带进尾矿槽、中矿槽和精矿槽。

分选锥面上，矿层的分布符合层流矿浆流膜的结构。最上面的表流层主要是粒度小且密度小的轻矿物，该层的脉动速度不大，其值大致决定了粒度回收的下限，大部分悬浮矿粒在粗选区即被排入尾矿槽。中间的流变层主要由粒度小而密度大的重矿物、粒度大而密度小的轻矿物组成，该层的厚度最大，拜格诺力也最强。由于流变层粒群的密集程度较高，又没有较大的垂直介质流速干扰，故矿物分层能够在接近安静状态条件下进行，所以流变层是按密度分层的较有效区域。随着设备的转动，部分矿物在中矿区洗涤水的作用下被排入中矿槽。最下面的沉积层主要是密度大的重矿物，其颗粒粒度的分布规律是靠近圆锥顶上方粒度细，越向排矿端粒度越粗。沉积层的细粒、微细粒重矿物容易与分选面附着且较紧，不易被矿浆流带走，当设备运转到精矿区时，经冲洗水的作用即可得到精矿。

悬振锥面选矿机可回收粒度下限低的矿物，对细颗粒矿物进行有效回收。设备运行稳定，动力小，能耗低，材备料配件磨损少，维修维护成本低，精矿富集比高，在细颗粒重选方面具有广泛的应用前景。缺点是占地面积大，处理量小，投资回报周期长。

4 工业试验

4.1 分选原、次生细泥

将原、次生细泥原矿通过砂泵扬送到选矿厂精选工段细泥车间新倾斜斗上，经浓缩沉降后，通过 PE管给入悬振锥面选矿机。工业试验期间，可以看见细泥矿浆流层沿着悬振锥面有序散开，尾矿、中矿、精矿区域界限清楚，各分矿区矿浆颜色逐渐变深，回收矿量依次减少。这些现象表明悬振锥面选矿机正发挥分选作用，精矿富集比高。悬振锥面选矿机分选原、次生细泥工业试验结果如表 2 所列。

表2 悬振锥面选矿机处理原、次生细泥工业试验结果Tab.2 Results of industrial test for concentrating primary and secondary fine slime with suspended vibrating cone concentrator

由表 2 可知：当锥面的转动频率在 6.60 Hz、振动频率在 11.20 Hz 左右时，悬振锥面选矿机处理细泥原矿得到的精矿富集比可达 30.5～ 57.5，品位为 13%～ 18%；回收率一般，平均回收率为 58.05%。在该条件下，处理量的大小对分选指标有直接影响，在 200～ 300 kg/h 时，可获得 WO3品位为 13.76%、回收率为77.397% 的选别指标；大于 400 kg/h 时，回收率仅为38.138%，且尾矿品位达 0.19%，不能够直接排尾。不足之处是：适宜的处理量偏小，仅为 200～ 300 kg/h，若增大处理量，则需要增加扫选作业以控制尾矿品位。

4.2 分选离心机粗选尾矿

在离心机粗选尾矿沟槽里放入潜水泵，通过铠装皮管将粗选尾矿给入悬振锥面选矿机。每班日常生产230 t 的离心机粗选尾矿。悬振锥面选矿机处理离心机粗选尾矿工业试验结果如表 3 所列。

表3 悬振锥面选矿机处理离心机粗选尾矿工业试验结果Tab.3 Results of industrial test for concentrating tailing of centrifuge roughing with suspended vibrating cone concentrator

由表 3 可知：当锥面的转动频率为 10 Hz、振动频率为 11.60 Hz 左右时，悬振锥面选矿机处理粗选尾矿得到的精矿富集比可达 20 左右，品位在 2% 以上，尾矿指标可控制在 0.09% 左右，平均回收率接近30%。经离心机选别后，尾矿质量分数为 17%，质量分数低时对于微细粒级矿物的回收存在较大影响，微细粒级矿物悬浮于矿浆中在粗选区即被排入尾矿槽。缺点是：处理量小、回收率低，在最佳处理量为 200～ 300 kg/h 的条件下，回收率仅为 43.46%。

4.3 处理细泥尾矿

在悬振锥面选矿机试验场旁边临时设立一个存矿池，然后在离心机+摇床尾矿 (即细泥尾矿) 沟槽里放入潜水泵，通过铠装皮管将细泥尾矿扬送进入临时存矿池，经浓缩后再给入悬振锥面选矿机。每班日常生产 210～ 230 t 细泥尾矿。悬振锥面选矿机处理细泥尾矿工业试验结果如表 4 所列。

表4 悬振锥面选矿机处理细泥尾矿工业试验结果Tab.4 Results of industrial test for concentrating tailing of fine slime with suspended vibrating cone concentrator

由表 4 可知：当锥面的转动频率为 10.20 Hz、振动频率为 11.50 Hz 左右时，悬振锥面选矿机处理细泥尾矿得到的精矿富集比为 14～ 39，而最大回收率仅为 25.571%。经离心机和摇床选别后，细泥尾矿中难以回收的微细粒级有用矿物占比大幅增加，且此时的给矿质量分数也很低 (10% 左右)，对于选别指标有很大影响。缺点是：处理量小、回收率过低，在最佳处理量为 200～ 300 kg/h 条件下，回收率约为10%。

4.4 分选加温摇床尾矿

先用搅拌桶收集加温摇床尾矿，澄清滤水后装入编织袋，通过斜坡卷扬机和吊车运到临时存矿池。在临时存矿池里放入潜水泵，通过铠装皮管将尾矿扬送给入悬振锥面选矿机。每班日常生产 18 t 左右的加温摇床尾矿。悬振锥面选矿机处理加温摇床尾矿工业试验结果如表 5 所列。

表5 悬振锥面选矿机处理加温摇床尾矿工业试验结果Tab.5 Results of industrial test for concentrating tailing of heated table concentrator with suspended vibrating cone concentrator

由表 5 可知：当锥面的转动频率为 10 Hz、振动频率为 11.65 Hz 左右时，悬振锥面选矿机处理加温摇床尾矿得到的精矿富集比为 9～ 15，处理量小于200 kg/h，精矿品位可达 15%～ 24%，回收率均高于63%。现场工业试验获得的精矿 WO3品位为 23.99%，回收率为 72.29%。由此可以看出，悬振锥面选矿机在处理细泥尾矿方面值得推广，可以为企业增加经济效益。

4.5 分选离心机粗选倾斜斗溢流

日常生产，原、次生细泥通过砂泵扬送到选矿厂精选工段细泥车间新倾斜斗上，经过浓缩沉降，底流给入离心选矿机粗选，倾斜斗溢流返回到厂外 18 m浓密机。通过 PE 管将离心机粗选倾斜斗溢流接入悬振锥面选矿机做试验。悬振锥面选矿机处理粗选倾斜斗溢流工业试验结果如表 6 所列。

由表 6 可知：当锥面的转动频率为 10.60 Hz、振动频率为 11.16 Hz 左右时，悬振锥面选矿机处理离心机粗选倾斜斗溢流得到的精矿富集比为 8.5～ 22.8，精矿品位均高于 2%，平均回收率大于 51%。不足之处：处理量小，在小于最佳处理量 400 kg/h 时，尾矿品位达 0.15%，不能直接排尾，需要增加后续扫选作业。

表6 悬振锥面选矿机处理离心机粗选倾斜斗溢流工业试验结果Tab.6 Results of industrial test for concentrating overflow from inclined hopper of centrifuge roughing with suspended vibrating cone concentrator

5 结论

根据悬振锥面选矿机分选原次生细泥、离心机粗选尾矿、离心机+摇床尾矿、加温摇床尾矿和离心机粗选倾斜斗溢流，其中处理加温摇床尾矿方面最优，各项指标较理想，获得 WO3品位为 23.99%、回收率达到 72.293% 精矿。虽然精矿富集比仍然比较高，但是尾矿品位比较低，可以直接排尾，不需要增加后续扫选作业。但当精矿品位达到 20% 时，可以作为钨细泥产品生产销售。