离心选矿机在钨矿分选回收中的应用

刘观发，曾祥荣，黄彪林，黄万抚

（江西理工大学 资源与环境工程学院，江西 赣州 341000）

0 引 言

离心选矿是利用离心力场来强化重力分选效果的重选技术。从20世纪60年代至今，各类离心选矿设备相继问世并得到工业应用，有效促进了重选的发展，由于矿物资源“贫、细、杂”的特点和其对于微细粒矿物分选的有效性，离心选矿机已成为微细粒矿物分选和回收的重要选矿设备[1-2]。钨矿作为我国重要的战略性矿产资源，其分选和细泥的回收一直是选矿领域研究的热点。随着技术和工艺的改进和发展，各类离心选矿机在钨选矿领域逐渐得到了较为广泛的应用，在微细粒钨的分选特别是钨细泥的回收方面具有较为广阔的应用前景。

1 国内外离心选矿机的现状

1.1 SLon离心选矿机

SLon离心选矿机是由赣州金环磁选设备有限公司研制的连续型卧式离心选矿机，按转鼓直径目前分为SLon-400、SLon-800、SLon-1600、SLon-2400、SLon-2800五种型号工业用离心选矿机。其分选原理（图1）为：矿浆经给料装置给入截锥形转鼓内表面，在转鼓高速旋转产生的离心力场下，矿浆在其内表面形成弱紊流膜层[3]，重矿物颗粒受离心作用大，快速沉积于流膜底层，轻矿物颗粒受离心作用小而随液流沿转鼓直径大的一端排出成为尾矿，精矿则由射流水束冲洗至精矿富集装置。

图1 实验室连续式SLon离心选矿机运行过程示意图[4]Fig.1 Schematic diagram of the operation process of the continuous SLon centrifuge in laboratory

SLon离心选矿机具有节能环保、适应性较强等优点，已在微细粒级铁矿的选别和铁尾矿回收中得到较为广泛地工业应用。近年来在锡矿和钨矿中也逐步得到推广应用，主要应用于微细粒锡和钨细泥的回收工艺或者钨锡细泥的分离[4-6]。其不足之处在于处理量相对较小，分选精度不高，一般用于矿物粗选，粗精矿品位和回收率均较低，还需通过浮选等方法将粗精矿和尾矿进一步精选和回收。该设备具有较大发展潜力，射流水的性质和参数是影响该设备连续作业稳定性和分选效果的关键因素[3]，进一步优化各项参数、提高处理能力和分选精度，应是SLon离心选矿机未来的研究方向和目标。

1.2 Falcon 离心选矿机

Falcon离心选矿机是一种立式离心选矿机，由美国南伊利诺斯大学和加拿大Falcon公司共同研制并于1996年投入生产应用，它分为Falcon SB系列、Falcon C系列和Falcon UF系列。Falcon SB系列是Falcon公司早期研制的非连续型立式离心选矿机，转鼓呈倒锥型（图2），其分选原理是：矿浆经给料管进入转鼓底部并在转鼓高速旋转产生的离心力场作用下在其内壁形成流膜，反冲水从进水孔进入转鼓上部的沟槽部位使矿浆流膜松散；重矿粒克服离心力分力和反冲水阻力而沉积在转鼓上部沟槽中，轻矿粒则因所受离心力较小且无法克服反冲水压力而随水流溢出转鼓从尾矿口排出成为尾矿，分选结束时停止给矿，精矿由冲洗水冲出[7-8]。

图2 Falcon SB离心选矿机Fig.2 Falcon SB centrifugal concentrator

Falcon C系列和Falcon UF系列离心选矿机整体构造和分选原理和Falcon SB系列大致相同，在结构上有所改进。C系列离心选矿机精矿区设计为溜槽和气动阀，实现连续排矿，其回收粒度下限可达20 μm。UF系列主要是针对超细矿物设计，离心力可达 600 G，回收粒度下限可达 3 μm，它的特点是转鼓上部结构为精矿停留区，同时出口处设计了可变唇环，可提供更大的精矿停留区，属半连续型离心选矿机，精矿累积到一定程度时用冲洗水冲出[9]。

Falcon SB型离心机在国内外应用相对较广，可用于细粒煤的脱硫，对0～0.5 mm粒级煤的脱硫效果优于浮选[10]，也适用于金、银、钨、镍等稀贵金属的分选回收，多应用于预先富集或预先抛尾阶段[11-13]。Falcon C系列和Falcon UF系列离心机近年来也逐渐应用于钨、锡、镍等尾矿或细泥的回收工艺[14-15]。进一步完善其分选理论体系，优化结构参数，提高生产适应性是其得到进一步推广应用的必要前提[16-17]。

1.3 Knelson 离心选矿机

Knelson离心选矿机是由加拿大尼尔森公司研发的高效型立式离心选矿机，于1978年投入商业化应用[18-19]，按运行方式分为 BKC（间断型）和CVD（连续型）两种类型，现已成为世界上应用最广泛的立式离心选矿机之一。其分选过程（图3）基于分选锥旋转产生的离心力场和流态化反冲水的松散作用[20]，矿浆从中心给入分选锥底部，在分选锥高速旋转下，矿物颗粒被甩至锥内壁并富集于内壁上的沟槽中，同时反冲水从外锥底部给入，从沟槽排列的水孔按与分选锥旋转相反的方式沿切向冲入锥内，使槽内矿层松散呈流态化；重矿物不断取代轻矿物在槽内富集为精矿，轻矿物无法克服水的阻力随水流从锥体上部溢流成为尾矿。

图3 实验室Kenlson离心选矿机分选示意图[24]Fig.3 Schematic diagram of Kenlson centrifuge sorting in laboratory

Knelson离心选矿机具有结构简单，操作简便和运行高效等特点，适用于微细粒金、银、铂等贵金属矿物的选别和回收，其他矿物如氧化铁、细粒锡、铬、钽铌的预选也有工业应用，但报道较少，目前在国内外仍然主要应用于金矿的选别和回收[20-21]。由于其适用范围窄、理论研究不完善以及耗水量大等缺点，未在其他矿物获得很好的工业应用，仍具有很大的改进和发展空间。近年来国内外研究者对Knelson离心选矿机理论研究和分选过程规律的研究逐渐深入，利用计算机数值模拟等手段优化其结构和操作参数是其研究的热点[22-24]，对优化其性能和拓宽其应用范围提供理论参考具有重要作用。

1.4 新型离心选矿机

为适应不同矿物资源特性，满足复杂难处理矿物的分选要求，选矿工作者一直致力于离心选矿机的改进和研发。从文献报道可知，新型离心选矿机主要应用于复杂难处理钨细泥的回收。周晓文等[25]针对江西某钨选厂钨细泥矿物组成复杂、嵌布粒度细、回收效率低等问题，进行浮选-重选-浮选联合流程试验研究以实现钨资源更高效的回收。在进行重选设备对比试验后采用其团队针对性开发的LL-400立式连续型离心选矿机进行钨矿物预富集，优化设计系列锥角离心转筒、精矿富集槽和气动夹管阀。结果表明，此新型离心选矿机对微细粒钨矿物预富集具有较好的细粒钨矿预富集效果。为提高某选厂钨细泥的回收率，常学勇等[26]开展了试验研究，先通过筛分直接抛除细泥尾矿中+74 μm 的部分，后采用LX86型卧式离心选矿机进行粗选，离心选矿机粗选精矿再采用悬振锥面选矿机进行精选获得黑钨精矿。试验获得黑钨精矿品位 WO328.04 %，回收率49.20 %的较好指标，成功实现细泥作业尾矿钨矿物的再回收。试验证明LX86卧式离心选矿机可以抛除大部分该细泥脉石矿物，为精选作业提供合适的入料品位。

离心选矿机发展至今，已成为微细粒矿物分选和回收的重要选矿设备，为矿物资源综合回收利用发挥不可替代的作用。新型离心选矿机应朝设备大型化、精细化、经济化发展，进一步降低分选粒度下限，优化操作与结构参数，提高设备生产适应性和稳定性，未来必将具有更大的发展。

图4 LL-400 离心选矿机结构图[26]Fig.4 Structural diagram of LL-400 centrifugal concentrator

2 离心选矿机在钨矿分选和钨细泥回收的应用

随着钨矿资源的开发，微细复杂难选的低品位钨矿的选别和钨细泥的回收已成为钨选矿行业的研究热点，离心选矿机由于其分选微细粒矿物的有效性，在钨矿重选和细泥回收工艺中已得到广泛的应用[27-28]。从工艺应用现状来看，离心选矿机在复杂难选多金属钨矿中常用于预先分选或粗选；在钨细泥回收工艺中应用更为广泛，通常用于联合工艺的重选，且逐渐成为钨细泥回收的主要重选设备[29]。

2.1 预先及粗选

预先分选是在选别前进行预先富集钨细泥中的有价矿物或预先抛除不利于后续流程的部分矿物，以提高后续作业入选品位或减少有害成分对后续作业的干扰。在离心选矿机应用于钨矿分选的早期，由于离心选矿机分选精度不高但处理量大、回收粒度下限低，在钨细泥回收联合工艺中，常用于预富集或粗选阶段，并主要联合浮选的方法进行精选。周源等[30]对江西某钨矿选厂所产钨细泥进行回收工艺试验研究，采用“浮-重-浮”联合工艺，先浮选脱硫，脱硫细泥采用离心选矿机预富集，离心选矿机粗精矿再经浮选进行精选，得到黑钨精矿 WO3品位38.01 %，回收率64.27 %的良好指标。付广钦等[31]曾针对某黑白钨多金属矿组成复杂且难选问题，进行了黑钨矿分选工艺试验研究，针对矿石性质，用离心选矿机进行预处理，再采用浮选对预处理后矿物进行精选，获得黑钨精矿 WO3品位46.12 %、回收率85.57 %的良好指标。

离心选矿机用于钨细泥预先分选阶段往往表现出良好的效果，可为后续阶段分选提供更适宜的条件。其很少单独应用于钨矿粗选阶段，因为粗精矿难以达到后续精选的指标要求，因此常配合跳汰或摇床等组成粗选作业。

2.2 联合工艺

随着技术及工艺的不断创新改进，离心选矿机在钨细泥回收工艺中的应用越来越广泛。对于钨矿物的选别，浮选法是常用的方法，而对于钨细泥矿物的回收，在工艺上也常用浮选法进行精选。但由于钨细泥成分复杂且粒度极细，颗粒间易黏结团聚，导致浮选效果不佳且药剂用量过大，增大了后续脱药难度和环保压力。由于当前矿山环保的要求更加严格，相比于浮选，离心选矿机的分选更加环保高效，因此离心选矿机推广用于钨细泥回收工艺的精选阶段成为当前的研究趋势。为提高江西某钨选厂次生钨细泥黑钨回收指标，郭玉武等[32]进行了试验研究及工业实践。对比试验多种工艺方案，确定采用强磁选机预富集，不同粒级细泥用摇床、离心选矿机分别分级精选的联合选别流程，替代原有全摇床重选工艺。获得钨精矿WO3品位25.39 %，回收率73.40 %，较原工艺指标有明显提高。

李爱民等[33]针对行洛坑钨矿钨细泥原回收工艺流程复杂、指标不佳等问题进行了工艺优化和技术改造，采用浮选与离心选矿机精选的联合工艺代替原有工艺，钨回收率得到大幅提高，增加了企业经济效益。在对离心选矿机进行精选优化时，采用分级精选的方式，不同粒级分别用不同规格的离心选矿机分选，有效改善了精选效果，且创造性地将SLon离心选矿机用于钨细泥精选，证明了该离心选矿机用于复杂钨细泥精选的有效性。黄云松等[34]采用硫化矿浮选-离心选矿机重选的工艺对某钨细泥中的钨锡进行综合回收，全流程试验流程见图5。选别指标相比原工艺得到提高，证明离心选矿机在黑钨细泥回收中比摇床更具优越性。谭燕葵等[35]对某钨选厂进行细泥重选回收工艺的技术改造，采用离心选矿机+摇床重选工艺代替原有的摇床、绒毯回收工艺，细泥的粗选和精选均采用离心选矿机，部分精选尾矿采用摇床进行复选，整体流程得到简化，钨精矿品位提高了4.27 %，回收率提高了10.36 %。

图5 全流程试验流程[38]Fig.5 The whole process test process

综上可知，由于钨矿资源特性的变化和钨细泥回收工艺研究的深入，离心选矿机的应用也有所变化。在复杂多金属黑钨矿的选别中一般用于预先富集有价矿物及部分抛尾，而在钨细泥回收工艺中有以离心重选为主、浮选为辅的应用趋势，实现钨矿物环保而有效地回收。

3 结 论

（1）离心选矿机作为回收微细粒级矿物的有效、环保好的重选设备，在国内外矿山的应用十分广泛。钨细泥作为如今钨矿行业重要可回收资源，其回收工艺的研究成为现在及今后的热点，离心选矿机的独特优势使其成为钨矿选别及钨细泥回收的重要设备，各类型离心选矿机在钨选矿中得到较为广泛的应用，应用前景良好。

（2）目前钨细泥回收工艺主要是根据矿物特性以重、磁、浮三大选别手段有机联合选别，多为浮-重联合工艺。由于离心选矿机清洁高效的独特优势，近年来在钨细泥回收中逐渐取代摇床和溜槽成为主要重选设备，回收工艺有以离心重选为主、浮选为辅的趋势。随着环保要求日益严格，未来离心选矿机在其他矿物选别中必将具有更大的发展潜力。

（3）利用计算机软件对离心选矿机分选过程进行数值模拟是当前深化其理论体系的重要研究方向，有利于快速优化工艺参数，提高分选效率，加强这方面的研究，对离心选矿机在选矿行业进一步的发展具有重要意义。

（4）加强离心选矿设备的改进优化研究是得到好的选别效果的前提，目前我国离心选矿机的研究取得一定进展，但在某些方面仍亟须突破，如卧式离心选矿机精细化、大型化、连续化以及立式离心选矿机结构参数的改进仍是今后研究的重点和努力的方向，进一步降低回收下限和提高生产适应性也是重要的目标。随着离心重选技术逐渐得到重视，未来离心选矿机将会在选矿行业得到更为广泛的应用。