螺旋选矿设备在钨选矿中的应用研究现状

摘要：介绍了螺旋选矿设备在不同类型钨矿选矿中的应用研究现状，评述了螺旋选矿设备的优缺点，并提出了发展方向，为螺旋选矿设备研制及其在钨矿山的推广应用提供参考。关键词：重选;螺旋选矿设备;钨选矿;浮选中图分类号：TD455+ . 3 文献标志码：A 文章编号：1001-3954(2017)10-0044-06

Research status on application of spiral dressing equipments in tungsten ore beneficiation SHEN Xinchun, GU Jihan, HUANG Yunsong Ganzhou Nonferrous metallurgy Research Institute, Ganzhou 341000, Jiangxi, China Abstract：The paper introduced the research status on application of spiral dressing equipments in beneficiation of various tungsten ore, and narrated their advantages and disadvantages. It also proposed their development direction, which offered reference for the development of spiral dressing equipments and their spread application in tungsten mine. Key Words：gravity separation; spiral dressing equipment; beneficiation of tungsten ore; flotation

作者简介：沈新春，男，1985 年生，硕士，工程师，主要从事选矿技术研究工作。螺旋选矿设备是一种高效的重力选矿设备，其 制造材料由最初的铸铁、废旧汽车轮胎，发展到现在的玻璃钢材料。自 1941 年由美国 Humphreys 发明以来，已在全世界广泛应用，而我国从 20 世纪 60 年代初才开始对螺旋选矿设备进行研究[1]。螺旋选矿设备包括螺旋选矿机和螺旋溜槽 2 种，因螺旋溜槽具有较宽和较平缓的槽面、矿浆里层流流动的区域较大的特点，这使得其更适于处理中细粒级 (-4 mm) 的矿石，并已广泛应用在黑色、有色和稀有金属矿选矿中[2]。螺旋溜槽因功耗低，结构简单，占地面积少，操作简易，选矿稳定，分矿清楚，无运动部件，便于维护管理，单位面积处理量大等特点，特别是在阶段分选、中矿再磨、联合选别新工艺流程中发挥了重要的作用，日益引起人们广泛的注意和重视[3]。在当今环保和节能意识不断增强的环境下，高效、节能、环保、降耗的选矿技术是未来的发展方向，而重选的优势就在于能够有效地处理粗、中粒级及部分细粒级矿物。螺旋选矿设备具有结构简单、实用、生产投资费用低、无污染、节能等优点，促使选矿业重选设备的发展显得尤为重要，特别是螺旋选矿设备的发展[4]。近 30 多年来，在钨矿选矿研究中，螺旋溜槽逐步取代摇床进行粗选或扫选，粗精矿采用摇床精选，克服了摇床的缺点，以期达到同样的技术指标，目前应用于钨矿山的事例相对较少[5];因此，有必要进一步了解螺旋选矿设备在钨矿山中的应用研究现状，对适用于钨矿选矿的螺旋选矿设备的研制及其在钨矿山中推广应用有一定意义。 1 螺旋选矿设备分选原理螺旋选矿设备的结构[6-12]如图 1 所示，主要由给矿槽、产物截取器、接矿槽等组成。溜槽的分选大致分成 3 个阶段：第 1 阶段为分层;第 2 阶段为分带;第 3 阶段是运动达到了平衡。不同密度和粒度的矿粒万方数据第 45 卷 2017 年第 10 期编辑张代瑶分·选 45 沿各自的回转半径，完成了选别过程。矿浆均匀给入螺旋槽，在重力和离心力的作用下，矿浆在槽面上形成了内缘流层薄、流速低的层流流态，而外缘流层厚、流速高的明显紊流流态。同时，还存在着内缘流体与外缘流体间的横向交换，称作二次环流。由于这种环流运动，使得槽内圈出现上升分速度，而外圈出现下降分速度。纵向流动与二次环流的叠加形成了液流的螺旋线状运动。上层液流趋向外缘，下层则趋向内缘。矿浆内固体颗粒既受流体运动特性的支配，同时也受自身重力、惯性离心力和槽底摩擦力的作用。沉降速度大、密度大的重矿物受槽底摩擦力影响，运动速度较低，惯性离心力较小，在重力分力作用下，沿槽面的最大倾斜方向趋向槽的内缘运动;上层密度小的轻矿物颗粒随矿浆一起运动，速度大，惯性离心力大，被甩向槽的外缘。由于运动方向不同，液流在槽面上展开分带，重矿物靠近内圈，轻矿物移向外圈，最外圈为微细粒的矿泥。二次环流不断地将重矿粒沿槽底输送到槽的内缘，同时又将内缘分出的轻矿物向外缘转移，促进分带的发展。最后矿粒运动趋于平衡，分带完成，矿泥也基本被甩到最外缘的边流中。

最终通过分矿阀及截矿槽将精矿、中矿、尾矿及矿泥分别接出，从而实现分选。东北大学高淑玲等人[13]基于 CFD 理论，采用 κ - ε 湍流模型、VOF 多相流模型和离散相耦合等方法，对直径为 300 mm 的螺旋溜槽进行流场和颗粒运动行为的数值模拟，探讨螺旋溜槽流场特征及不同矿物颗粒分选时的行为规律，认为矿物颗粒分离的内因是颗粒的物理性质差异，外因则在于分选空间内的流场特征。矿物颗粒在螺旋溜槽所提供的回转流场中，基于离心惯性力和重力的联合作用做复杂的三维运动，并根据运动差异实现分离。 2 在钨选矿中应用研究现状由于螺旋溜槽[14]具有结构简单、单台设备占地面积小、无传动部件、处理量大、耗电耗水量相对较小等一系列优点，而且有效回收粒级下限与摇床相同，并兼有选别和分级脱泥作用，可节省分级设备和占地面积，选别效果也较好。近年来，螺旋溜槽在钨矿选矿中的应用研究得到了广泛关注。钨矿床[15]可分为石英大脉型、石英细脉型、矽卡岩型和细脉浸染型 4 种工业类型，不同工业类型钨矿床在矿物组成、主要矿物的嵌布粒度和赋存状态及原矿品位等工艺矿物学上有较大差异;因此，螺旋溜槽在不同工业类型的钨矿选矿中的应用也有所差异。 2.1 黑钨矿中应用研究黑钨矿选矿主要采用手选丢废—多级跳汰—多级摇床—中矿再磨—细泥单独处理工艺，其中跳汰早收、摇床丢尾是重选的核心。长期以来，黑钨矿选矿工艺的流程结构基本没有变化，只是一些高效节能的重选设备有所发展[16-17]。螺旋溜槽应用于黑钨矿选矿可提高选厂生产能力和运行成本，主要应用方式为：一是直接将原矿磨至一定细度后利用螺旋溜槽分级丢尾，细粒级单独处理;二是取代摇床处理跳汰尾矿;三是用作钨细泥选别的粗选设备。选矿工作者在黑钨矿的选别工艺中应用螺旋溜槽设备做了不少研究工作。赣州有色冶金研究所李平[14]27-28针对某石英细脉型黑钨矿的工艺矿物学特点，即黑钨矿相占钨总金属量的 95%，而白钨矿和钨华占 5%，并且黑钨矿以中细不均匀浸染状嵌布、粒度偏细、金属含量低、杂质多等特点，分析该黑钨矿不适宜应用手选丢废— 跳汰早收—摇床丢尾的传统选矿工艺，确定将原矿磨至 -0.5 mm，选用螺旋溜槽、SQC- φ700 型湿式强磁选机和脉动高梯度磁选机作为粗选设备进行了对比试验。

研究结果表明：对于含 WO3 0.40% 的原矿，采用螺旋溜槽进行选别，可获得含 WO3 1.58%、回收率为 78.99% 的精矿，尾矿产率为 53.38%、含 WO3 0.066%，金属分布率为 21.01%;采用 SQC- φ 700 型湿式强磁选机进行选别，可获得含 WO3 2.37%、回收率为 81.35% 的精矿，尾矿产率为 84.47%、含 WO3 0.09%，金属分布率为 18.65%;采用脉动高梯度磁选机进行选别，可获得含 WO3 2.78%、回收率为 82.72% 的精矿，尾矿产率为 87.89%、含 WO3 0.08%，金属分布率为 17.28%;采用螺旋溜槽重选或 1 次磁选的粗选尾矿品位均能降至 0.10% 以下，2 种 1. 槽钢机架 2. 分矿斗 3. 给矿槽 4. 螺旋溜槽 5. 产物截取器 6. 接矿槽图 1 螺旋选矿设备的结构 Fig. 1 Entity and structure of spiral dressing equipment 万方数据第 45 卷 2017 年第 10 期编辑张代瑶分·选 46 选别方案获得的选别指标相近;因此，粗选采用螺旋溜槽重选或磁选都有较高的回收率，都可以丢弃大量尾矿。虽然螺旋溜槽与湿式强磁选的选别指标相似，但螺旋溜槽的选矿成本低很多。梁爽等人[18]将俄罗斯某黑钨矿 (矿相占 91.89%) 磨至 -0.90 mm 和 -0.74 mm 2 个磨矿细度，并分成 +0.40 mm、-0.40+0.25 mm、-0.25 mm 3 个粒级进行摇床选别试验;将磨至 -0.90 mm 的磨矿细度分成 -0.90+0.074 mm、-0.074 mm 2 个粒级进行螺旋溜槽选别试验。试验结果表明：仅 -0.40+0.25 mm 粒级采用摇床分选效果最理想，但是达不到拋尾的目的; -0.90+0.074 mm 粒级采用螺旋溜槽抛尾效果较好，损失在尾矿中的钨仅占 3.61%;-0.074 mm 粒级采用螺旋溜槽抛尾效果不好，经摇床和悬振锥面选矿机对比试验，确定采用悬振锥面选矿机处理 -0.074 mm 粒级。从以上结果可知，摇床需要窄粒级选别，而螺旋溜槽可以较宽粒级进行选别，从而达到较好的效果，同时可以大量拋尾，是较好的粗选设备。刘惠中[19]采用 BL1500 型螺旋溜槽对漂塘钨矿跳汰尾矿分别进行了分级与不分级粗选回收钨的半工业试验。试验结果表明：除矿泥外，该设备用于钨矿粗选的拋尾率都可达 80% 以上，且尾矿的 WO3 含量降至 0.04% 以下。随后，采用 BKS15 型螺旋溜槽取代摇床作为跳汰尾矿粗选设备，对一粗一扫丢尾进行现场跳汰尾矿流程改造。改造后，一是节省了 5 台摇床，且实现了螺旋溜槽的无能耗工作，减少了设备占地面积，起到了节能、节水的作用;二是操作维护工作也大为简化，为进一步扩大选厂的处理能力、节能降耗、提高生产效率打下了良好的基础。螺旋溜槽在粗、中、细矿物的分选中应用比较广泛，是最为原始的选矿设备。螺旋溜槽的回收下限粒度能低至 0.03 mm，因此，它适宜于钨细泥的粗选。但钨细泥的性质由于来源不同而差异较大，因此，合理选择螺旋流槽的类型和工艺参数是获得最佳技术经济指标的重要因素[20]。卢继美和曾义根[21] 采用旋转螺旋溜槽和固定螺旋溜槽对某钨矿钨细泥进行选别试验对比研究。结果表明：固定螺旋溜槽选别效果更好，当给矿含 WO3 0.30%，最终可获得钨精矿含 WO3 1.30%、回收率 66.10% 的粗选指标。单国霞[22]采用 BL 型玻璃钢螺旋溜槽对钨细泥粗选尾矿进行扫选试验。结果表明：当给矿含 WO3 0.078%~ 0.088% 时，可获得钨精矿含 WO3 0.27%～0.28%、回收率 60.04%～69.44% 的粗选指标。邹霓等人[23]针对江西某钽铌、钨矿细泥的粗选进行了螺旋溜槽和浮选对比试验研究。结果表明：对含 Ta2O5 和 WO3 分别为 0.0157%、0.149% 的给矿，螺旋溜槽粗选可获得粗精矿含 Ta2O5 和 WO3 分别为 0.42%、5.63%，回收率分别为 25.63%、36.22%;浮选粗选精矿含 Ta2O5 和 WO3 均比螺旋溜槽粗选约高 1 倍，而回收率分别比其高 55 和 45 个百分点。浮选效果比螺旋溜槽重选更好，这主要是因为螺旋溜槽重选的回收粒级下限为 0.03 mm，而试料中 -0.03 mm 粒级 Ta2O5 和 WO3 的金属分布率较高，分别为 74.17%、90.27%。李勇等人[24]采用旋转螺旋溜槽对云南老君山钨矿钨原生矿泥工艺流程进行改造，改造后精矿品位由 65.36% 提高至 66.50%，回收率由 87.85% 提高至 92.57%，同时，节水、节电效果明显，降低了运行成本，经济效益明显。综上可知，螺旋溜槽在黑钨矿中的应用优势明显，可大大节约选矿运行成本;但是，由于其设备本身的缺陷，其回收粒度下限仅为 0.03 mm，这使得部分微细粒钨难以回收。因此，选矿工作者应加强对新型螺旋选矿设备的研制工作，对其距径比进行优化改进，提高其处理量，实现以规模效应来创造效益，同时强化其对细粒级钨的回收，降低其回收粒级下限。 2.2 白钨矿中应用研究白钨矿床钨含量一般较低，应用螺旋溜槽的目的：一是预先丢废，提高选厂生产能力和浮选作业的入选品位，改善浮选效果;二是采用螺旋溜槽可以丢弃大量与白钨矿可浮性相近的含钙脉石矿物，螺旋溜槽精矿用常温浮选法就可直接得到高品位白钨精矿，直接简化了工艺流程;三是利用螺旋溜槽分级的作用，采用螺旋溜槽作为粗选设备进行分级实现泥砂分选，同时丢弃大量尾矿，达到降低选厂运行成本和增加矿山企业经济效益的目的。选矿工作者在白钨矿的选别工艺中应用螺旋溜槽设备做了不少研究工作。云南某钨矿受风化作用的影响，含细泥严重，入选含 WO3 多为 0.30% 以下，造成钨回收率降低，企业效益亏损严重。毕克俊等人[25]通过对某选厂整个流程的工艺考察发现，磨矿过程中产生的过粉碎现象最为严重，这是导致钨回收率偏低的主要原因，提出在磨矿返砂作业后增加 1 台螺旋选矿机进行抛废，防止过粉碎发生，从而达到提高整个工艺流程的回收率和抛掉 31.90% 含 WO3 0.096% 的废石的目的，减少了后续作业的处理量和磨矿成本，使得矿石处理量增加了 59%，极大地提高了选矿厂的生产能力。某含 WO3 1.45% 的中细粒嵌布白钨矿，采用全浮流程的工业试验，可获含 WO3 68.91%、回收率为 82.16% 的白钨精矿[26]。为降低选矿生产成本，特别是当原矿品位降低时，仍可保证选厂有较好的经济效益，张忠汉等人[27]进行了重-浮流程试验研究，确定的原则流程如图 1 所示，对含 WO3 1.47% 的原矿，可获白钨精矿含 WO3 66.58%、回收率为 82.15%。与全浮选流程相比，2 种流程的回收率接近，但重-浮流万方数据第 45 卷 2017 年第 10 期编辑张代瑶分·选 47 程具有 3 大优点：一是重选粗精矿中萤石、方解石、磷灰石等含钙脉石矿物大量减少，脱硫后可用常温浮选法获得高品位白钨精矿，节省了能源损耗;

二是重选先丢弃 74.16% 的尾矿，药剂费用及整体处理费用远较全浮选流程低;三是重选预选丢弃约 4/ 3 的尾矿，大大提高了原矿处理能力。李平[28]针对甘肃某夕卡岩型块状白钨矿进行了螺旋溜槽-摇床泥砂分选和全摇床泥砂分选 2 种流程对比试验，前者获得钨精矿含 WO3 61.92%、回收率为 82.37%，后者获得钨精矿含 WO3 57.50%、回收率为 85.05%。虽然 2 种流程方案获得的技术指标相近，但是采用螺旋溜槽替代摇床可以有效降低选厂运行成本，同时，对新选厂可以降低初期投入成本。陈慧杰等人[29]采用螺旋溜槽抛尾-摇床精选流程回收某矿石中的白钨矿，获得钨精矿含 WO3 52.50%、回收率为 78.01%。螺旋溜槽可以抛掉 36% 的粗粒尾砂，对降低选矿成本、在新疆干旱地区节约用水有重要意义。 2.3 黑白钨共生矿中应用研究黑白钨共生矿[30-32]一般有用矿物种类繁多、嵌布粒度细、共生关系复杂，且富钙、富镁的脉石矿物含量高，属难选矿。目前，该类矿石的工艺流程包括重选-浮选联合工艺、磁选-浮选联合工艺、重选-磁选 -浮选联合工艺和选-冶选联合工艺 4 种原则流程。选矿工作者在黑白钨共生矿的选别工艺中应用螺旋溜槽设备做了不少研究工作，尤其是在重选-浮选联合工艺流程中引入螺旋选矿设备，能简化流程和降低选矿成本，有效提高矿山企业的经济效益。管则皋等人[33]针对某花岗岩细脉型含钼黑、白钨矿的性质特点，制定了一段磨矿、粗粒重选、细泥浮选的重-浮方案。原矿磨至 -0.70 mm 分级入选，-0.70+0.20 mm 粒级采用 GL 型螺旋选矿机-摇床工艺;-0.20+0.04 mm 粒级采用 φ 600 mm 立方抛物线螺旋溜槽-摇床工艺，产生的细泥产品与 -0.04 mm 粒级合并浮选回收钼，浮钼尾矿采用常温粗选、加温精选工艺回收钨。该方案最终可获得重选钨精矿含 WO3 63.54%，回收率为 70.11%;浮选钨精矿含 WO3 35.22%，回收率为 10.48%;合钨精矿含 WO3 57.53%、回收率为 80.59%。重选粗选选厂采用了处理能力大、给矿矿浆质量浓度高、占地面积小、设备本身无运动部件的螺旋选矿机和螺旋溜槽与摇床配套使用，不仅减小了占地面积，同时还简化了工艺流程。李英霞等人[34]针对某石英脉型钼多金属矿的性质特点，将其磨至 -1 mm 后，采用 φ600 mm GL 型螺旋选矿机进行富集，再用摇床精选，当原矿含 WO3 0.601% 时，获得含 WO3 65.02%、回收率为 66.13%的重选钨精矿。螺旋选矿机尾矿采用 0.20 mm 筛拋尾，-0.20 mm 粒级通过浮选回收，可获得含 WO3 65.20%、回收率为 15.47% 的浮选钨精矿。采用重-浮联合流程开展钨回收试验，可获得钨精矿含 WO3 达 65% 以上，回收率为 81.60%，钨得到有效回收。福建宁化行洛坑钨矿[15]137用螺旋选矿设备对 -0.70+0.20 mm 粒级进行粗选，丢弃的尾矿产率达 85.11%、含 WO3 0.031%，尾矿产率达 88.50%、含 WO3 0.05%，丢尾效果十分显著。针对某花岗岩黑白钨石英脉型矿床“黑钨矿和白钨矿嵌布粒度较粗、均匀”特点，文儒景[35]采用 (螺旋选矿设备+摇床) 重选预先富集—粗精矿浮选回收伴生钼铋—浮选尾矿摇床精选—重选尾矿分级丢尾— 筛下细粒级浮选的流程，全流程试验可获得含 WO3 65.10%、回收率为 82.18% 钨精矿。该流程采用粗粒重选、大量抛尾和细粒进行浮选，实现了保证钨精矿产品质量及回收率、避免过粉碎、降低磨矿成本的目的。高玉德等人[36]研究开发了适用于处理我国具有 “品位低、物种多、粒度细部分泥化严重、综合利用率低和有效分选困难等特点”的黑白钨矿资源中钨回收重-浮联合工艺。原矿碎至 -0.60 mm 后，采用高频振动筛和水力旋流器进行筛分分级，-0.60+0.20 mm 和 -0.20+0.038 mm 2 个粒级采用螺旋选矿设备-摇床工艺粗选，粗精矿再磨，-0.038 mm 及螺旋选矿设备溢流采用浮选粗选-离心机精选联合工艺，当原矿含 WO3 0.31% 时，全流程试验可获得粗粒钨精矿含 WO3 58.49%、回收率为 61.93% 及细泥钨精矿含 WO3 26.23%、回收率为 15.02% 的工业试验结果，钨总回收率为 76.95%。解决了粗细粒不均匀嵌布复杂难选黑白钨矿回收技术难题。 2.4 尾矿综合回收钨中应用尾矿资源[37]综合回收钨具有较大的社会效益，图 2 钨回收原则流程 Fig. 2 Flowsheet of tungsten recovery principle 万方数据第 45 卷 2017 年第 10 期编辑张代瑶分·选 48 但是，尾矿中 WO3 的含量一般都比较低，如果采用单一浮选法，直接从浮选尾矿中回收钨矿，经济上肯定不合理;如果用重选预先富集，浮选精选或重选精选，有效降低基建投资和生产成本，可以获得较好的经济效益。永平铜矿选铜硫的尾矿含 WO3 0.06%，王国英[38] 利用螺旋溜槽抛弃 90% 以上的尾矿，用强磁选排除石榴子石，把 WO3 的含量提高至 0.234%，从而有利于下步重选和浮选，使白钨矿回收成本大大降低。某铜矿铜硫尾矿含 WO3 0.061%，熊新兴[39]通过多种流程方案对比，确定采用螺旋溜槽-离心选矿机 (试料不脱泥直接入螺旋溜槽，螺旋溜槽的溢流用离心选矿机选别)，获得含 WO3 0.242%、回收率为 41.4% 的钨粗精矿。路永森等人[40]采用“螺旋溜槽预富集-富集粗精矿再磨浮选”的工艺方案回收福建某钨选厂尾矿中的钨矿物，可获得含 WO3 30.45%、回收率 52.17%的钨精矿，实现了尾矿中钨矿物的有效回收。钟国建等人[41]对 WO3 含量为 0.11%、硫含量为 7.51% 的广东省某铜硫尾矿，钨粗选采用 LP900 型螺旋溜槽重选设备，通过粗选—扫选—中矿再选钨粗选重选试验流程，所获得钨粗精矿再通过脱硫浮选、摇床重选再次富集钨后，最终获得含 WO3 32.16%、回收率为 30.29%的钨粗精矿;同时综合回收产率为 9.38%、S 含量为 45.89%、回收率为 57.28% 的合格硫精矿。 3 展望螺旋选矿设备是出现比较早的重选选矿设备，但是其在钨选矿中的应用起步较晚。近年来，螺旋溜槽在较多钨矿山得到了广泛的应用，并且越来越受到关注和重视，但是没有专门为钨矿选别而设计的螺旋选矿设备。综上所述，螺旋选矿设备要在钨矿中广泛应用，还需从螺旋选矿设备的直径、螺距、横断面形状、圈数、溜槽铺面及辅助设施等方面进行优化改造，主要体现以下几个方面： (1) 对螺旋选矿设备的距径比进行优化改进，提高其处理量，实现以规模效应来创造效益，同时强化其对细粒级钨的回收，降低其回收粒级下限; (2) 对螺旋选矿设备槽面材料进行优化改进，提高槽面耐磨性，延长其使用寿命; (3) 对螺旋选矿设备横断面形状进行优化改进，钨矿密度大，流速太慢不利于确定较适宜钨选矿的横向倾角，或者根据不同矿石嵌布粒度特征选择不同的横向倾角，提高钨的回收效果; (4) 对于细粒级钨的回收，槽面性质对选别效果影响较大，可以从槽面材质选择和矿浆调浆改善其对细粒级钨的回收，甚至降低其回收粒级下限; (5) 强化辅助设施的完善，增强螺旋选矿设备的自动化水平，如增加自动清洗装置，给矿矿浆质量浓度控制装置等; (6) 强化螺旋选矿设备应用于钨选矿中的分选机理研究，指导螺旋选矿设备参数优化; (7) 强化联合工艺流程在钨选矿中应用研究工作。

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