重介質(zhì)選礦技術(shù)在處理有色金屬礦和非金屬礦的研究現(xiàn)狀及展望

湯優(yōu)優(yōu)，喻連香，陳雄

（廣東省科學院資源綜合利用研究所，稀有金屬分離與綜合利用國家重點實驗室，廣東省礦產(chǎn)資源開發(fā)和綜合利用重點實驗室，廣東 廣州 510650）

重介質(zhì)選礦技術(shù)在上個世紀20年代初期，從煤中分選出頁巖獲得成功之后，不斷得到發(fā)展。國內(nèi)重介質(zhì)選礦技術(shù)在煤礦選煤領(lǐng)域發(fā)展很快，日趨成熟；重介質(zhì)選煤技術(shù)因具有原煤適應(yīng)性強、入選粒度寬、分選效率高、處理能力大、工藝設(shè)備簡單等優(yōu)點，已成為了當前廣泛運用的主導選煤、高效選煤的方法，在我國各物理方法選煤中所占比例逐漸增大，所占比重已超過60%[1-3]。

隨著礦產(chǎn)資源的大量開發(fā)和利用礦石日益貧化以及環(huán)保要求的提高，為了緩解低品位礦產(chǎn)資源開發(fā)利用普遍面臨的環(huán)境和能源問題，礦石預(yù)選工藝已越來越受到選礦界的重視。重介質(zhì)選礦技術(shù)具有分選精度高、選別粒度范圍較大、在預(yù)選中丟棄廢石的效率高、分選過程無污水等優(yōu)點，是綠色、環(huán)保、高效的預(yù)選手段之一，在有色金屬礦選礦和非金屬礦選礦中的應(yīng)用逐漸增多[4-5]。

國內(nèi)科技工作者在該方面做了較多的研究工作，并且取得了實際的研究成果。本文先對重介質(zhì)選礦技術(shù)進行概述，再分別從重介質(zhì)選礦技術(shù)在有色金屬礦以及非金屬礦方向研究成果及工業(yè)應(yīng)用情況進行論述，為我國重介質(zhì)選礦技術(shù)在處理有色金屬礦以及非金屬礦領(lǐng)域提供參考。

1 重介質(zhì)選礦技術(shù)概述

重介質(zhì)選礦是指在密度大于1000 kg/m3的介質(zhì)使礦粒按密度分離的選礦過程，按阿基米得原理進行的，即利用浮沉原理使不同比重的礦物在直流體或兩相流體中互相分離。重介質(zhì)的密度介于小密度礦物和大密度礦物之間，密度小的礦物在其中浮起，密度大的礦物下沉，以達分選的目的。

重介質(zhì)有重液與重懸浮液之分；重液是一些密度高的有機液體或無機鹽類的水溶液，是均質(zhì)液體，如氯化鋅的水溶液、三溴甲烷、四溴乙烷、杜列液、克列里奇液等；重液均價格昂貴、有毒、有腐蝕作用且不易回收，只在實驗室中作重力分析或分離礦物時使用。重懸浮液是由密度大的固體微粒分散在水中構(gòu)成的非均質(zhì)兩相介質(zhì)；高密度固體微粒稱為加重質(zhì)，粒度一般為-0.074 mm 60% ～ 80%，如硅鐵、磁鐵礦、黃鐵礦等，具有價廉、無毒等優(yōu)點，在工業(yè)上得以廣泛應(yīng)用；常用加重質(zhì)的性質(zhì)見表1。目前所說的重介質(zhì)選礦，實際上就是重懸浮液選礦。

表1 選礦常用的加重質(zhì)的性質(zhì)Tale 1 Nature of aggravating quality commonly used in mieral processing

重介質(zhì)選礦設(shè)備有動態(tài)式和靜態(tài)式兩類。動態(tài)式的有重介質(zhì)振動溜槽、重介質(zhì)旋流器及重介質(zhì)渦流分選器等；靜態(tài)式的有鼓形分選機、圓錐形分選機、角錐形分選機、淺槽形分選機及圓筒形分選機等。

選礦方面工業(yè)應(yīng)用中重介質(zhì)選礦設(shè)備主要為重介質(zhì)旋流器，其類型有兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器、兩產(chǎn)品雙錐重介質(zhì)旋流器、兩產(chǎn)品筒型重介質(zhì)旋流器以及無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器等。礦石連同重介質(zhì)懸浮液一起在一定的壓力下沿切線方向給入旋流器內(nèi)，在旋流器內(nèi)作高速回轉(zhuǎn)運動，借助離心力加速分離過程；重介質(zhì)懸浮液在旋流器內(nèi)有向周邊濃集的趨向，其實際的分離密度要比給入的重介質(zhì)懸浮液密度大。

2 處理有色金屬礦方面

低品位有色金屬礦石資源的開發(fā)，大量尾礦的產(chǎn)生制約著礦業(yè)企業(yè)的發(fā)展。因此，對有色金屬貧礦石的開發(fā)，從綠色、節(jié)能礦山建設(shè)的角度出發(fā)，采用重介質(zhì)選礦技術(shù)進行預(yù)選拋尾具有一定的現(xiàn)實意義，粗粒級廢石可作為井下重填骨料或者建材骨料利用，減少尾礦量，延長尾礦庫的服務(wù)年限。國內(nèi)科技工作者采用重介質(zhì)選礦技術(shù)在有色金屬礦預(yù)選方面進行許多研究工作，主要集中在處理鉛鋅礦、鎢、錫、銻礦等方面。本文分別從重介質(zhì)選礦技術(shù)在處理鉛鋅礦和鎢、銻礦方面的研究進行論述。

2.1 鉛鋅礦分選

硫化鉛鋅礦中主要金屬礦物為方鉛礦（密度為7.4 ～ 7.6 g/cm3）、閃鋅礦（密度為3.5 ～ 4.2 g/cm3）和黃鐵礦（密度為5.1 g/cm3），其密度在之3.5 ～7.6 g/cm3之間，而大部分脈石礦物密度為2.6 ～2.8 g/cm3，金屬礦物與脈石礦物間較大的密度差異是利用重介質(zhì)技術(shù)分離的先決條件。

當?shù)推肺涣蚧U鋅礦石中的有用礦物為集合體嵌布，在中碎后即有大量單體脈石產(chǎn)出，可通過重介質(zhì)選礦將其預(yù)先拋尾，使之不在進入磨礦作業(yè)，降低選礦成本、節(jié)約能耗、提高入選品位。呂超[6]在選別四川某鉛鋅礦石時，先將礦石破碎至-13 mm，針對其中1 ～ 13 mm粗顆粒通過重介質(zhì)旋流器分選工藝進行預(yù)選，預(yù)先尾礦產(chǎn)率達到39.38%，含Pb 0.11%、Zn 0.97%，鉛、鋅損失率分別9.54%、2.68%；預(yù)選精礦鋅、鉛品位富集近1.8倍；最終通過重介質(zhì)預(yù)選－浮選聯(lián)合流程，獲得合格的鉛、鋅精礦，鉛、鋅回收率指標良好。龍衛(wèi)剛等[7]對云南某低品位鉛鋅礦進行了重介質(zhì)選礦擴大實驗研究，實驗將原礦破碎至-20 mm，針對其中1 ～ 20 mm粗顆粒部分采用Φ500雙錐重介質(zhì)旋流器進行半工業(yè)預(yù)選實驗；當添加硅鐵粉配制的重懸浮液比重為2.2時，預(yù)選精礦鋅、鉛品位富集近2.1倍；預(yù)選尾礦產(chǎn)率為49.19%，鉛品位為0.34%、損失率為5.68%，鋅品位為0.19%、損失率為10.78%；該低品位鉛鋅礦石采用雙錐重介質(zhì)旋流器預(yù)選拋尾工藝技術(shù)可行，為其開發(fā)利用提供新的技術(shù)支撐。

內(nèi)蒙古某低品位鉛鋅礦中含Pb+Zn品位為1.22%，為提高入選品位、提前拋尾，張維佳等[8]選用四溴甲烷作為重介質(zhì)，針對破碎到-20 mm粗顆粒部分的不同粒級進行重液浮沉實驗，發(fā)現(xiàn)粗粒級礦石對重介質(zhì)比重變化更敏感；當重介質(zhì)比重為2.71時，重產(chǎn)品精礦的鉛+鋅品位提高了近2倍，鉛、鋅回收率均達到82%以上。羅新民[9]等人對某含Pb 1.31%、Zn 2.03%的低品位鉛鋅礦進行了詳細重介質(zhì)旋流器分選條件實驗以及半工業(yè)實驗；實驗加重劑選用黃鐵礦，分選設(shè)備采用Φ250 mm兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器，針對重介質(zhì)旋流器溢流管插入深度、錐角、角錐比、介質(zhì)濃度、礦介比進行詳細條件實驗研究，確定半工業(yè)實驗參數(shù)條件；半工業(yè)實驗重懸浮液比重為2.5時，拋廢尾礦產(chǎn)率為26.21%，鉛、鋅作業(yè)損失率均小于3%，說明該低品位鉛鋅礦適宜采用重介質(zhì)旋流器進行預(yù)選拋廢。

同樣，氧化鉛鋅礦中白鉛礦（密度為6.4 ～6.6 g/cm3）和菱鋅礦（密度為3.9 ～ 4.2 g/cm3）的密度與脈石礦物也存在較大差異，有科研人員采用重介質(zhì)選礦技術(shù)對其進行分選，并取得了良好的分選效果；蔣明華[10]針對蘭坪氧化鉛鋅礦的砂巖、灰?guī)r樣品分別進行重介質(zhì)浮沉分離實驗，灰?guī)r可獲得較好的選別指標，而砂巖的選別指標較差；灰?guī)r原礦含Zn 11.27%，破碎至-20 mm，其中-20+0.5 mm粒級進入重介質(zhì)選別，+2.90的比重條件下可得到精礦產(chǎn)品Zn品位為20.88%，回收率56.36%。黃云峰[11]將蘭坪氧化鉛鋅礦采用一段一閉路碎礦、三段洗礦的碎洗系統(tǒng)處理后，選用磁鐵礦精礦作為加重劑，介質(zhì)比重在2.1 ～ 2.3之間，通過Φ500 mm雙錐重介質(zhì)旋流器分選得到重產(chǎn)品，可供冶煉直接使用，且回收率在50%以上，作業(yè)回收率超過90%。

2.2 鎢、銻礦分選

有色金屬礦物中白鎢礦（密度為4.5 ～ 5.0 g/cm3）、黑鎢礦（密度為6.7 ～ 7.5 g/cm3）、錫石（密度為6.8 ～7.1 g/cm3）、輝銻礦（密度為4.5 ～ 4.6 g/cm3）的密度均超過4.5 g/m3，與脈石礦物的密度存在較大差異，有利于重介質(zhì)預(yù)選分離。

貧雜難選礦石如不均勻嵌布的鎢礦、錫礦和銻礦等，在破碎過程容易與脈石解離或者采礦過程混雜的較多圍巖脈石，可采用重介質(zhì)選礦技術(shù)進行預(yù)選拋尾，提高入選品位，減少入磨量。針對某矽卡巖接觸交代鎢礦床預(yù)選拋尾，周峰等[12]對比了重介質(zhì)預(yù)選工藝和輻射分選工藝，其中重介質(zhì)預(yù)選工藝，將含WO3品位為0.41%的原礦中-70+6 mm粒級礦石采用筒式重介質(zhì)分選機的進行預(yù)選拋尾，在重懸浮液比重為2.70時，拋尾輕礦物的作業(yè)產(chǎn)率為60.90%，WO3品位為0.032%，作業(yè)回收率的損失為8.50%，此時得到的重礦物WO3品位為0.597%，較原礦提高近2.5倍，其中方解石的含量大大減少，降低方解石對后續(xù)鎢浮選作業(yè)的干擾。云南木利銻礦是我國儲量較大的硫氧混合銻礦，采用重介質(zhì)旋流預(yù)選-跳汰重選-礦泥浮選的聯(lián)合流程；劉啟生[13]介紹了該銻礦山于1983年采用Φ500 mm重介質(zhì)雙錐旋流器預(yù)選3 ～ 13 mm的破碎產(chǎn)品，丟廢率達54.4%，重介質(zhì)旋流器預(yù)選工藝沿用到現(xiàn)在，工業(yè)應(yīng)用效果良好。

目前，我國重介質(zhì)預(yù)選分選技術(shù)在有色金屬分選方面工業(yè)應(yīng)用并不太廣泛。但該項技術(shù)在國外銅、鉛、鋅、鎢等金屬礦石分選上已有較多的應(yīng)用實例，例如哈薩克斯坦鉛鋅礦預(yù)選、玻利維亞鎢錫礦預(yù)選、危地馬拉白鎢礦預(yù)選、澳大利亞錫礦預(yù)選等。

3 處理非金屬礦方面

重介質(zhì)選礦技術(shù)應(yīng)用于非金屬礦物選別愈來愈廣泛，特別在處理磷礦、鋰輝石、螢石、重晶石等非金屬礦石方面工業(yè)應(yīng)用較多。

3.1 磷礦分選

磷礦中主要的磷礦物為磷灰石，其密度為3.18 ～3.21 g/cm3，脈石礦物主要為白云石其密度為2.8 ～2.9 g/cm3；磷灰石和白云石之間密度差較小，采用重介質(zhì)分離時需精準控制分離密度。

隨著在煤用無壓給料三產(chǎn)品旋流器及分選工藝的基礎(chǔ)上研制的磷礦用無壓給料三產(chǎn)品重介旋流器在湖北宜昌磷礦分選成功應(yīng)用，為重介質(zhì)選礦技術(shù)在選磷提供了理論和實踐可行的分選工藝及設(shè)備[14]；該工藝逐步采用磁鐵礦粉作為加重劑，大大降低介質(zhì)損耗成本。2006年至2012年間，綠陵集團60萬t/a、宜昌廣原鑫寧30萬t/a、宜昌寶石山60萬t/a、宜昌興發(fā)60萬t/a規(guī)模的重介質(zhì)磷礦選礦廠相繼投入生產(chǎn)運營。重介質(zhì)選礦技術(shù)在磷礦分選技術(shù)成功應(yīng)用，為我國規(guī)模處理、綠色、節(jié)能、高效開發(fā)中低品位磷礦資源奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

湖北宜昌夷陵區(qū)北部磷礦屬于大型海相沉積磷塊巖礦床，趙忠花[15]采用預(yù)先脫泥-重介質(zhì)分選工藝方案實驗結(jié)果作為年處理規(guī)模60萬t選礦廠設(shè)計依據(jù)。該實驗方案采用重介質(zhì)旋流器實驗處理磷礦石P2O5品位為20.62%，當重懸浮液密度為2.49 g/cm3條件下，通過旋流器分選可獲得磷精礦P2O5品位為28.83%。羅惠華等[16-17]在選別湖北宜昌含P2O5品位21.08%的低品位膠磷礦時，發(fā)現(xiàn)將低品位膠磷礦破碎后，磷礦物會在細粒級部分富集，-8 mm部分細粒級P2O5品位達到24%，具備商品價值，直接作為產(chǎn)品；+8 mm部分粗粒級進入重介質(zhì)分選，得到磷精礦P2O5品位為28.44%，尾礦P2O5品位僅為9.30%，綜合回收率達到83.63%，通過該篩分分級微差密度重介質(zhì)分選工藝處理低品位膠磷礦較傳統(tǒng)兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器工藝，綜合回收率提高了15.08%。魏祥松[18]針對湖北宜昌花果樹礦區(qū)磷礦進行重介質(zhì)選礦研究以及工業(yè)應(yīng)用介紹，通過重液浮沉實驗發(fā)現(xiàn)，當原礦P2O5品位23.80%，0.5 ～ 15 mm粒級部分磷礦石通過比重2.89的重液浮沉，得到磷精礦產(chǎn)率73.97%，P2O5品位30.79%，回收率87.61%；工業(yè)應(yīng)用中，原礦僅三段一閉路破碎至-17 mm，然后全粒級進入重介質(zhì)無壓給料三產(chǎn)品旋流器進行分選，可獲得磷精礦產(chǎn)率65.65%，P2O5品位30.64%，回收率85.60%。針對湖北省某條帶狀和塊狀中低品位膠磷礦開發(fā)利用，劉爽等[19]在原礦-25 mm的粒度條件下，進行了重液浮沉實驗；當重液比重為2.92時，可得到磷精礦P2O5品位為33.48%的，MgO含量為1.46%，符合產(chǎn)品質(zhì)量要求，具有實際應(yīng)用的可行性。

3.2 鋰輝石分選

由于鋰輝石密度為3.0 ～ 3.2 g/cm3，大部分脈石礦物長石、石英和云母的密度為2.6 ～ 2.8 g/cm3，鋰輝石與脈石礦物之間較大的密度差異為重介質(zhì)分選提供有利條件。鋰輝石礦采用重介質(zhì)法可在礦石破碎后的粗粒級條件下進行分選，較傳統(tǒng)的浮選法，具有投資少、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品有利于后續(xù)鋰鹽提取和加工的特點。重介質(zhì)選礦法在鋰輝石選礦領(lǐng)域已在國內(nèi)得到工業(yè)應(yīng)用，如四川阿壩州某鋰輝石礦選礦廠和新疆福?？h某鋰輝石重介質(zhì)選礦廠等[20]。

為降低某低品位偉晶巖型鋰輝石選礦生產(chǎn)成本，劉廣學等[21]針對礦石中Li2O含量僅為0.69%的鋰輝石礦，將礦石破碎至-4 mm，其中0.5 ～4 mm礦石進行重液浮沉實驗，在密度為2.89 g/cm3的重液中獲得了Li2O品位為5.71%、回收率為63.82%的精礦，拋棄產(chǎn)率達到67%的粗粒尾礦。梁雪峰等[22]針對某Li2O品位為1.24%的鋰輝石礦進行了重介質(zhì)選礦連續(xù)擴大實驗，加重劑選用磁鐵粉，分選設(shè)備采用兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器，通過兩段重介質(zhì)選礦作業(yè)，一段粗選和二段掃選重懸浮液比重分別為2.5和2.25，二段掃選作業(yè)精礦返回到一段粗選作業(yè)給礦形成閉路循環(huán)，經(jīng)兩段重介質(zhì)選礦得到精礦產(chǎn)品Li2O品位為5.78%，回收率為85.56%，尾礦Li2O品位為0.23%。陶家榮[23]對四川某特大型鋰輝石礦進行了重介質(zhì)選礦工業(yè)實驗，原礦Li2O品位為3.18%，工業(yè)實驗采用10 t/h重介質(zhì)系統(tǒng)，當入選粒度為-16 +1 mm，重懸浮液比重為2.95 ～ 3.00時，得到粗選精礦Li2O品位5.44 %，回收率為88.77%，粗選精礦在相同重介質(zhì)比重條件下進一步精選后，最終得到精礦品位達到6.46%，總回收率可達84.97 %；朱從杰等[24]采用雙錐重介質(zhì)旋流器分選甘孜州某鋰輝石，加重劑采用磁鐵礦粉，重懸浮液比重為2.5時，1 t規(guī)模擴大實驗從Li2O品位2.105%的原礦中得到鋰精礦Li2O品位為6.51%，回收率為57.46%。

3.3 螢石、重晶石分選

螢石主要成分為氟化鈣，是提取氟的重要礦物，密度為3.0 ～ 3.3 g/cm3；重晶石主要成分硫酸鋇，是制取鋇和鋇化物的重要工業(yè)礦物原料，密度為4.0 ～4.6 g/cm3；因此，螢石和重晶石與脈石礦物之間較大的密度差異為重介質(zhì)分選提供有利條件。

賈凱以0.25 ～ 1 mm粒級的細粒螢石作為研究對象，在入料壓力為0.06 MPa，細粒螢石濃度為50 g/L，利用75 mm內(nèi)徑的重介旋流器對其進行拋尾實驗，通過正交實驗探究了重介質(zhì)旋流器底流口直徑和溢流中心管內(nèi)徑、加重質(zhì)粒度、懸浮液比重四個因素的影響；當重懸浮液比重為2.10時，溢流產(chǎn)率為15.85%，溢流CaF2品位為10.45%。鄧湘湘[25]敘述了螢石重介質(zhì)選礦研究，介紹了浙江東風螢石公司采用國內(nèi)自主研制三產(chǎn)品重介質(zhì)渦流旋流器處理低品位螢石礦，礦石CaF2品位從40%提高到55%，拋廢產(chǎn)品產(chǎn)率達到30%，其中螢石損失率僅為為6%～ 7%。國外意大利某選礦廠以及德國沃爾法齊選礦廠均成功應(yīng)用三產(chǎn)品渦流分選設(shè)備處理螢石礦，前者可獲得CaF291.8%、回收率為90%的螢石精礦，后者分選后，拋廢產(chǎn)品產(chǎn)率達到36.2%，其中螢石含量僅為6.75%。

重晶石重介質(zhì)選別方面，孫開敏等公開了一種重晶石的重介質(zhì)選礦方法，將原礦經(jīng)研磨過篩，篩上粗顆粒采用三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器進行分選，重介質(zhì)懸浮液的密度介于2.65 ～ 2.78 g/cm3，最終通過不同的出料口得到不同比重產(chǎn)品，可預(yù)先拋棄30% ～ 70%的尾礦。胡小京等公開了采用淺槽分選機的分離螢石與重晶石的重介質(zhì)選礦工藝，將原礦破碎分級，篩上產(chǎn)物給入淺槽分選機，螢石-重晶石礦物在淺槽分選機中重介質(zhì)懸浮液的上升流及水平流作用下，螢石浮于介質(zhì)表面，隨水平流從輕礦物排礦口排出，重晶石為重礦物沉于淺槽分選機底部，由鏈條帶動的刮板刮出，使得輕重產(chǎn)物獲得分離。

重介質(zhì)選礦技術(shù)除在上述非金屬礦種進行研究及工業(yè)應(yīng)用外，還有在處理紅柱石、金剛石、綠寶石、鋁土礦等非金屬礦的研究及應(yīng)用方面見有報道。

本文對上述半工業(yè)實驗或已工業(yè)應(yīng)用的研究成果進行了歸集總結(jié)，各礦石重介質(zhì)分選技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 各礦石重介質(zhì)分選技術(shù)參數(shù)Table 2 Technical parameters of heavy medium separation for each ore

4 結(jié)論與展望

(1)隨著環(huán)保要求的提高以及尾礦堆存安全問題日益突出，預(yù)選工藝是當前低品位礦石開發(fā)利用的重要手段；預(yù)選工藝中重介質(zhì)預(yù)選工藝和X射線預(yù)選工藝均具有高效、節(jié)能、環(huán)保的技術(shù)優(yōu)勢，是當前低品位礦石開發(fā)利用的研究熱點。重介質(zhì)選礦技術(shù)具有單臺設(shè)備價格便宜、處理能力大、拋廢率高和分選精度高等優(yōu)點，但占地面積、流程較為復(fù)雜；X射線預(yù)選工藝具有自動化程度高、流程簡單、占地面積小等優(yōu)點，但設(shè)備價格貴、細粒級（1 ～ 10 mm范圍）分選效率較低[26]。兩種預(yù)選工藝各有各的特點，將在未來低品位礦石開發(fā)利用預(yù)選作業(yè)方面得到廣闊的發(fā)展和應(yīng)用。

(2)在重介質(zhì)選礦技術(shù)在處理有色金屬礦和非金屬礦方面應(yīng)用發(fā)展過程中應(yīng)加強適用于低品位礦石分選的重介質(zhì)旋流器研發(fā)，強化離心力場，降低礦物分選時重懸浮液比重要求，發(fā)展重介質(zhì)懸浮液自動化、精細化控制技術(shù)，實現(xiàn)較低重懸浮液比重條件下分選；加強價廉、源廣的加重劑研發(fā)，降低運行成本，增強重介質(zhì)選礦工藝的技術(shù)優(yōu)勢。