選礦船舶用集成式重介質(zhì)選礦機(jī)組淺析*

劉燁河，唐貴青，劉福峰

（1廣州市盾建地下工程有限公司，廣東 廣州510030；2廣東安成安防技術(shù)有限公司，廣東 廣州510000；3湖南有色金屬職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 株洲412000）

1 前言

發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)非常依賴礦產(chǎn)資源，能源原料95%以上、工業(yè)原材料80%以上來自于礦產(chǎn)資源［1-2］，不可再生的礦產(chǎn)資源是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國(guó)民經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。據(jù)報(bào)道，世界上96%的鋯石、30%的鈦鐵礦、96%以上的金紅石、80%的獨(dú)居石和75%的錫石在海濱砂礦中產(chǎn)出［3］。礦業(yè)開發(fā)先進(jìn)的國(guó)家，已經(jīng)廣泛應(yīng)用重介質(zhì)選礦技術(shù)和裝備。集成式重介質(zhì)選礦機(jī)組（以下簡(jiǎn)稱IDMS），除了廣泛應(yīng)用于陸地選礦，還廣泛應(yīng)用于海洋、水下礦床的開發(fā)選礦上。

中國(guó)船舶選礦技術(shù)和裝備發(fā)展很快，但起步較晚；中國(guó)的選礦科研院所對(duì)浮選投入最大，其次是磁選，在重選方面關(guān)注度少，尤其是在有色金屬礦選這方面，基本沒有重介質(zhì)選礦的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。中國(guó)工程機(jī)械的發(fā)展為采掘海洋礦產(chǎn)資源提供了便利，發(fā)展海洋（水）選礦船舶成為當(dāng)務(wù)之急。

2 選礦船舶的選礦技術(shù)特點(diǎn)

船舶上選礦與陸地選礦對(duì)選礦設(shè)備和工藝技術(shù)有不同要求。選礦船舶上的選礦設(shè)備、工藝必須具備如下特點(diǎn)：生產(chǎn)成本低、大處理量、綠色清潔、操作維護(hù)簡(jiǎn)單、高效選礦、預(yù)先拋尾效果好［4-5］、選礦設(shè)備集成化程度高、易于自動(dòng)化控制、抗晃振動(dòng)性能好等要求，特別需要單位面積單位空間處理礦石量大，設(shè)備集成化。

常規(guī)重選具有成本小、綠色環(huán)保等特點(diǎn)；但單機(jī)處理量小，占地面積大，不便于自動(dòng)化控制，在水中或海上，隨風(fēng)浪的影響，船體搖晃難免會(huì)影響選礦效果。比如溜槽選礦機(jī)、搖床選礦機(jī)、圓錐選礦機(jī)、跳汰選礦機(jī)等的礦石流都是處于一種常規(guī)大氣壓中開放性地流動(dòng)，或加上設(shè)備規(guī)則運(yùn)動(dòng)，達(dá)到礦石分離效果；因此，如果選礦設(shè)備本身產(chǎn)生不符合選礦原理的晃動(dòng)或振動(dòng)，會(huì)嚴(yán)重影響選礦。浮選是現(xiàn)在普遍采用的選礦方法，但它要求全礦磨礦，設(shè)備投資和占地都較大，浮選成本高；并且浮選要使用選礦藥劑，在選礦船上廢水無法無害化處理，不利于環(huán)保。隨著礦石中有用礦物的品位越來越貧瘠，全礦浮選將難以為繼，這些制約了浮選上選礦船。

重介質(zhì)選礦技術(shù)是常規(guī)重選的提高和發(fā)展，常規(guī)重介質(zhì)選礦相比常規(guī)重選的選礦效果要好。現(xiàn)在陸地資源選礦，由于常規(guī)重介質(zhì)選礦設(shè)備、生產(chǎn)管理過于復(fù)雜，目前只有選煤已經(jīng)廣泛應(yīng)用了重介質(zhì)選礦技術(shù)，其他金屬與非金屬礦還未有效地應(yīng)用重介質(zhì)選礦。集成式重介質(zhì)選礦機(jī)組（IDMS）把常規(guī)重介質(zhì)選礦的一系列設(shè)備集成為一個(gè)整體，雖然其選礦原理和常規(guī)重介質(zhì)選礦相同，但它克服了常規(guī)重介質(zhì)選礦系統(tǒng)的弱點(diǎn)。IDMS將會(huì)在船選領(lǐng)域大有作為。

3 集成式重介質(zhì)選礦機(jī)組介紹

3.1 IDMS流程結(jié)構(gòu)及設(shè)備架構(gòu)

IDMS的工藝流程包括：礦石輸入與預(yù)處理系統(tǒng)、混料系統(tǒng)、分選系統(tǒng)、介質(zhì)回收系統(tǒng)、介質(zhì)調(diào)制與儲(chǔ)存系統(tǒng)、排礦系統(tǒng)、廢水系統(tǒng)等，如圖1所示；設(shè)備架構(gòu)分為兩層，如圖2所示。

3.2 IDMS選礦原理

1）IDMS的選礦原理與常規(guī)重介質(zhì)選礦原理相同。都是應(yīng)用了阿基米德浮力定理，根據(jù)礦石密度差異來分選輕密度礦物和重密度礦物。

圖1 IDMS工藝流程結(jié)構(gòu)

圖2 IDMS設(shè)備架構(gòu)

2）重介質(zhì)選礦是常規(guī)重力選礦的技術(shù)升級(jí)，它在分離原理上與常規(guī)重力選礦有所不同，直觀表現(xiàn)在其分離介質(zhì)不是單純以水為分選介質(zhì)，介質(zhì)的密度發(fā)生了變化。通常評(píng)價(jià)礦石是否可采用重選，是根據(jù)礦石重選可選性公式E=（δ重-δ介）/（δ輕-δ介）。在一個(gè)礦山中所采出來的礦石中δ輕、δ重相對(duì)固定，決定E的大小是δ介，通過人為控制分離介質(zhì)δ介的大小，就能調(diào)整礦石重選的可選性效果。重選可選性難易程度見表1。在δ輕與δ重差別不多的礦石中，調(diào)高δ介值，E值會(huì)提高，重選礦石可選性會(huì)改善。

表1 礦石重選可選性難易程度

3.3 IDMS技術(shù)特征

3.3.1 IDMS兼顧了常規(guī)重力選礦優(yōu)點(diǎn)

綠色環(huán)保不添加任何化學(xué)藥劑、符合多碎少磨選礦原則，節(jié)省成本。IDMS克服了重力選礦設(shè)備處理量小、占地面積多、基建投資大、自動(dòng)化難、回收率不高、選礦效果抗晃振動(dòng)性能差等缺點(diǎn)。

3.3.2 IDMS兼顧了常規(guī)重介質(zhì)選礦優(yōu)點(diǎn)

1）礦石中有用礦物與脈石礦物之間密度差不明顯的條件下，IDMS重選可選性得到了提高；這種礦石在常規(guī)重選條件時(shí)其重選可選性小，分離難度大。2）實(shí)現(xiàn)寬粒級(jí)選礦。基于礦粒沉降理論，常規(guī)重力選礦時(shí)，必須把礦石嚴(yán)格按粒度分級(jí)；但重介質(zhì)選礦不同，實(shí)現(xiàn)了寬級(jí)別分選礦石。目前國(guó)外IDMS分選礦石的粒級(jí)做到了30 mm上限。3）選礦效果好，回收率高，富集比大，對(duì)于低品位礦具有較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)。比如分選金剛石礦回收率達(dá)到95%。4）與搖床、跳汰、螺旋等選礦設(shè)備相比，其處理量大得多。

3.3.3 克服了常規(guī)重介質(zhì)選礦缺點(diǎn)

IDMS大幅壓縮了基建投資，選礦系統(tǒng)得到了簡(jiǎn)單化和集成化，操作維護(hù)簡(jiǎn)單，便于自動(dòng)化控制，降低了選礦成本。

3.3.4 介質(zhì)平衡有保障

介質(zhì)在集成的小空間內(nèi)的各系統(tǒng)之間高速循環(huán)，其平衡難度比常規(guī)重介質(zhì)系統(tǒng)復(fù)雜。常規(guī)重介質(zhì)系統(tǒng)主要靠系統(tǒng)之間的距離和各足夠大的容量起緩沖作用，IDMS完美地解決了介質(zhì)平衡難題。

3.3.5 安全性更高

鋼架構(gòu)化使拆裝簡(jiǎn)單、快捷安全，生產(chǎn)管理更直觀，剛性設(shè)計(jì)抗震效果好。

3.3.6 優(yōu)化了減振措施

振動(dòng)篩底座墊橡膠墩，渣漿泵進(jìn)出口軟連接處理，旋流器溢流噴口設(shè)緩沖空間，整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)各大小梁和立柱全部用螺桿螺母緊固件連接。

3.3.7 清潔環(huán)保

選礦過程是純物理分離過程，不需添加化學(xué)輔助劑。

3.3.8 大比例預(yù)先拋尾

對(duì)于低品位貧礦資源，將必然選擇預(yù)先拋尾。IDMS處理量大、富集比高、成本低。在保障回收率的前提下，精礦產(chǎn)率可控制在1%～8%。IDMS選鉆石礦，拋尾率達(dá)82%以上。

3.3.9 大礦小礦都適合

因其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，1.2萬t日處理能力的鉆石礦選礦廠應(yīng)用IDMS；有色金屬礦相對(duì)規(guī)模不大，正好能應(yīng)用；伊朗的鉛鋅礦普遍使用了IDMS。

4 結(jié)語(yǔ)

IDMS把重介質(zhì)選礦各系統(tǒng)高度集成，選礦效果優(yōu)，安全環(huán)保，預(yù)先拋尾強(qiáng)，操作維護(hù)簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高，適合裝配到選礦船上，有利于促進(jìn)我國(guó)水下或海洋礦產(chǎn)資源開發(fā)。同時(shí)，中國(guó)有規(guī)模大、數(shù)量多的各型填海船、采砂船，它們?cè)趪?guó)內(nèi)外執(zhí)行造島工程、航道延伸（或疏浚）、港口或碼頭疏浚、河道疏浚、水下采砂和隧道等工程，如果能應(yīng)用IDMS選礦船參與其中，在實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)的同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)資源綜合利用，利國(guó)利民。