干擾床分選機分選螢石礦的試驗研究

黃亞飛

（1.中煤科工集團唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012;2.河北省煤炭洗選工程技術研究中心，河北 唐山 063012）

螢石的成分是氟化鈣，是工業上氟元素的主要來源。中國螢石資源豐富，分布廣泛，礦床類型繁多，資源儲量、生產量和出口量均居世界首位。螢石的用途十分廣泛，隨著科學技術的進步，其應用前景越來越廣闊，螢石及其加工品的用途已涉足30多個工業領域［1］。目前，我國螢石礦山普遍采用的選礦方法有手選、跳汰選和浮游選礦等，其中手選主要用于各種不同品級的易于肉眼鑒別的螢石礦，是一種最簡便、最經濟的選礦方法，但工作效率低下，工作環境惡劣;跳汰選礦主要用于選別礦石品位較高、粒徑在6～20 mm的粒子礦，多適用于自身品質較高，嵌布粒度較粗的螢石礦選礦，可獲得粗粒冶金級螢石精礦［2－3］;浮選法適用于低品位細粒浸染螢石礦的選礦，也是獲得高品質螢石精礦的有效方法［4－5］，但其投資較大，運營成本高，對環境污染嚴重，因而新型的螢石重選法和重選設備正逐步代替浮選工藝和設備。

由于跳汰分選螢石礦的分選粒度一般都在6 mm以上，無法有效分選3 mm以下的礦粒，而浮選是對0.3 mm以下礦粒的分選，因此需尋求適宜的分選設備對二者都無法有效分選的螢石礦粒進行分選。干擾床分選機恰好可滿足此粒度區間的分選需求，可由其先對粗顆粒高品質螢石礦進行重選提純，然后再經磨礦進入浮選，可減少浮選的負擔，大大降低選礦成本。

1 干擾床分選機分選螢石礦的可行性分析

干擾床分選機 (圖1)是根據不同的密度、粒度或形狀的物料在水中沉降速度的差異進行分離的，它既可以用于基于粒度差異的分級，也可以用于基于密度差異的分選。若入料粒度在一定范圍內，物料將按密度進行分選;若入料密度在一定范圍內，物料將按粒度進行分級。物料的密度和粒度不同，在同一介質流中的沉降速度不同，高密度粗顆粒具有較大的沉降速度，低密度細顆粒的沉降速度比較小。提供一個上升流體速度，使其介于低密度細粒的沉降速度和高密度粗粒的沉降速度之間，則高密度粗粒將在該上升流體中沉降，而低密度細粒將上浮，從而實現粒群按密度和粒度實行分離［6－7］。

圖1 干擾床分選機結構示意圖Fig.1 Structural diagram of teetered bed separator

干擾床分選機沒有傳動部件，是一種結構簡單、單位處理量大的分級分選設備，唯一的分選動力就是穩定的上升水流。其優點是:基建投資、安裝費與生產運行費用較低，操作簡便，生產易于實現自動化，入料量和入料組成的變化可自動調整，產品質量不受影晌，可最大限度地減輕操作工的工作量。另外，該分選系統也易于納入現有選礦廠的工藝流程，可減輕跳汰系統或浮選系統的工作負荷，提高分選效率。

最初，干擾床分選機主要用于物料的分級，1934年，世界上第一臺干擾床分選機開始應用于石英砂的分級作業。21世紀以來，干擾床分選機普遍應用于我國選煤廠中的粗煤泥分選作業，并取得了良好效果［8］。借鑒干擾床分選機在我國粗煤泥分選中的經驗，嘗試將其應用于對2～0.3 mm粒級螢石礦粒的分選，對于解決螢石礦洗選遭遇的發展瓶頸，是一種非常有意義的嘗試。

2 分選試驗

2.1 試驗系統

螢石干擾床分選系統如圖2所示，主要由螢石干擾床分選機 (稱螢石分選機)、上升水泵、循環水桶、精礦桶、尾礦桶、流量計、管路、閥門等組成。其中:螢石分選機結構特征是根據螢石礦顆粒性質、上升水流速度等因素決定的，試驗樣機是截面為300 mm×300 mm方筒，筒體高度1800 mm，底流口采用錐體方式;根據螢石分選機循環水量大小，制造了φ1200 mm循環水桶;分選機精礦桶底及尾礦桶底均為0.3 mm篩網，以便于直接取樣。此外，根據螢石分選機內流場密度波動范圍，還設置了PID密度閉環控制系統，并且在分選機內合適高度設置密度計，底流口設置電動調節蝶閥，閥門開度根據密度計波動控制;頂水采用DN65管路，由手動蝶閥和一臺DN65電磁流量計控制循環水量。

圖2 螢石分選試驗系統Fig.2 Testing system of fluorite separation

試驗過程為:首先開啟螢石分選機循環水泵，使分選機分選系統正常循環，觀察給水量，使水量穩定后，將攪拌混合后的一定濃度的螢石顆粒給入到螢石分選機中;在底部上升水流的作用下，進入分選機的螢石顆粒被分選成精礦、尾礦兩種產品;分選機底流精礦濃度較高，直接進入精礦桶中，經過濾得到精礦樣品，過濾后的水介質由清水泵抽入循環水桶中;分選機溢流濃度較低，最終進入尾礦桶中，經篩網過濾后得到尾礦樣品，過濾后的水介質循環流入循環水桶，最終回到螢石分選系統閉路循環。考慮到試驗過程中水流的跑、冒、滴、漏，清水需不斷補充到循環水桶中，使循環水桶保持一定量的溢流。

在試驗過程中，頂水水量保持恒定。此外，為了保持床層的穩定性，系統配制了一套PID控制儀表，對螢石分選機床層實現自動控制。

2.2 試驗方案

在螢石分選系統入料濃度與螢石分選機結構參數不變的情況下，影響螢石分選機分選效果的主要因素為上升水流速、螢石礦顆粒粒度。試驗采用2～0.2 mm、2～1.25 mm、1.25～0.5 mm、0.5～0.2 mm四個粒級的螢石礦顆粒作為分選試樣，以研究在不同頂水速度下的螢石顆粒的分選效果。

試驗方案如表1所示，每個粒度級別對應較好分選效果的一組試驗。

表1 螢石分選系統試驗方案Table 1 Test scheme of fluorite separation system

3 試驗結果及分析

試驗采用的螢石試樣采自河北承德一座螢石礦。將試驗樣品破碎，得到 2～0.2 mm、2～1.25 mm、1.25～0.5 mm、0.5～0.2 mm四個粒度級別的螢石礦顆粒。利用試驗系統，對四個粒度級的螢石試樣在不同上升介質流速條件下進行了試驗研究，最終分選結果如表2所示。

表2 各粒級螢石礦顆粒分選試驗結果匯總表Table 2 The results of each fraction fluorite ore separation test %

本試驗中，精礦回收率反映了精礦匯總有用成分的質量與原礦中該有用成分質量之比，有用成分回收率是評定分選過程質量效率的數量指標，回收率越高，表示選礦過程中回收的有用成分越多，是評定分選效果的量的指標。但是，選礦質量在回收率中并沒有反映出來［9］，因此螢石分選機采用回收率和質量效率兩個指標來評定螢石分選機分選效果，計算公式為:

由各粒度級試驗結果可知:

(1)原礦品位從0.5～0.2 mm粒級到2～1.25 mm粒級逐漸降低，質量變差，說明螢石精礦在破碎過程中較脆，相比尾礦更容易破碎，細碎度高，導致小粒度級別原礦品位較高，高于平均品位。

(2)在螢石分選機分選過程中，較窄粒度級別的螢石礦顆粒可以得到較好的分選效果，從表中可以看出，2～1.25 mm、1.25～0.5 mm、0.5～0.2 mm粒級螢石礦顆粒在不同上升介質流速條件下都能獲得很好的分選效果，分選質量效率在20%左右，分選效果較好。當粒度級別為2～0.2 mm的較寬級別時，螢石顆粒分選效果急劇變差，分選質量效率急劇變小，雖然精礦回收率較高，但精礦品位、尾礦品位及原礦品位相差無幾，這說明螢石顆粒的干擾沉降速度不僅取決于顆粒自身的密度，還和粒度關系很大，粒級范圍越寬，粒度的影響越顯著，分選效果則變差，導致上升介質流中高密度小顆粒和低密度大顆粒在分選過程中發生錯配現象，高密度小顆粒螢石與低密度大顆粒尾礦一起從螢石分選機溢流堰排出，從而提高了尾礦品位，同時低密度大顆粒則容易沉入底流，污染精礦，從而導致分選效果變差，降低了精礦品位。這說明在一定范圍內，入料粒度范圍越窄，分選效果越好。

(3)上升流的流速是一個影響精礦品位和產率的重要操作手段。在正常范圍內，隨著上升流流速的提高，精礦品位由低到高，又由高到低變化，螢石顆粒的分選在合適的上升流流速范圍內可得到較好的分選效果;同時，隨著上升流速的提高，尾礦產率提高，精礦回收率降低。

4 結論與展望

(1)在螢石分選機選礦過程中，上升介質流的流速調節可作為生產中的重要調試手段。

(2)利用螢石分選機分選螢石顆粒，必須控制合適的粒度范圍，才能得到較好的分選效果，使螢石礦得到富集。

(3)從分選效果來看，螢石分選機結構參數基本合理，如深入對其研究開發，可投入工業應用。

本研究為螢石礦洗選擴展了思路，也拓展了干擾床分選機的應用領域。試驗研究過程中發現，干擾床分選機分選出的精礦品位明顯提升。這樣，大部分亟待提高品位的螢石礦粒經過細碎、分級后，可入干擾床分選機進行分選，得到的精礦可以直接利用，亦可進入浮選進一步提高品質，不僅可降低選礦成本，且可減輕環境污染。

［1］孔志崗，朱杰勇，楊 杰.中國螢石礦開發利用與產業發展趨勢分析 ［J］.化工礦物與加工，2011(4):1－4.

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［5］陳石義，張壽庭.我國氟化工產業中螢石資源利用現狀與產業發展對策 ［J］.資源與產業，2013(2):79－83.

［6］劉文禮，陳子彤，位革老，等.干擾床分選機分選粗煤泥的規律研究［J］.選煤技術，2007(4):11－13.

［7］呂一波，譚之海.水介質流化床分選機中煤顆粒沉降末速的研究 ［J］.潔凈煤技術，2007(6):10－13.

［8］黃亞飛.應用PIV技術對上升流水力分選機流場的試驗研究［D］.北京:煤炭科學研究總院，2009:15－18.

［9］謝廣元.選礦學 ［M］.徐州:中國礦業大學出版社，2001:330－333.