選礦船舶用集成式重介質選礦機組淺析*

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廣東安成安防技術有限公司，廣東 廣州510000；3湖南有色金屬職業技術學院，湖南 株洲412000）

1 前言

發展國民經濟非常依賴礦產資源，能源原料95%以上、工業原材料80%以上來自于礦產資源［1-2］，不可再生的礦產資源是社會經濟發展、國民經濟安全運行的重要物質基礎。據報道，世界上96%的鋯石、30%的鈦鐵礦、96%以上的金紅石、80%的獨居石和75%的錫石在海濱砂礦中產出［3］。礦業開發先進的國家，已經廣泛應用重介質選礦技術和裝備。集成式重介質選礦機組（以下簡稱IDMS），除了廣泛應用于陸地選礦，還廣泛應用于海洋、水下礦床的開發選礦上。

中國船舶選礦技術和裝備發展很快，但起步較晚；中國的選礦科研院所對浮選投入最大，其次是磁選，在重選方面關注度少，尤其是在有色金屬礦選這方面，基本沒有重介質選礦的實驗設備。中國工程機械的發展為采掘海洋礦產資源提供了便利，發展海洋（水）選礦船舶成為當務之急。

2 選礦船舶的選礦技術特點

船舶上選礦與陸地選礦對選礦設備和工藝技術有不同要求。選礦船舶上的選礦設備、工藝必須具備如下特點：生產成本低、大處理量、綠色清潔、操作維護簡單、高效選礦、預先拋尾效果好［4-5］、選礦設備集成化程度高、易于自動化控制、抗晃振動性能好等要求，特別需要單位面積單位空間處理礦石量大，設備集成化。

常規重選具有成本小、綠色環保等特點；但單機處理量小，占地面積大，不便于自動化控制，在水中或海上，隨風浪的影響，船體搖晃難免會影響選礦效果。比如溜槽選礦機、搖床選礦機、圓錐選礦機、跳汰選礦機等的礦石流都是處于一種常規大氣壓中開放性地流動，或加上設備規則運動，達到礦石分離效果；因此，如果選礦設備本身產生不符合選礦原理的晃動或振動，會嚴重影響選礦。浮選是現在普遍采用的選礦方法，但它要求全礦磨礦，設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。

重介質選礦技術是常規重選的提高和發展，常規重介質選礦相比常規重選的選礦效果要好。現在陸地資源選礦，由于常規重介質選礦設備、生產管理過于復雜，目前只有選煤已經廣泛應用了重介質選礦技術，其他金屬與非金屬礦還未有效地應用重介質選礦。集成式重介質選礦機組（IDMS）把常規重介質選礦的一系列設備集成為一個整體，雖然其選礦原理和常規重介質選礦相同，但它克服了常規重介質選礦系統的弱點。IDMS將會在船選領域大有作為。

3 集成式重介質選礦機組介紹

3.1 IDMS流程結構及設備架構

IDMS的工藝流程包括：礦石輸入與預處理系統、混料系統、分選系統、介質回收系統、介質調制與儲存系統、排礦系統、廢水系統等，如圖1所示；設備架構分為兩層，如圖2所示。

3.2 IDMS選礦原理

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

圖1 IDMS工藝流程結構

圖2 IDMS設備架構

2）重介質選礦是常規重力選礦的技術升級，它在分離原理上與常規重力選礦有所不同，直觀表現在其分離介質不是單純以水為分選介質，介質的密度發生了變化。通常評價礦石是否可采用重選，是根據礦石重選可選性公式E=（δ重-δ介）/（δ輕-δ介）。在一個礦山中所采出來的礦石中δ輕、δ重相對固定，決定E的大小是δ介，通過人為控制分離介質δ介的大小，就能調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，調高δ介值，E值會提高，重選礦石可選性會改善。

表1 礦石重選可選性難易程度

3.3 IDMS技術特征

3.3.1 IDMS兼顧了常規重力選礦優點

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

3.3.2 IDMS兼顧了常規重介質選礦優點

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；這種礦石在常規重選條件時其重選可選性小，分離難度大。2）實現寬粒級選礦。基于礦粒沉降理論，常規重力選礦時，必須把礦石嚴格按粒度分級；但重介質選礦不同，實現了寬級別分選礦石。目前國外IDMS分選礦石的粒級做到了30 mm上限。3）選礦效果好，回收率高，富集比大，對于低品位礦具有較強優勢。比如分選金剛石礦回收率達到95%。4）與搖床、跳汰、螺旋等選礦設備相比，其處理量大得多。

3.3.3 克服了常規重介質選礦缺點

IDMS大幅壓縮了基建投資，選礦系統得到了簡單化和集成化，操作維護簡單，便于自動化控制，降低了選礦成本。

3.3.4 介質平衡有保障

介質在集成的小空間內的各系統之間高速循環，其平衡難度比常規重介質系統復雜。常規重介質系統主要靠系統之間的距離和各足夠大的容量起緩沖作用，IDMS完美地解決了介質平衡難題。

3.3.5 安全性更高

鋼架構化使拆裝簡單、快捷安全，生產管理更直觀，剛性設計抗震效果好。

3.3.6 優化了減振措施

振動篩底座墊橡膠墩，渣漿泵進出口軟連接處理，旋流器溢流噴口設緩沖空間，整個鋼結構各大小梁和立柱全部用螺桿螺母緊固件連接。

3.3.7 清潔環保

選礦過程是純物理分離過程，不需添加化學輔助劑。

3.3.8 大比例預先拋尾

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

3.3.9 大礦小礦都適合

因其獨特的優點，1.2萬t日處理能力的鉆石礦選礦廠應用IDMS；有色金屬礦相對規模不大，正好能應用；伊朗的鉛鋅礦普遍使用了IDMS。

4 結語

IDMS把重介質選礦各系統高度集成，選礦效果優，安全環保，預先拋尾強，操作維護簡單，自動化程度高，適合裝配到選礦船上，有利于促進我國水下或海洋礦產資源開發。同時，中國有規模大、數量多的各型填海船、采砂船，它們在國內外執行造島工程、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，如果能應用IDMS選礦船參與其中，在實現工程建設的同時，還可以實現資源綜合利用，利國利民。