重介質選礦技術在處理有色金屬礦和非金屬礦的研究現狀及展望

湯優優，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，廣東省礦產資源開發和綜合利用重點實驗室，廣東 廣州 510650）

重介質選礦技術在上個世紀20年代初期，從煤中分選出頁巖獲得成功之后，不斷得到發展。國內重介質選礦技術在煤礦選煤領域發展很快，日趨成熟；重介質選煤技術因具有原煤適應性強、入選粒度寬、分選效率高、處理能力大、工藝設備簡單等優點，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]。

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

國內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。本文先對重介質選礦技術進行概述，再分別從重介質選礦技術在有色金屬礦以及非金屬礦方向研究成果及工業應用情況進行論述，為我國重介質選礦技術在處理有色金屬礦以及非金屬礦領域提供參考。

1 重介質選礦技術概述

重介質選礦是指在密度大于1000 kg/m3的介質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成的非均質兩相介質；高密度固體微粒稱為加重質，粒度一般為-0.074 mm 60% ～ 80%，如硅鐵、磁鐵礦、黃鐵礦等，具有價廉、無毒等優點，在工業上得以廣泛應用；常用加重質的性質見表1。目前所說的重介質選礦，實際上就是重懸浮液選礦。

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

重介質選礦設備有動態式和靜態式兩類。動態式的有重介質振動溜槽、重介質旋流器及重介質渦流分選器等；靜態式的有鼓形分選機、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。

選礦方面工業應用中重介質選礦設備主要為重介質旋流器，其類型有兩產品重介質旋流器、兩產品雙錐重介質旋流器、兩產品筒型重介質旋流器以及無壓給料三產品重介質旋流器等。礦石連同重介質懸浮液一起在一定的壓力下沿切線方向給入旋流器內，在旋流器內作高速回轉運動，借助離心力加速分離過程；重介質懸浮液在旋流器內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，大量尾礦的產生制約著礦業企業的發展。因此，對有色金屬貧礦石的開發，從綠色、節能礦山建設的角度出發，采用重介質選礦技術進行預選拋尾具有一定的現實意義，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，延長尾礦庫的服務年限。國內科技工作者采用重介質選礦技術在有色金屬礦預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。本文分別從重介質選礦技術在處理鉛鋅礦和鎢、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技術分離的先決條件。

當低品位硫化鉛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出，可通過重介質選礦將其預先拋尾，使之不在進入磨礦作業，降低選礦成本、節約能耗、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粗顆粒通過重介質旋流器分選工藝進行預選，預先尾礦產率達到39.38%，含Pb 0.11%、Zn 0.97%，鉛、鋅損失率分別9.54%、2.68%；預選精礦鋅、鉛品位富集近1.8倍；最終通過重介質預選－浮選聯合流程，獲得合格的鉛、鋅精礦，鉛、鋅回收率指標良好。龍衛剛等[7]對云南某低品位鉛鋅礦進行了重介質選礦擴大實驗研究，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雙錐重介質旋流器進行半工業預選實驗；當添加硅鐵粉配制的重懸浮液比重為2.2時，預選精礦鋅、鉛品位富集近2.1倍；預選尾礦產率為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旋流器預選拋尾工藝技術可行，為其開發利用提供新的技術支撐。

內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，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，發現粗粒級礦石對重介質比重變化更敏感；當重介質比重為2.71時，重產品精礦的鉛+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旋流器分選條件實驗以及半工業實驗；實驗加重劑選用黃鐵礦，分選設備采用Φ250 mm兩產品重介質旋流器，針對重介質旋流器溢流管插入深度、錐角、角錐比、介質濃度、礦介比進行詳細條件實驗研究，確定半工業實驗參數條件；半工業實驗重懸浮液比重為2.5時，拋廢尾礦產率為26.21%，鉛、鋅作業損失率均小于3%，說明該低品位鉛鋅礦適宜采用重介質旋流器進行預選拋廢。

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選礦技術對其進行分選，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、灰巖樣品分別進行重介質浮沉分離實驗，灰巖可獲得較好的選別指標，而砂巖的選別指標較差；灰巖原礦含Zn 11.27%，破碎至-20 mm，其中-20+0.5 mm粒級進入重介質選別，+2.90的比重條件下可得到精礦產品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處理后，選用磁鐵礦精礦作為加重劑，介質比重在2.1 ～ 2.3之間，通過Φ500 mm雙錐重介質旋流器分選得到重產品，可供冶煉直接使用，且回收率在50%以上，作業回收率超過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，有利于重介質預選分離。

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，可采用重介質選礦技術進行預選拋尾，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選拋尾，周峰等[12]對比了重介質預選工藝和輻射分選工藝，其中重介質預選工藝，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分選機的進行預選拋尾，在重懸浮液比重為2.70時，拋尾輕礦物的作業產率為60.90%，WO3品位為0.032%，作業回收率的損失為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，降低方解石對后續鎢浮選作業的干擾。云南木利銻礦是我國儲量較大的硫氧混合銻礦，采用重介質旋流預選-跳汰重選-礦泥浮選的聯合流程；劉啟生[13]介紹了該銻礦山于1983年采用Φ500 mm重介質雙錐旋流器預選3 ～ 13 mm的破碎產品，丟廢率達54.4%，重介質旋流器預選工藝沿用到現在，工業應用效果良好。

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

3 處理非金屬礦方面

重介質選礦技術應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應用較多。

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，采用重介質分離時需精準控制分離密度。

隨著在煤用無壓給料三產品旋流器及分選工藝的基礎上研制的磷礦用無壓給料三產品重介旋流器在湖北宜昌磷礦分選成功應用，為重介質選礦技術在選磷提供了理論和實踐可行的分選工藝及設備[14]；該工藝逐步采用磁鐵礦粉作為加重劑，大大降低介質損耗成本。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60萬t/a規模的重介質磷礦選礦廠相繼投入生產運營。重介質選礦技術在磷礦分選技術成功應用，為我國規模處理、綠色、節能、高效開發中低品位磷礦資源奠定了技術基礎。

湖北宜昌夷陵區北部磷礦屬于大型海相沉積磷塊巖礦床，趙忠花[15]采用預先脫泥-重介質分選工藝方案實驗結果作為年處理規模60萬t選礦廠設計依據。該實驗方案采用重介質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，發現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，直接作為產品；+8 mm部分粗粒級進入重介質分選，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分選工藝處理低品位膠磷礦較傳統兩產品重介質旋流器工藝，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磷礦進行重介質選礦研究以及工業應用介紹，通過重液浮沉實驗發現，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，得到磷精礦產率73.97%，P2O5品位30.79%，回收率87.61%；工業應用中，原礦僅三段一閉路破碎至-17 mm，然后全粒級進入重介質無壓給料三產品旋流器進行分選，可獲得磷精礦產率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%，符合產品質量要求，具有實際應用的可行性。

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分選提供有利條件。鋰輝石礦采用重介質法可在礦石破碎后的粗粒級條件下進行分選，較傳統的浮選法，具有投資少、生產成本低、產品有利于后續鋰鹽提取和加工的特點。重介質選礦法在鋰輝石選礦領域已在國內得到工業應用，如四川阿壩州某鋰輝石礦選礦廠和新疆福海縣某鋰輝石重介質選礦廠等[20]。

為降低某低品位偉晶巖型鋰輝石選礦生產成本，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選礦連續擴大實驗，加重劑選用磁鐵粉，分選設備采用兩產品重介質旋流器，通過兩段重介質選礦作業，一段粗選和二段掃選重懸浮液比重分別為2.5和2.25，二段掃選作業精礦返回到一段粗選作業給礦形成閉路循環，經兩段重介質選礦得到精礦產品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選礦工業實驗，原礦Li2O品位為3.18%，工業實驗采用10 t/h重介質系統，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旋流器底流口直徑和溢流中心管內徑、加重質粒度、懸浮液比重四個因素的影響；當重懸浮液比重為2.10時，溢流產率為15.85%，溢流CaF2品位為10.45%。鄧湘湘[25]敘述了螢石重介質選礦研究，介紹了浙江東風螢石公司采用國內自主研制三產品重介質渦流旋流器處理低品位螢石礦，礦石CaF2品位從40%提高到55%，拋廢產品產率達到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用三產品渦流分選設備處理螢石礦，前者可獲得CaF291.8%、回收率為90%的螢石精礦，后者分選后，拋廢產品產率達到36.2%，其中螢石含量僅為6.75%。

重晶石重介質選別方面，孫開敏等公開了一種重晶石的重介質選礦方法，將原礦經研磨過篩，篩上粗顆粒采用三產品重介質旋流器進行分選，重介質懸浮液的密度介于2.65 ～ 2.78 g/cm3，最終通過不同的出料口得到不同比重產品，可預先拋棄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選礦工藝，將原礦破碎分級，篩上產物給入淺槽分選機，螢石-重晶石礦物在淺槽分選機中重介質懸浮液的上升流及水平流作用下，螢石浮于介質表面，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，使得輕重產物獲得分離。

重介質選礦技術除在上述非金屬礦種進行研究及工業應用外，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用方面見有報道。

本文對上述半工業實驗或已工業應用的研究成果進行了歸集總結，各礦石重介質分選技術參數見表2。

表2 各礦石重介質分選技術參數Table 2 Technical parameters of heavy medium separation for each ore

4 結論與展望

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

(2)在重介質選礦技術在處理有色金屬礦和非金屬礦方面應用發展過程中應加強適用于低品位礦石分選的重介質旋流器研發，強化離心力場，降低礦物分選時重懸浮液比重要求，發展重介質懸浮液自動化、精細化控制技術，實現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，降低運行成本，增強重介質選礦工藝的技術優勢。