黃亞飛

（1.中煤科工集團(tuán)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(shù)研究中心，河北 唐山 063012）

螢石的成分是氟化鈣，是工業(yè)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(chǎn)量和出口量均居世界首位。螢石的用途十分廣泛，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，其應(yīng)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(yè)領(lǐng)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(jīng)濟(jì)的選礦方法，但工作效率低下，工作環(huán)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(zhì)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(xì)粒浸染螢石礦的選礦，也是獲得高品質(zhì)螢石精礦的有效方法［4－5］，但其投資較大，運(yùn)營成本高，對環(huán)境污染嚴(yán)重，因而新型的螢石重選法和重選設(shè)備正逐步代替浮選工藝和設(shè)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(shè)備對二者都無法有效分選的螢石礦粒進(jìn)行分選。干擾床分選機(jī)恰好可滿足此粒度區(qū)間的分選需求，可由其先對粗顆粒高品質(zhì)螢石礦進(jìn)行重選提純，然后再經(jīng)磨礦進(jìn)入浮選，可減少浮選的負(fù)擔(dān)，大大降低選礦成本。

1 干擾床分選機(jī)分選螢石礦的可行性分析

干擾床分選機(jī) (圖1)是根據(jù)不同的密度、粒度或形狀的物料在水中沉降速度的差異進(jìn)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(nèi)，物料將按密度進(jìn)行分選;若入料密度在一定范圍內(nèi)，物料將按粒度進(jìn)行分級。物料的密度和粒度不同，在同一介質(zhì)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(xì)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(xì)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(xì)粒將上浮，從而實(shí)現(xiàn)粒群按密度和粒度實(shí)行分離［6－7］。

圖1 干擾床分選機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structural diagram of teetered bed separator

干擾床分選機(jī)沒有傳動部件，是一種結(jié)構(gòu)簡單、單位處理量大的分級分選設(shè)備，唯一的分選動力就是穩(wěn)定的上升水流。其優(yōu)點(diǎn)是:基建投資、安裝費(fèi)與生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用較低，操作簡便，生產(chǎn)易于實(shí)現(xiàn)自動化，入料量和入料組成的變化可自動調(diào)整，產(chǎn)品質(zhì)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(tǒng)也易于納入現(xiàn)有選礦廠的工藝流程，可減輕跳汰系統(tǒng)或浮選系統(tǒng)的工作負(fù)荷，提高分選效率。

最初，干擾床分選機(jī)主要用于物料的分級，1934年，世界上第一臺干擾床分選機(jī)開始應(yīng)用于石英砂的分級作業(yè)。21世紀(jì)以來，干擾床分選機(jī)普遍應(yīng)用于我國選煤廠中的粗煤泥分選作業(yè)，并取得了良好效果［8］。借鑒干擾床分選機(jī)在我國粗煤泥分選中的經(jīng)驗(yàn)，嘗試將其應(yīng)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(fā)展瓶頸，是一種非常有意義的嘗試。

2 分選試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)系統(tǒng)

螢石干擾床分選系統(tǒng)如圖2所示，主要由螢石干擾床分選機(jī) (稱螢石分選機(jī))、上升水泵、循環(huán)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(jī)結(jié)構(gòu)特征是根據(jù)螢石礦顆粒性質(zhì)、上升水流速度等因素決定的，試驗(yàn)樣機(jī)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(jù)螢石分選機(jī)循環(huán)水量大小，制造了φ1200 mm循環(huán)水桶;分選機(jī)精礦桶底及尾礦桶底均為0.3 mm篩網(wǎng)，以便于直接取樣。此外，根據(jù)螢石分選機(jī)內(nèi)流場密度波動范圍，還設(shè)置了PID密度閉環(huán)控制系統(tǒng)，并且在分選機(jī)內(nèi)合適高度設(shè)置密度計，底流口設(shè)置電動調(diào)節(jié)蝶閥，閥門開度根據(jù)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(huán)水量。

圖2 螢石分選試驗(yàn)系統(tǒng)Fig.2 Testing system of fluorite separation

試驗(yàn)過程為:首先開啟螢石分選機(jī)循環(huán)水泵，使分選機(jī)分選系統(tǒng)正常循環(huán)，觀察給水量，使水量穩(wěn)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(jī)中;在底部上升水流的作用下，進(jìn)入分選機(jī)的螢石顆粒被分選成精礦、尾礦兩種產(chǎn)品;分選機(jī)底流精礦濃度較高，直接進(jìn)入精礦桶中，經(jīng)過濾得到精礦樣品，過濾后的水介質(zhì)由清水泵抽入循環(huán)水桶中;分選機(jī)溢流濃度較低，最終進(jìn)入尾礦桶中，經(jīng)篩網(wǎng)過濾后得到尾礦樣品，過濾后的水介質(zhì)循環(huán)流入循環(huán)水桶，最終回到螢石分選系統(tǒng)閉路循環(huán)。考慮到試驗(yàn)過程中水流的跑、冒、滴、漏，清水需不斷補(bǔ)充到循環(huán)水桶中，使循環(huán)水桶保持一定量的溢流。

在試驗(yàn)過程中，頂水水量保持恒定。此外，為了保持床層的穩(wěn)定性，系統(tǒng)配制了一套PID控制儀表，對螢石分選機(jī)床層實(shí)現(xiàn)自動控制。

2.2 試驗(yàn)方案

在螢石分選系統(tǒng)入料濃度與螢石分選機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)不變的情況下，影響螢石分選機(jī)分選效果的主要因素為上升水流速、螢石礦顆粒粒度。試驗(yàn)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(yàn)方案如表1所示，每個粒度級別對應(yīng)較好分選效果的一組試驗(yàn)。

表1 螢石分選系統(tǒng)試驗(yàn)方案Table 1 Test scheme of fluorite separation system

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

試驗(yàn)采用的螢石試樣采自河北承德一座螢石礦。將試驗(yàn)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(yàn)系統(tǒng)，對四個粒度級的螢石試樣在不同上升介質(zhì)流速條件下進(jìn)行了試驗(yàn)研究，最終分選結(jié)果如表2所示。

表2 各粒級螢石礦顆粒分選試驗(yàn)結(jié)果匯總表Table 2 The results of each fraction fluorite ore separation test %

本試驗(yàn)中，精礦回收率反映了精礦匯總有用成分的質(zhì)量與原礦中該有用成分質(zhì)量之比，有用成分回收率是評定分選過程質(zhì)量效率的數(shù)量指標(biāo)，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(biāo)。但是，選礦質(zhì)量在回收率中并沒有反映出來［9］，因此螢石分選機(jī)采用回收率和質(zhì)量效率兩個指標(biāo)來評定螢石分選機(jī)分選效果，計算公式為:

由各粒度級試驗(yàn)結(jié)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(zhì)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(xì)碎度高，導(dǎo)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(jī)分選過程中，較窄粒度級別的螢石礦顆?？梢缘玫捷^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(zhì)流速條件下都能獲得很好的分選效果，分選質(zhì)量效率在20%左右，分選效果較好。當(dāng)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(zhì)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(guān)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(dǎo)致上升介質(zhì)流中高密度小顆粒和低密度大顆粒在分選過程中發(fā)生錯配現(xiàn)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(jī)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(dǎo)致分選效果變差，降低了精礦品位。這說明在一定范圍內(nèi)，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(chǎn)率的重要操作手段。在正常范圍內(nèi)，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(nèi)可得到較好的分選效果;同時，隨著上升流速的提高，尾礦產(chǎn)率提高，精礦回收率降低。

4 結(jié)論與展望

(1)在螢石分選機(jī)選礦過程中，上升介質(zhì)流的流速調(diào)節(jié)可作為生產(chǎn)中的重要調(diào)試手段。

(2)利用螢石分選機(jī)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(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)基本合理，如深入對其研究開發(fā)，可投入工業(yè)應(yīng)用。

本研究為螢石礦洗選擴(kuò)展了思路，也拓展了干擾床分選機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。試驗(yàn)研究過程中發(fā)現(xiàn)，干擾床分選機(jī)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(jīng)過細(xì)碎、分級后，可入干擾床分選機(jī)進(jìn)行分選，得到的精礦可以直接利用，亦可進(jìn)入浮選進(jìn)一步提高品質(zhì)，不僅可降低選礦成本，且可減輕環(huán)境污染。

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