0 概述

传统的砂金、岩金选矿, 是经过圆筒洗矿筛后的粗选、多次精选、扫选等反复作业获得最终金产品的复杂工艺加工过程(如图 1所示)^[1]。通常国内外大、中、小型砂金、岩金矿选厂及采金船, 最初的选矿产品是重矿砂, 按其颜色区别俗称“黑砂”及“灰砂”, 其中的重矿物多数是磁铁矿、黑钨矿、锡石, 小部分是自然金、铂、银、铜等有色金属及贵金属矿物。在选矿过程中, 常根据不同矿物的工业品位考虑单独回收自然金或对其他有用矿物加以综合回收。根据实地调查, 传统选矿设备所得粗选的重砂产率为0.5%~15%, 其中重矿物含量为20%~30^〔1〕，需要就地或运至指定的精选加工车间进行机械精选, 才能最终完成选矿任务。尽管每次作业重矿砂的回收率较高, 但多次的反复洗选和搬运必然造成金组分的多次损失, 由此折算的金的综合实收率, 实际上是比较低的, 约为80%以下, 由于重矿砂的多次运输、堆存, 会造成不应有的机械损失, 也不便于保管, 稍有不慎容易造成人为损失; 另一方面, 传统的砂、岩金选矿工艺, 由于加工流程复杂, 繁多的粗、精、扫选设备占有的固定资产大, 机械损耗、电能消耗及维修量大, 操作及维修人员多, 从而导致生产成本升高与劳动生产率的大幅度降低, 还容易造成生产管理的各种困难, 类似的弊端, 在不少的砂、岩金选矿厂、采金船上不难见到。要彻底改变这种状况, 出路之一, 我们认为是革新现有传统选金设备, 使之在高回收率条件下, 在一台选别设备中, 达到尽量高的富集比, 按传统观念似乎是有一定矛盾, 但对于单体的高密度的金粒而言, 只要在选矿设备中设计一个特殊松散空间, 金粒一旦进入该区间, 便不断进行松散分层, 而不流失于尾矿。我们经过近五年的探索及试验研究, 研制成功一套ZXF-260选金机组, 顺利达到了这一目标, 使之在传统重选选金工艺及设备方面, 有新的突破。工业生产证明, 机组的混合砂处理能力:6~8m³/h, 筛洗粒度范围:200~0mm, 入选粒度范围:小于6mm。当砂金回收率为95%条件下, 其砂金富集比可达24万倍以上, 由于机组移动轻便、能耗低、选矿功能较多, 经一次性选别可直接得到金精矿。机组投入生产后, 多次得到用户好评。1988年7月, 机组中的选金主机获得国家专利, 专利号:87·210383·8。1989年12月, 机组通过省级技术鉴定, 来自省内外的专家一致认为:机组设计新颖, 运用离心力、振动力与重力相结合, 强化了分选过程, 属国内外首创, 其主要选别指标达到国际先进水平。机组被选入1990年国家级新产品; 在第二届国际专利及新技术新产品展览会上, 获银质奖; 1993年获中国有色金属工业总公司科技进步二等奖。

1 ZXF-260选金机组概况

机组由ZXF-260选金主机、高频微幅振动洗矿筛(900mm×1800mm)、皮带运输机、立式砂泵及潜水泵等辅助设备组成, 机组总重约1.5t。机组中的皮带运输机及振动洗矿筛皆可在砂地上推走移动, 机组电机装机总容量为12kW, 选金机组的流程, 可根据实际情况, 做到灵活多变(分别见图 2、图 3、图 4)。采用不同的工艺流程, 便可满足回收砂金、岩金、磨矿循环中的自然金、伴生的各种重金属矿砂。与苏联短锥旋流分选器比较, 在回收率均为95%情况下, ZXF-260选金机组砂金富集比可达24万倍, 高出短锥分选器两个数量级。机组用于分选经破碎后的岩金矿, 金的回收率亦可达90%, 其富集比可达300倍以上。

2 ZXF-260选金机组总体设计思想

为了充分利用国家黄金资源, 适应中、小金矿开采特点, 在机组的设计中除考虑达到高回收率、高富集比外, 还考虑到设备必须轻便灵活, 便于移动, 适合各种不同环境下的露天、移动式选矿作业, 在高频微幅振动洗矿筛支架下装有适于沙滩、泥沼推移的宽边铁轮; 所有设备上安装的电机及其他电气部件都装设在隐蔽部位, 可避风吹、日晒、雨淋; 按矿料性质的差异, 提供组合不同生产流程的条件, 实现一套机组多种选矿功能。对于机组的关键设备ZXF-260选金主机及高频微幅振动洗矿筛, 经过多年的反复改进, 我们现已完成对上述设备的定型工作。

2.1 ZXF-260选金机组主机

它是在机体上装有高频微幅振动器的异形筒体的振动旋流选金设备, 上部为圆柱体, 中部为喇叭形筒体, 下部是锅状盆体(如图 5所示)。在上部圆柱筒体中, 不同密度的矿粒, 通过本身被切向给矿所产生的离心惯性作用力的差异, 在旋流的作用下, 受到液流向筒壁回转的推拽而分别以不同的回转半径向下及向边壁运动, 泥质微粒回转半径转小, 基本上是环境中心尾矿管作旋转向下运动, 最终随其他粗粒尾矿被尾矿口吸入排出机外, 完成预选区的脱泥过程, 其他不同性质的矿粒和废石在旋流过程中将自身得到的大小不同的回转运动能量为实现物料松散分层, 实现按密度差分选, 提供了能量条件, 因而圆柱筒体成为选别前的准备作业区即预选区。上部圆柱筒体中, 由切向给入的高速回转流转换成中部曲面筒体的低速回转流, 使物料在下部锅状盆腔中实现由重力-离心力场作用下的旋转流剪切松散分层, 并在振动力作用下, 进一步强化了分选过程, 中部喇叭形曲面筒体由上而下按某种超越曲线^〔2〕渐变展开, 很大程度避免了强制涡流、强紊流对物料按密度分层的干扰作用。因此, 筒体特殊形体结构顺应了矿流的流线变化, 避免激起强旋涡, 保证了按密度分层的顺利进行。受离心惯性作用而被抛向筒体最大直径处的金粒, 在良好的松散分层过程中处于最底层与盆底接触, 在旋流、振动作用下, 沿盆底下滑, 并与尾矿吸口距离逐渐加大, 金粒损失的几率就减低到最小, 因此, 筒体逐渐向下曲面展开所形成的良好空间, 是物料实现粗选的理想作业区, 该区是大量丢尾的作业区。下部锅状盆体的纵剖面轮廓线是由两个锥角不同的截头倒锥断面组成, 上部的锥面坡度更陡, 是为了使上部边缘的金粒迅速进入下部锥体, 两锥的锥面线联成曲线, 近似某种摆线。其下锥金矿排矿口以上的盆状空间存在相对稳定的高浓度重砂旋转流, 是进一步丢尾的作业区, 在间断排精矿的条件下, 重砂在此区连续不断精洗, 停止给矿后, 原有高浓度重矿砂被排出机外, 而积留在盆体最下部排矿口处的主要是金粒产品, 富集比由此而能得到很大提高, 因而, 锅状盆体成为理想的精选作业区。

通过以上设计构思及反复试验, 终于使设计达到预期效果。从而实现了在ZXF-260选金机中同时完成预选、粗选、精选的目的, 使离心场内的砂金洗选有了新的突破。获得了砂金回收率95%, 富集比24万倍以上的高指标。机组设计遵照矿物原料在离心力场及重力场中旋流剪切松散的客观规律, 为物料松散分层创造了良好的时空条件, 集流体离心力、重力及振动力于一体, 使离心力场中的砂、岩金洗选工艺达到了更为完美的效果。

2.2 高频微幅振动洗矿筛

该振动洗矿筛也是ZXF-260选金机组的关键设备之一。它是一台新型结构的平面振动洗矿筛, 不同于一般常见的圆筒洗矿筛。传统的圆筒筛重量大，传动部件结构复杂, 处理能力相对较低, 筛孔易堵, 筛分效率较低, 动力消耗相对较大, 不便在野外迁移安装。针对以上问题, 我们在设计中采用平面振动洗矿方案, 在筛框下安装了激振电机, 可以不停车调节振幅, 处理量相同情况下, 电机安装功率只有0.2kW, 是相同处理量圆筒筛的五分之一, 为了能有效筛洗泥质物料, 在筛框上方设置了分支网状高压喷水管, 并采取了最佳喷淋角, 取得逆向喷洗的好效果。考虑到搬迁移动方便, 在筛体下部支架一端装设了1副宽边铁轮, 适于砂地、泥沼地移走推行, 2~3人便可推走迁移、十分方便。

3 ZXF-260及ZXF-1 5选金机组试验分析

为了进行试验研究及设备的放大设计, 最初曾设计了制作了ϕ125mm模型机, 然后根据其试验数据进行模拟放大, 设计制作了ϕ260mm工业原型机, 并进行辅助设备的选择及设计配套, 形成现有的ZXF-260;ZXF-500选金机组, 供黄金选矿部门生产使用。

小型试验是用ϕ125mm选金机组完成的, 见图 6。

小型试验的目的在于通过进行各种条件试验, 得出在相应条件下, 各种工艺参数之间的规律。由于砂金矿试验属大宗物料稀含有价成分的选矿试验, 取样量大, 给取样、检验、加工带来多种不便, 产物质量检验的准确性和代表性难以保证。为简化试验程序和检验手续, 特拟定用碎铁屑或铅合金碎屑片模拟金片, 掺入试验物料中进行各种特定条件的试验, 考虑到模拟物与被模拟物的关系, 每次试验的金属碎屑物的粒度控制为04~0.6mm, 根据情况确定之。每次加入的金属碎片为10~20片, 同样视具体情况确定之。以回收率作为回收的数量指标, 以富集比作为相应的质量指标。试验中连续给矿、排尾, 试验结束排出精矿。通过近百次小型试验, 找出了选矿回收率、富集比与振动强度、给矿浓度、物料含泥量、一次性处理的物料总量、给矿静压、动压及设备结构参数的相互关系。为后续进行的实际砂金原料的选矿试验及生产实践, 提供了大量第一性资料。考虑篇幅的限制, 仅从以下几项主要参数的试验结果加以分析论述。

3.1 给矿浓度对回收率的影响

由图 7可见, 在其他条件相同情况下, 所进行的两组不同静压给矿试验中, 可得如下结论:

a、适宜的给矿浓度为7%~9%。

b、如果给矿压力由0.084MPa降低到0.04MPa, 由图 7可知, 其最佳浓度有所增大, 曲线峰值向右推移, 最佳给矿浓度值及回收率都呈上升趋势, 究其原因是适当降低给矿高度, 筒体内液流压强降低, 重力及离心力因素都得到充分发挥, 松散分层过程受涡流干扰作用减弱, 静力分层作用增强, 因而可以适当增加给矿浓度以强化分选过程。

c.试验使用ϕ 125mm小型模型机完成, 而实际生产用的是ϕ260mm工业原型机, 通过试验测定, 其适宜的给矿浓度为20%左右, 与小型模型机比较, 适宜的给矿浓度有明显增长趋势, 因而工业原型机除规格增大可以增大处理量外, 还可以通过适当增大给矿浓度以进一步提高它的处理能力, 对设备的相似放大设计十分有利。

3.2 物料含泥率对砂金回收率的影响

试验物料取自赣县王母渡乡的阶地砂金矿, 物料中泥质物料为高岭土状, 粘性大, 可洗性较差。将物料碎散洗矿脱泥后, 重新配成7组含泥率不同的物料, 用ϕ125mm模型机分别进行选矿试验, 其回收率与物料含泥的关系如图 8所示。由图线可知, ZXF选金机对物料含泥适应性较强。当含泥率为8%时, 金回收率可达96%, 当含泥率增高至25%时, 相同金精矿品位条件下, 金回收率仍可达到90%。原因是该设备通过离心力、重力、振动力三者有机的结合, 大大强化了物料的松散分层。筒体横断面由上而下逐渐增大成喇叭形, 辅以物料进行良好的旋流剪切松散作用, 振动作用又大大减轻了物料在高含泥情况下的结底、结团和堵管现象, 使泥质物料集中于筒体中心区域, 最终通过中心管脱出。一般传统重选设备对物料含泥的适应性差, 泥质物料会严重干扰分选过程, 如跳汰、摇床作业将预先脱泥作为正常选别的先决条件。而ZXF选金机本身就有脱泥功能。

3.3 砂金选矿富集比的特殊规律

ZXF选金机砂金富集比具有特殊变化规律, 当砂金回收率达到95%的条件下, 其砂金富集比随连续处理的总砂金给矿量的增加成正比增加, 如图 9所示。我们用ZXF-125mm模型机分选砂金物料时, 当入选品位为0.03g/m³, 入选粒度为2mm以下, 一次连续处理260kg砂金物料, 金的回收率达到95%, 富集比达到24万倍, 曾在江西三座砂金生产现场, 用ZXF-260mm选金机组选别河滩及阶地砂金矿, 入选品位分别为0.2g/m³、0.16g/m³及0.4g/m³, 入选粒度为6mm以下, 一次连续处理为40m³条件下, 砂金回收率皆高于95%, 富集比都达到24万倍至30万倍。回收率及富集比双双达到高指标有以下几个原因:

a.对金料在筒体内的运动路线作了特殊的设备形体设计, 使其在洗选过程得到可靠保护, 为获得金的高回收率提供了可靠保证。

b.选金主机下部锅状盆体及内部结构的特殊设计, 使选矿过程的精洗环节得到强化, 使底部被捕获的金粒既能不断受到旋转剪切作用, 又避免了得而复失的不良后果。

c.通过主机本身各种工艺参数的匹配设计, 基本上保证了每次排出的精矿总量较小而且稳定而不出较大偏差, 因而一次性处理的矿量越大, 精矿量基本不变的情况下, 精矿中金品位也越高, 这是随一次性处理矿量增高, 金回收率和富集比都很高的重要原因。

3.4 实际砂金物料的选金试验

砂金试验由赣南地调队协助取样检验, 试料取自赣县王母渡乡及赣州市黄金机场附近, 用ZXF-125mm模型机进行小型试验, 该类矿料皆属泥质难以洗选的金粒细、品位极低的物料, 物料中金粒的最大粒度为0.2mm, 大部分小于0.1mm, 试验结果见表 1:由表 1可见, ZXF-125mm选金机处理含粘土砂金矿仍得到较好的选矿指标, 富集比达到24.5万倍:金回收率可达98%。其余两组试验, 金的回收率也都高于95%, 其砂金富集比, 皆低于前一组试验指标, 是因为这两组试验中各组的一次性给矿总量分别低于260kg, 而导致富集比有所降低。

3.5 粒级回收率的测定

试验原料为河砂, 用金粒经人工配制混合而成试料:将小于3mm粒级的河砂试料筛分为-3+1mm; -1+0.45mm; -0.45+0.3mm; -0.3+0.15mm; -0.15+0.074mm; -0.074mm, 各粒级中分别加入相应粒级的金粒, 金粒事先用精密天平称重, 然后配矿分级用ZXF-125mm选金机进行选别, 每次试验中, 各工艺参数相对保持一致, 最后测得试验数据如表 2, 由表 2可见, -0.074mm粒级回收率可达85.7%。各粒级金的总回收率为97%。这种模拟测试粒级回收率的方法较简便, 但每次试验条件难以绝对保证严格一致等原因, 试验所得粒级回收情况仅供参考。砂金矿中小于0.1mm粒级金粒称最微粒金或俗称漂浮金, 是正常视力能察觉的最小粒级, 常易随水流飘浮, 用传统重选设备选别, 该粒级金容易损失, 而在ZXF选金机中分选, 则容易回收。我们初步认为是因为在低压给矿(给矿压力为0.02~0.04MPa)的选金机中, 很大程度消除了由沉砂口吸入造成的空气柱, 因而在离心惯性力作用下, 细粒金接触空气的机会大大的减少, 难以造成飘浮。

4 工业生产试验及推广应用

根据小型模型机试验, 通过设备相似放大, 设计制造了ZXF-260选金机组, 先后用于5个不同砂金、岩金矿点进行工业生产, 其生产性能皆已达到设计要求。定型后的机组, 生产指标稳定, 机组的多种选别功能也在生产中正常发挥。该产品现已销往甘肃、青海、云南、北京、江西等省市, 皆已获得用户好评。目前大规格的ZXF-500选金机也相继投入批量生产, 以进一步满足用户的需求。

5 结语

a.ZXF-260选金机组, 集重力/离心力、振动力、流体力于一体, 使其在选金为主的多功能及高富集比性能方面, 明显优于传统的重选选金设备, 为离心场中砂矿洗选开创了新途径。

b.ZXF-260选金机组, 实现了一台设备完成预选、粗选、精选高效洗选过程, 使砂金选矿的工艺流程大大简化, 对大幅度降低砂金选矿生产成本和加强金产品管理起到极为重要的作用。

c.ZXF-260选金机不仅能分选砂金、岩金、浮选磨矿循环中的自然金, 还可应用回收尾矿库中包括自然金在内的各种稀贵、重金属矿物, 使选矿尾矿变废为宝。由此可见, ZXF选金机组在较大范围内具有重要与潜在的应用价值和广阔的发展前景。