0 钨矿山概况

中国钨矿在世界上拥有得天独厚的资源优势, 其储量占世界首位。钨矿系以钨为主的多金属矿床, 主要分布在江西、湖南、广东、广西、福建等省, 按矿床成因可分为以下3类:高温热液裂隙充填矿床; 中低温热液充填矿床; 接触交代高温热液矿床。

中国钨矿山开采始于1907年, 迄今已有近90年历史。1949年前的几十年, 钨矿山几乎全是民窿手工开采, 人工淘洗, 生产极端落后, 矿山破烂不堪。1949年后, 进行了大规模的地质勘探和基本建设, 矿山面貌焕然一新。现有国有统配钨矿山28座, 其中大型矿山2座, 中型矿山7座, 小型矿山19座, 年产钨精矿量可达4~4.5万t, 约占世界钨精矿产量的40%~50%。产量和产品销售量均居世界之首。

在数十年的生产实践中, 中国钨矿山积累了丰富的经验, 采选工艺日臻完善, 机械化程度逐渐提高, 技术不断进步, 生产蓬勃发展, 为国民经济建设作出了重大贡献。

1 钨矿采矿生产技术 1.1 矿床开拓

多数钨矿采用平窿溜井、平窿辅助竖井和溜井联合开拓。主平窿以下则用平窿盲竖井或盲斜井开拓, 个别矿山用明竖井开拓。

中段高度在主平窿以上为30~70m, 多数在50m以上。进入下部中段, 因采深增加、地应力加大, 不少矿山增加了盲中段。中段高度一般都不超过50m。

1.2 井巷掘进 1.2.1 平巷掘进

钨矿平巷掘进主要采用YT-24、YT-25和7655等手持式凿岩机凿岩; 配华-1型电动装岩机装岩, 蓄电池式或架线式电机车运输的掘进方法。80年代推广采用导轨式或自行式凿岩台车、装岩机或铲插式装载机、梭车或斗车配套的所谓斗车、梭车两种形式平巷掘进机械化作业线, 取得了很好效果。不少钨矿平均月进尺都在100~120m以上, 工班效率达到0.45~0.6m。某钨矿还采用CGJ25-2Y全液压中深孔凿岩台车, 配备YYG-90A型液压凿岩机, 与Z-30装岩机、SD₄搭接式梭车、3t架线式电机车配套, 工作面平均工效达1.18m/工班, 创造了全国矿山平巷掘进的高工效纪录。

1.2.2 天井掘进

天井掘进一般采用人工支柱法, 由于这种方法掘进工效低, 劳动强度大, 改革天井掘进方法成为钨矿关注的问题。从60年代开始, 中国钨矿先后采用过吊罐法、牙轮钻机钻进法、爬罐法以及分段爆破成形的钻爆法, 均取得了较好效果, 尤其后两种方法更有广泛的发展前景。某钨矿采用PG-1型风动爬罐掘沿脉天井, 月掘进速度50m, 天井凿掘高度可达100m。一些钨矿采用YQ-100潜孔钻机钻平行深孔, 分段爆破, 一次成井的钻爆法, 成井断面整齐, 作业条件好, 成本低。

1.3 采矿方法

中国目前开采的钨矿床, 以急倾斜薄矿脉为主, 该类型矿床有大脉型和细脉带两大类。单脉或脉群分采区, 主要采用留矿法及其变型方案; 而脉群合采区, 主要采用深孔崩矿的阶段矿房法和中深孔崩矿的分段空场法; 至于倾斜、缓倾斜矿脉则采用全面法、房柱法、分采充填法、副中段留矿法、水力冲运留矿法等。就采矿量的比例而言, 浅孔留矿法占采出矿石总量的80%~85%, 阶段矿房法和分段空场法约占10%~15%, 其他方法约占5%左右。

80年代以来, 留矿法的使用有了新的发展。爬罐留矿法即是其发展之一, 该法系用爬罐掘进采场沿脉天井, 并用附罐作采场提升, 矿块两端用金属顺路小井行人、通风, 底部用装配式轻型振动机出矿。该法的采矿强度比普通留矿法的14.0 t/m²·月, 多出37.38t/m²·月, 工班和台班效率提高一倍, 分别达到14.0 t/工班和81.4 t/台班, 贫化率由84.2%降低到74%。

振动放矿是留矿法采场较合适的出矿方式, 它效率高, 安全、简便, 因此振动放矿留矿法在许多钨矿得到成功应用。对于围岩松软或地应力较大的采场, 采用长锚索高压注浆加固围岩的留矿法, 大大扩展了留矿法的应用范围。

为提高脉钨矿床的回采强度和机械化作业水平, 80年代后期某钨矿还试验成功了天井水平中深孔崩矿采矿法, 并获得较好的技术经济指标(采矿强度较普通留矿法提高33%, 达18.67 t/m²·月; 采矿工效提高133%, 达16.78t/工班; 直接成本降低14.6%)。

1.4 钨矿地压研究与控制

60~70年代, 中国南部的一些大中型钨矿相继出现较严重的地压活动。为保证生产安全, 开展了钨矿地压研究。从空区调查、矿山压力及岩移活动规律入手, 通过地压显现直观调查, 采场周围次生应力场的计算机模拟与分析, 夹墙稳定性测试及岩移观测, 基本总结了上部中段地压活动规律, 成功地预报了一些大面积的地压岩移活动, 采取了相应的控制措施, 保证了矿山生产的安全。

80年代以来, 开展了钨矿深部地压的研究, 应用了20多种分析测试手段, 如岩体应力测量、电子显微镜鉴定、声波大距离穿透测量、激光测距、边界元有限元计算机模拟分析计算等, 这些手段和技术的应用, 使钨矿地压研究水平得到了提高。通过深部地压研究, 初步掌握了深部地压活动规律和相应的控制技术, 为今后深部地压的继续研究奠定了坚实的基础。

1.5 通风防尘

为防止矽尘危害, 中国钨矿工作者围绕减、降、排、护等环节实施了以风水为主的综合防尘措施, 有效地控制了矽尘危害。

50年代, 中国钨矿山开始由自然通风改为机械通风。60年代中期一些钨矿山将集中压入式通风系统改为抽出式分区通风系统, 克服了原系统风流难以调节控制, 漏风严重, 风流污染, 动力及管理费用高等缺点。为了完善通风网路, 各钨矿在70年代做了大量的工作, 而梳式通风网路则是一个创新。它有效地解决了矿脉密集、上下多中段同时作业的通风问题。80年代有的钨矿还采用了多级机站通风系统, 并取得较好效果。为加强风流的控制和净化, 许多钨矿应用了各种自动风门和自动水幕, 有的还应用了静电除尘。

为提高水的捕尘效果, 有的钨矿在防尘用水中添加CHJ-1型湿润剂, 除尘率比清水除尘提高53%~73%, 呼吸性粉尘降低36%, 并可提高凿岩速度21.3%~23%。为了提高向上式凿岩机的除尘效果, 有的钨矿采用了凿岩机除尘装置, 防止了岩浆雾化, 控制了二次产尘, 改善了作业条件。随着采深的增加, 许多钨矿山已转入主平窿以下作业, 通风防尘工作的难度更大, 因此深部的通风方式、网路结构、新的除尘技术需进行研究。

2 钨矿选矿生产技术 2.1 黑钨矿选矿生产技术

根据黑钨矿石的性质, 各钨选厂均采用以重选为核心的预先富集、手选丢废、三级跳汰、多级摇床、阶段磨矿、摇床丢尾; 细泥归队、集中处理; 多种工艺精选, 矿物综合回收的选矿流程。总结出“早收多收, 精工细作”钨选矿原则, 提出了“尽、控、早、匀、分、细、集、综、杜、省”的选矿十字措施, 为钨选矿生产管理和工艺技术水平提高指明了方向和途径。

2.1.1 矿石破碎

大型钨选矿厂和多数中型钨选矿厂都采用三段一闭路的破碎流程; 小型钨选矿厂和少数中型钨选矿厂采用两段一闭路或两段开路破碎流程。粗碎设备多采用旋回式或颚式破碎机, 中碎和细碎设备多用圆锥破碎机或对辊破碎机。

2.1.2 预先富集

绝大多数选矿厂预先富集均采用手选方法。出窿原矿一般经洗矿筛分分级, 对+20mm粒级采用多级别反手选法和正手选法丢弃废石; 全国钨矿山选厂平均废石选出率达50%左右, 最高达75%, 最低约35%。预选富集作业WO₃的回收率一般为96.5%~97.5%, 最高为98.2%, 最低为91.2%。

为进一步提高废石选出率, 曾应用光电选矿和重介质选矿技术, 都获得了较好的技术经济指标。

2.1.3 重选

中国黑钨矿典型重选原则流程如附图所示。重选以跳汰作业为主干, 全部合格矿石分为粗、中、细粒3个级别进入跳汰作业, 粗、中粒跳汰尾矿再磨再选。跳汰作业所回收的精矿占全部重选精矿的50%以上, 个别高者可达75%;粗中粒跳汰作业回收率可达65%~75%, 细粒跳汰约为35%~45%, 细粒跳汰尾矿经水力分级后入摇床分选, 摇床作业丢尾。摇床作业回收率一般为70%~80%。重选段获得含WO₃为30%~35%的钨粗精矿时的作业回收率一般为88%~92%, 最高达96%, 最低约74%。

2.1.4 细泥处理

“钨细泥”金属含量占了入选矿石的14%以上。中国钨细泥处理工艺大致可分为4类:①单一重选工艺, 为多数选矿厂所采用, 钨细泥作业回收率一般为45%~50%。②重选-浮选联合工艺, 细泥作业回收率高于60%。③重选-磁选-浮选联合工艺, 细泥作业回收率可大于68%。④选-冶联合流程, 采用重选获得含WO₃为20%左右的钨粗精矿, 再用化学处理制得合成白钨、仲钨酸铵、三氧化钨等钨的中间制品。

2.1.5 精选及综合回收

精选是黑钨选矿厂最复杂的工序, 应用了重选、磁选、浮选、电选、化学选矿等几乎所有的选矿方法。重选主要是以跳汰、摇床来进一步剔除脉石, 提高粗精矿品位; 粗精矿中黑钨矿与硫化矿的分离主要采用粒浮和泡沫浮选; 黑钨矿与锡石、白钨矿的分离大都采用磁选工艺, 也有的采用浮选法处理, 通过磁选作业就能获得商品黑钨精矿, 磁选作业黑钨矿的回收率一般大于97%;一些难选的杂砂和细泥精矿的除锡亦采用氯化焙烧法, 除锡率可达80%以上。白钨矿与锡石的分离主要采用粒浮、泡沫浮选和电选法。黑钨精矿除杂质磷多采用电选、浮选、酸浸等工艺。

为了回收锡、钼、铋、铜、铅、锌等有价金属矿物，许多钨选矿厂从重选粗精矿开始进行多金属综合回收。存在于磁选尾矿中的锡石，通过电选或浮选获得锡精矿予以回收；钼、铋、铜、铅、锌等金属则是将选矿厂所有脱硫作业的硫化矿集中进行磨矿、分级后, 采用浮选法分别得到各自的精矿，有少数选矿厂为提髙铋和银的回收率采用了化学选矿法。

2.2 白钨矿的选矿

中国目前已开采的白钨矿床很少，在全国现有的钨选矿厂中只有6座是白钨选矿厂，其所处理的矿石量和所产精矿量约占全国钨矿山的5%左右。目前开采的白钨矿石主要采用浮选或重选-浮选联合工艺处理，回收率一般为79%~83%。

2.3 钨精矿质量及主要选矿技术指标 2.3.1 精矿质量

1949年以来，中国共制定了3个部颁和国家级钨精矿标准，钨精矿质量逐个提高, 钨精矿品种逐个增多, 由于推行技术进步和全面质量管理, 有些厂矿的钨精矿质量多次荣获国家、部、省的金、银质奖或优质奖。中国钨精矿已达到和超过国际许多优质精矿的质量标准。为了满足某些用户特殊要求, 可以生产各种低杂质含量钨精矿品种。表 1所列是近年来中国生产的典型优质钨精矿与国外同类典型优质钨精矿质量的对比。

2.3.2 主要选矿技术指标

中国钨选矿的主要技术经济指标已居世界先进行列。在原矿品位不断下降的情况下, 尤其是自80年代以来原矿含WO₃已降至0.25%左右, 全国钨矿的选矿回收率仍保持在83%~85%, 从总体看, 黑钨矿选矿回收率略高于国外, 白钨则略低。表 2所列系国内外几个典型黑钨选矿厂的主要技术经济指标的比较。

2.4 钨选矿技术进步 2.4.1 选矿设备的研制

多年来中国对原有钨选矿设备进行了许多有益的改进和新设备的研制。在重选设备方面:旁动隔膜跳汰机和JS型动筛跳汰机的研制与应用, 可降低预选丢废的粒度下限, 并代替部分手选, 有利于选矿回收率的提高; 细泥摇床由三角形来复条改进为刻槽床面, 并配备了弹簧传动箱, 以及离心选矿机的研制与推广应用, 降低了钨矿有效回收粒度下限, 提高了钨细泥回收率。磁选设备方面, SQC系列湿式强磁选机和SLON型系列高梯度磁选机的发明和应用, 不但提高了铁矿、锰矿等矿种的选矿效率, 也能有效地提高细泥钨矿回收率和降低钨精矿杂质含量。

2.4.2 钨矿的浮选

近20多年来, 中国对黑钨矿的浮选进行了大量的科研工作, 并取得可喜的进展。浮选药剂的研制方面, 研制和使用混合甲苯胂酸、苄基胂酸、苯乙烯膦酸等药剂对黑钨矿的浮选都有较好的效果。近年来研究表明:用药剂FXL-14作捕收剂, 黑钨矿也有明显的浮选效果。此外, 细粒黑钨矿絮团浮选研究也取得进展。

对白钨矿的浮选在生产实践中最大的技术进步是采用氧化石腊皂等脂肪酸皂类作捕收剂, 取代传统的“彼德诺夫法”, 实现常温浮选。另外, 对矽卡岩型白钨矿, 采用石灰法实现常温浮选也是卓有成效的。

2.4.3 钨矿石的综合回收

近年来钨矿石的综合回收在选-冶联合工艺的研究与应用方面取得较好的进展, 采用浮选-浸出-置换法处理精选硫化矿, 提高了钼、铅、锌、铋、银的回收率, 取得较好的经济效益。

3 结束语

作为中国钨采选技术研究中心的赣州有色冶金研究所在促进全国钨矿山技术进步方面做了许多工作。40多年来该所承担过国内几乎所有大中型钨选厂的选矿研究工作, 并与其他兄弟单位共同研究出了一套比较成熟的黑钨选矿工艺和综合回收及钨细泥的处理方法。先后试制成功了GS系列光选机、SQC型和SLON型系列磁选机, 并广泛应用于生产。在采矿研究方面, 对钨矿地压活动规律及其控制技术, 采空区处理和资源回收, 改善井下通风条件、控制矽尘危害, 解决钨矿的采矿方法等进行了大量的研究工作, 并取得显著的效果。

由于近10年世界钨工业萧条, 市场疲软, 产品滞销, 钨价下跌, 整个钨工业陷入困境, 致使钨矿生产技术进步受到很大影响。因此, 应该加强国内和国际的科技交流与合作, 以促进世界钨业的发展与钨矿技术水平的进一步提高。