离心选矿机在硅藻土提纯中的试验研究

张开永，郑水林，张雁鸣

(1.华北科技学院，北京东燕郊 101601;2.中国矿业大学(北京)，北京100083;3.临江北峰硅藻土有限公司，吉林临江 134600)

0 引言

硅藻土一般是由统称为硅藻的单细胞藻类死亡以后经过1至2万年左右的堆积期，形成的一种化石性的硅藻堆积土矿床。硅藻土的主要矿物成分为蛋白石，本质是含水的非晶质SiO2。工业上常用来作为保温材料、过滤材料、填料、研磨材料、水玻璃原料、脱色剂及硅藻土助滤剂，催化剂载体等［1］。吉林长白硅藻土矿区，资源犹为丰富，其他矿床大多数为3～4级土，由于杂质含量高，不能直接深加工利用，必须加以分选提纯。常规的硅藻土提纯采用重力方法［2－6］，但存在耗时长、冬天影响生产等原因，为此作者在实验室研究的基础上，为进一步生产应用，采用离心选矿机对硅藻土进行提纯扩大中试研究。

1 试验原料、方法及设备

1.1 试验原料

硅藻土来自长白某矿区，原料组成如表1所示

表1 原矿成分分析/%

从表1可知，原矿的SiO2含量为82.42%，属于二级硅藻土［7］。

电镜扫描下的硅藻形貌主要以圆盘藻为主，完整的硅藻直径以20～30 μm为主，大部分硅藻形貌不完整，一些小的破碎的硅藻粘覆在完整的硅藻表面。原矿硅藻表面及孔隙含有较多的杂质。

1.2 试验方法

原料经螺旋给料机进入擦洗机擦洗分散、搅拌桶分散、过筛调浆后，进入离心选矿机进行中试试验研究。中试试验原则流程如图1所示。

图1 试验原则流程

1.3 试验设备

试验中采用的设备主要为离心选矿机，它是我国20世纪60年代初研发出一种专门分选细粒矿物的重选设备，主要用于钨、锡矿泥的选别［8］。它主要由主机与控制机构两大部分组成。主机的作用是选矿，控制机构是为主机服务的，它的作用是控制给矿、断矿、冲矿与分矿，使主机能按工艺要求准确及时地工作。其结构示意如图2所示。

图2 离心选矿机结构示意图

离心选矿机的转鼓以一定的转数高速旋转，矿浆经给矿嘴分两处送入转鼓的内壁上。矿浆随转鼓高速旋转，在离心力的作用下，重矿物沉积于转鼓的内壁上并随转鼓一起旋转，矿浆中的轻矿粒以一定的差速随转鼓旋转，在旋转过程中以一定的螺旋角由给矿端沿转鼓坡度方向朝排矿端旋转流动，到末端经排矿分矿器排出，即为尾矿。经过一定时间选别后，给矿分矿器自动转离原来正常位置，停止向转鼓内给矿。待尾矿排完后，排矿分矿器自动转离原正常位置准备截取精矿，然后高压冲洗水阀自动打开，高压冲洗水将沉积在转鼓内壁上的精矿冲下。精矿冲完后高压水阀自动关闭，待精矿排完后，排矿分矿器、给矿分矿器自动复位开始下一个选别循环。

离心选矿机是回收微细泥中有用矿物的设备，能解决从10～74 μm中回收细粒矿物的问题［9］。硅藻土直径以20～30 μm为主，粒度在分选范围之内，在离心力场中所受离心力比重力大得多，并和流膜选别相结合，而矿泥在重力场中分选效果差，有时甚至难以分选。因此采用离心选矿机分选理论上可行。

2 结果与讨论

2.1 离心选矿机存在问题及解决方案

中试分选提纯试验时，离心选矿机存在的主要问题是转动不平稳.转速不高时，达不到分选离心因数，致使达不到分选要求，转速高时则晃动厉害。

采用的解决方案为检验离心机中心轴动平衡，双端面动平衡允差3克，加强机架结构强度，转鼓底部支架增强为原来的2倍，轴承及轴承体分别改为向心球轴承和高强宽系列轴承座;改进转速比，增大离心机转速，主轴转速由原来的400转/分钟提高至800～1400转/分钟;对离心机结构进一步分析，确认离心机内部结构和原理;对进出料管道进一步合理优化，离心液的出水角度变小，离心机分选角度合理改进。

2.2 给料时间

在给料量为10 L/min，入料浓度为22%，转速1000 r/min时，进料时间分别为60 s、75 s、90 s，经过离心选矿机分选后对得到的精矿进行化验分析，结果如表2所示。

表2 进料时间与精矿分析结果

从表2看出，随着给料时间从60 s增加到75s，SiO2含量也跟着增加，在进料时间为75s时，SiO2含量最高86.84%，当增加到90 s时，SiO2含量反而下降，这说明在一定给料量的条件下，给料时间太短，送入转鼓的内壁上的矿浆还没有有效差速旋转分离就进行排矿，达不到良好效果，给料时间太长则离心分选还没排矿，新的矿浆流就又给入，也会影响分选效果，因此选择进料时间为75 s。

2.3 给料量

在入料浓度为22%，离心转速1000r/min，进料时间为75s，给料量分别为10、12、16 L/min时，经过离心选矿机进行分选，得到的精矿分析结果如表3所示。

表3 给料量与精矿分析结果

从表3可见，给料量在12 L/min时效果最好，此时SiO2含量为87.19%。同时试验发现，在较小给料量时，溢流颜色较黑，较小给料量会影响离心机的处理能力，较大给料量时，在冲洗时，离心机会出现震动厉害的情况，而且还会增加冲洗时间，增加工作周期。原因可能是里面冲洗水管的冲洗的不均匀所致。故给料量选择在12 L/min为适宜。

2.4 入料浓度

在给料量为12 L/min，离心转速为1000 r/ min，给料时间75 s，离心入料浓度20%、22%、24%时，经过离心选矿机分选后的精矿分析结果如表4所示。

表4 入料浓度与精矿分析结果

由表4可知，在其他条件不变的情况下，在一定的范围内，入料浓度增高，硅藻土精矿SiO2含量增加。在入料浓度为22%时，硅藻精土SiO2含量最高为87.19%，当浓度增加为24%时，硅藻精土SiO2下降为85.83%。根据对产品质量的要求，处理硅藻土矿时，适当的入料浓度为22%。

2.5 离心转速

在给料量为12 L/min，入料浓度为22%，给料时间为75 s，采用离心转速800、900、1000 r/min进行离心选矿机分选，分选得到的精矿产品分析结果与离心转速的关系见表5。

表5 离心转速与精矿分析结果

从表5看出，在转速为800 r/min、900 r/min时，硅藻精土SiO2含量为86.45%、86.27%，变化不大，在1000 r/min时SiO2含量为87.19%，效果最好。虽然转速越高可能对分选越好，但考虑到实际中离心转速过大，震动也大，对离心机平衡要求也相应高的特点，故选择离心转速1000 r/min，这样以后生产中对离心选矿机也容易控制和操作。

2.6 连续性工艺指标

在确定了上述较佳条件后，进行了离心分选连续性工艺试验，指标如下表6。

表6 离心连续性工艺指标

从上表看出，试验的重复性较好，硅藻精土产率达到73%以上，SiO2含量基本达到86%以上，Al2O3含量在4%以下，Fe2O3含量在1.90%以下，达到一级土质量标准［7］。

3 结论

1)原矿的SiO2含量为82.42%，属于二级硅藻土，硅藻主要以圆盘藻为主，大部分硅藻形貌不完整，一些小的破碎的硅藻粘覆在完整的硅藻表面，原矿硅藻表面及孔隙含有较多的杂质。

2)离心选矿机中试时存在的主要问题为转动不平稳，需要对动平衡、离心机结构等进行校正和改进。

3)最佳的分选条件为入料浓度22%左右，离心转速1000 r/min，给料量为12 L/min，给料时间为75s时，SiO2含量基本达到86%以上。Al2O3含量在4%以下，Fe2O3含量在1.90%以下，硅藻精土产率达到73%以上。

4)为解决间断排矿离心选矿机常因给矿、断矿、分矿、冲矿之间动作不协调及操作不正常等原因，严重影响了选矿效果这一问题。建议使用逆流连续排矿离心选矿机(简称连排离心机)［10］，它具有设备结构简单、便于操作管理、维修工作量少、分选指标稳定等优点。

［1］ 张凤君.硅藻土加工与应用［M］.北京:化学工业出版社，2006.

［2］ 郑水林.我国黏土质硅藻土矿的提纯研究［J］.非金属矿，1994，17(4):24－51.

［3］ 于漧，于艾琳，焦维定，等.中国非金属矿硅藻土提纯研究［J］.中国矿业，1998，7(4):6－9.

［4］ 郑水林，李扬，杜玉成，等.吉林某矿含黏土硅藻土提纯工艺研究［J］.非金属矿，1997，20(4):49－50.

［5］ Osman Şan，Remzi Gören，Cem Özgür.Purification of diatomite powder by acid leaching for use in fabrication of porous ceramics［J］.International Journal of Mineral Processing，2009 (93):6－10.

［6］王庆中.中低品位硅藻土湿法选矿方法:中国，CN96110152.0［P］.1997－04－09.

［7］ 郑水林.非金属矿加工与应用［M］.北京:化学工业出版社，2003.

［8］ 徐晓军，张文彬.国内外处理细粒矿物的离心选矿机的研究概况［J］.国外金属矿选矿，1996，(4):30－32.

［9］ 离心选矿机分选矿物的基本原理［DB/OL］.中国百科网http://www.chinabaike.com/z/keji/ck/543702.html.

［10］ 谢科元，蒙德荣，李值民，李福安，沈绍伟.逆流连续排矿离心选矿机的研制与工业实践［J］.云南冶金，1996，(06):17－25.