干扰床分选机分选萤石矿的试验研究

黄亚飞

（1.中煤科工集团唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012;2.河北省煤炭洗选工程技术研究中心，河北 唐山 063012）

萤石的成分是氟化钙，是工业上氟元素的主要来源。中国萤石资源丰富，分布广泛，矿床类型繁多，资源储量、生产量和出口量均居世界首位。萤石的用途十分广泛，随着科学技术的进步，其应用前景越来越广阔，萤石及其加工品的用途已涉足30多个工业领域［1］。目前，我国萤石矿山普遍采用的选矿方法有手选、跳汰选和浮游选矿等，其中手选主要用于各种不同品级的易于肉眼鉴别的萤石矿，是一种最简便、最经济的选矿方法，但工作效率低下，工作环境恶劣;跳汰选矿主要用于选别矿石品位较高、粒径在6～20 mm的粒子矿，多适用于自身品质较高，嵌布粒度较粗的萤石矿选矿，可获得粗粒冶金级萤石精矿［2－3］;浮选法适用于低品位细粒浸染萤石矿的选矿，也是获得高品质萤石精矿的有效方法［4－5］，但其投资较大，运营成本高，对环境污染严重，因而新型的萤石重选法和重选设备正逐步代替浮选工艺和设备。

由于跳汰分选萤石矿的分选粒度一般都在6 mm以上，无法有效分选3 mm以下的矿粒，而浮选是对0.3 mm以下矿粒的分选，因此需寻求适宜的分选设备对二者都无法有效分选的萤石矿粒进行分选。干扰床分选机恰好可满足此粒度区间的分选需求，可由其先对粗颗粒高品质萤石矿进行重选提纯，然后再经磨矿进入浮选，可减少浮选的负担，大大降低选矿成本。

1 干扰床分选机分选萤石矿的可行性分析

干扰床分选机 (图1)是根据不同的密度、粒度或形状的物料在水中沉降速度的差异进行分离的，它既可以用于基于粒度差异的分级，也可以用于基于密度差异的分选。若入料粒度在一定范围内，物料将按密度进行分选;若入料密度在一定范围内，物料将按粒度进行分级。物料的密度和粒度不同，在同一介质流中的沉降速度不同，高密度粗颗粒具有较大的沉降速度，低密度细颗粒的沉降速度比较小。提供一个上升流体速度，使其介于低密度细粒的沉降速度和高密度粗粒的沉降速度之间，则高密度粗粒将在该上升流体中沉降，而低密度细粒将上浮，从而实现粒群按密度和粒度实行分离［6－7］。

图1 干扰床分选机结构示意图Fig.1 Structural diagram of teetered bed separator

干扰床分选机没有传动部件，是一种结构简单、单位处理量大的分级分选设备，唯一的分选动力就是稳定的上升水流。其优点是:基建投资、安装费与生产运行费用较低，操作简便，生产易于实现自动化，入料量和入料组成的变化可自动调整，产品质量不受影晌，可最大限度地减轻操作工的工作量。另外，该分选系统也易于纳入现有选矿厂的工艺流程，可减轻跳汰系统或浮选系统的工作负荷，提高分选效率。

最初，干扰床分选机主要用于物料的分级，1934年，世界上第一台干扰床分选机开始应用于石英砂的分级作业。21世纪以来，干扰床分选机普遍应用于我国选煤厂中的粗煤泥分选作业，并取得了良好效果［8］。借鉴干扰床分选机在我国粗煤泥分选中的经验，尝试将其应用于对2～0.3 mm粒级萤石矿粒的分选，对于解决萤石矿洗选遭遇的发展瓶颈，是一种非常有意义的尝试。

2 分选试验

2.1 试验系统

萤石干扰床分选系统如图2所示，主要由萤石干扰床分选机 (称萤石分选机)、上升水泵、循环水桶、精矿桶、尾矿桶、流量计、管路、阀门等组成。其中:萤石分选机结构特征是根据萤石矿颗粒性质、上升水流速度等因素决定的，试验样机是截面为300 mm×300 mm方筒，筒体高度1800 mm，底流口采用锥体方式;根据萤石分选机循环水量大小，制造了φ1200 mm循环水桶;分选机精矿桶底及尾矿桶底均为0.3 mm筛网，以便于直接取样。此外，根据萤石分选机内流场密度波动范围，还设置了PID密度闭环控制系统，并且在分选机内合适高度设置密度计，底流口设置电动调节蝶阀，阀门开度根据密度计波动控制;顶水采用DN65管路，由手动蝶阀和一台DN65电磁流量计控制循环水量。

图2 萤石分选试验系统Fig.2 Testing system of fluorite separation

试验过程为:首先开启萤石分选机循环水泵，使分选机分选系统正常循环，观察给水量，使水量稳定后，将搅拌混合后的一定浓度的萤石颗粒给入到萤石分选机中;在底部上升水流的作用下，进入分选机的萤石颗粒被分选成精矿、尾矿两种产品;分选机底流精矿浓度较高，直接进入精矿桶中，经过滤得到精矿样品，过滤后的水介质由清水泵抽入循环水桶中;分选机溢流浓度较低，最终进入尾矿桶中，经筛网过滤后得到尾矿样品，过滤后的水介质循环流入循环水桶，最终回到萤石分选系统闭路循环。考虑到试验过程中水流的跑、冒、滴、漏，清水需不断补充到循环水桶中，使循环水桶保持一定量的溢流。

在试验过程中，顶水水量保持恒定。此外，为了保持床层的稳定性，系统配制了一套PID控制仪表，对萤石分选机床层实现自动控制。

2.2 试验方案

在萤石分选系统入料浓度与萤石分选机结构参数不变的情况下，影响萤石分选机分选效果的主要因素为上升水流速、萤石矿颗粒粒度。试验采用2～0.2 mm、2～1.25 mm、1.25～0.5 mm、0.5～0.2 mm四个粒级的萤石矿颗粒作为分选试样，以研究在不同顶水速度下的萤石颗粒的分选效果。

试验方案如表1所示，每个粒度级别对应较好分选效果的一组试验。

表1 萤石分选系统试验方案Table 1 Test scheme of fluorite separation system

3 试验结果及分析

试验采用的萤石试样采自河北承德一座萤石矿。将试验样品破碎，得到 2～0.2 mm、2～1.25 mm、1.25～0.5 mm、0.5～0.2 mm四个粒度级别的萤石矿颗粒。利用试验系统，对四个粒度级的萤石试样在不同上升介质流速条件下进行了试验研究，最终分选结果如表2所示。

表2 各粒级萤石矿颗粒分选试验结果汇总表Table 2 The results of each fraction fluorite ore separation test %

本试验中，精矿回收率反映了精矿汇总有用成分的质量与原矿中该有用成分质量之比，有用成分回收率是评定分选过程质量效率的数量指标，回收率越高，表示选矿过程中回收的有用成分越多，是评定分选效果的量的指标。但是，选矿质量在回收率中并没有反映出来［9］，因此萤石分选机采用回收率和质量效率两个指标来评定萤石分选机分选效果，计算公式为:

由各粒度级试验结果可知:

(1)原矿品位从0.5～0.2 mm粒级到2～1.25 mm粒级逐渐降低，质量变差，说明萤石精矿在破碎过程中较脆，相比尾矿更容易破碎，细碎度高，导致小粒度级别原矿品位较高，高于平均品位。

(2)在萤石分选机分选过程中，较窄粒度级别的萤石矿颗粒可以得到较好的分选效果，从表中可以看出，2～1.25 mm、1.25～0.5 mm、0.5～0.2 mm粒级萤石矿颗粒在不同上升介质流速条件下都能获得很好的分选效果，分选质量效率在20%左右，分选效果较好。当粒度级别为2～0.2 mm的较宽级别时，萤石颗粒分选效果急剧变差，分选质量效率急剧变小，虽然精矿回收率较高，但精矿品位、尾矿品位及原矿品位相差无几，这说明萤石颗粒的干扰沉降速度不仅取决于颗粒自身的密度，还和粒度关系很大，粒级范围越宽，粒度的影响越显著，分选效果则变差，导致上升介质流中高密度小颗粒和低密度大颗粒在分选过程中发生错配现象，高密度小颗粒萤石与低密度大颗粒尾矿一起从萤石分选机溢流堰排出，从而提高了尾矿品位，同时低密度大颗粒则容易沉入底流，污染精矿，从而导致分选效果变差，降低了精矿品位。这说明在一定范围内，入料粒度范围越窄，分选效果越好。

(3)上升流的流速是一个影响精矿品位和产率的重要操作手段。在正常范围内，随着上升流流速的提高，精矿品位由低到高，又由高到低变化，萤石颗粒的分选在合适的上升流流速范围内可得到较好的分选效果;同时，随着上升流速的提高，尾矿产率提高，精矿回收率降低。

4 结论与展望

(1)在萤石分选机选矿过程中，上升介质流的流速调节可作为生产中的重要调试手段。

(2)利用萤石分选机分选萤石颗粒，必须控制合适的粒度范围，才能得到较好的分选效果，使萤石矿得到富集。

(3)从分选效果来看，萤石分选机结构参数基本合理，如深入对其研究开发，可投入工业应用。

本研究为萤石矿洗选扩展了思路，也拓展了干扰床分选机的应用领域。试验研究过程中发现，干扰床分选机分选出的精矿品位明显提升。这样，大部分亟待提高品位的萤石矿粒经过细碎、分级后，可入干扰床分选机进行分选，得到的精矿可以直接利用，亦可进入浮选进一步提高品质，不仅可降低选矿成本，且可减轻环境污染。

［1］孔志岗，朱杰勇，杨 杰.中国萤石矿开发利用与产业发展趋势分析 ［J］.化工矿物与加工，2011(4):1－4.

［2］张和平.萤石选矿的国内外动态［J］.湖南有色金属，1995(5):11－27.

［3］沈张峰，丁 幸，任倩倩，等.萤石矿物选矿的技术创新［J］.中国非金属矿工业导刊，2012(2):67－70.

［4］卢冀伟，王乃玲，印万忠，等.我国萤石矿选矿进展与展望［C］ //王运敏.中国采选技术十年回顾与展望，北京:冶金工业出版社，2012:50－53.

［5］陈石义，张寿庭.我国氟化工产业中萤石资源利用现状与产业发展对策 ［J］.资源与产业，2013(2):79－83.

［6］刘文礼，陈子彤，位革老，等.干扰床分选机分选粗煤泥的规律研究［J］.选煤技术，2007(4):11－13.

［7］吕一波，谭之海.水介质流化床分选机中煤颗粒沉降末速的研究 ［J］.洁净煤技术，2007(6):10－13.

［8］黄亚飞.应用PIV技术对上升流水力分选机流场的试验研究［D］.北京:煤炭科学研究总院，2009:15－18.

［9］谢广元.选矿学 ［M］.徐州:中国矿业大学出版社，2001:330－333.