尼尔森选矿机在某金选厂重选改造中的应用

陈小辉 宋洪旺

(中国黄金集团内蒙古金陶股份有限公司)

随着我国经济的持续快速发展，国家对环保工作的重视程度也越来越高。在此背景下，某金矿于2015年初决定对第二选矿厂原“混汞(在一段、二段球磨排矿端增设汞板床对单体颗粒金进行回收)+全泥氰化炭浆浸出”工艺进行技术改造，以取消混汞和氰化炭浆浸出工艺，消除对环境的污染。按照节约成本、充分利用原磨矿—分级系统设备的原则，在磨矿系统中采用KC-XD30尼尔森选矿机代替混汞工艺回收颗粒金，将原工艺改造为“尼尔森重选+混合浮选”工艺。

1 尼尔森选矿机

1.1 结构组成

尼尔森选矿机分选机构是一个内壁带有反冲水孔的双壁锥，可视为由2个可一同旋转的立式同心锥构成。外锥与内锥之间形成一个密封水腔，内锥也称富集锥，内侧有数圈沟槽，并有按一定设计排列的进水孔，称流态化水孔。设备其余部分由给矿、排矿、供水(气)装置及驱动、自动控制系统和机架等组成[1]，见图1。

1.2 分选原理

尼尔森选矿机是基于离心原理进行分选的强化重力选矿设备。在高倍的强化重力场内，密度大和密度小的矿粒所受重力差被极大地放大，使其比在自然重力场内更容易分离。特殊设计的物料床层保持结构在流态化水和干涉沉降的相互作用下，能够持续地保持松散状态。在此条件下，密度大的矿粒能够取代密度小的矿粒在选别床层中的位置，密度小的矿粒则作为尾矿排出，从而实现矿粒按密度分选。

生产运行时，尼尔森选矿机富集锥内的离心加速度可达60倍(或更高)重力加速度。当矿浆给入到富集锥底部时，离心力的作用下被甩向富集锥的内侧壁，并沿内壁向上运动。同时由富集锥的进水孔连续向锥内注入水流使床层呈流态化。在离心力和反冲水力的共同作用下，单体金等密度大的矿粒能克服水的径向阻力离心沉降或钻隙沉降在精矿床内，密度小的脉石因受离心力较小，难以克服反冲水力的作用，会在轴向水流冲力和离心力的轴向分力共同推动下被排出富集锥成为尾矿。尼尔森选矿机中矿浆流向(黑色箭头)示意见图2。

图2 尼尔森选矿机中的矿浆流向示意

2 矿石性质

某金矿石属硫化矿多金属金矿石，硫化矿主要为黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿，次生铜矿物和金属氧化矿物主要为黝铜矿，辉铜矿、斑铜矿、赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿等少量；脉石矿物主要为石英、长石、绢云母、绿泥石，碳酸盐、黏土矿物少量，锆石、石榴石等微量；贵金属矿物主要为自然金，少量银金矿，微量金银矿；银矿物主要为自然银和少量的辉银矿。金矿物在矿石中的嵌存状态以裂隙金为主，占47.51%，其次为粒间金，占31.22%，包裹金占21.27%。金矿物粒度分析结果见表1[2]。

表1 金矿物粒度分析结果

从表1可以看出，金矿物以中、细粒(0.01～0.074 mm)嵌布为主，占75.65%，其次为粗粒金(+0.074 mm)，占19.40%，微粒金(-0.01 mm)仅4.85%，其中+0.053 mm的中、粗粒金占33.74%。从金矿物嵌布粒度与嵌布特征来看，中、粗粒金占比较大，考虑到尼尔森选矿机选金时+0.037 mm为极易回收粒级、0.010～0.037 mm为可回收粒级，回收粒级很宽，因此该金矿石中、粗粒金适宜采用尼尔森选矿机进行重选回收，细粒级金可采用浮选回收[3]。

3 探索试验

二选厂磨矿系统使用常规的直线振动筛进行预先分级，探索试验将尼尔森选矿机设置在1#φ2.4 m×3.0 m格子型球磨机磨矿分级后，溢流进入1#φ2.5 m×2.5 m砂泵池，由D30-4/6型给矿泵输送至-2 mm直线振动筛分级，筛下合格产品给入尼尔森选矿机，筛上不合格产品同尼尔森尾矿进入φ2.0 m螺旋分级机，沉砂返回1#球磨机。分级机溢流进入2#砂泵池(φ2.5 m×2.0 m)，由2#砂泵泵入φ350 mm水力旋流器，旋流器沉砂进入2#φ2.1 m×3.0 m溢流型球磨机，再磨后进入1#砂泵池，溢流经除屑筛进入φ18 m浓密机，底流进入浮选作业。直线振动筛原置于电解车间3楼底板上，振动引起的共振和1#给矿砂泵存在的“喘气抽空”现象，造成进入分级机的筛上产品中残留不合格粒级，影响球磨机磨矿效率，放粗排矿粒度。同时进入尼尔森选矿机的筛下产品量少而不均，直线振动筛冲洗水汇流至尼尔森选矿机，降低其给矿浓度。在上述因素的影响下，尼尔森选矿机探索试验(流程见图3)金重选回收率仅19%左右，选别效果不理想。

图3 尼尔森选矿机探索试验流程

4 改造方案

4.1 流程配置分析[4]

综合考虑矿石性质、磨矿细度、重选实际情况等，尼尔森选矿机尾矿含有未被回收的包裹金，φ350 mm水力旋流器沉砂经过2#球磨机再磨后，磨矿细度提高，未被回收的包裹金得到单体解离。旋流器分级时，该部分金多富集在沉砂中，返回尼尔森选矿机再选有利于提高金回收率。旋流器溢流经φ18 m浓密机浓缩后，溢流水可作为1#球磨机给矿水，以减少流程用水量。

4.2 改造流程

改造流程磨矿作业采用两段两闭路流程。矿石经8#皮带给入1#球磨机，经筛孔直径3 mm的圆筒筛筛分，筛下进入1#砂泵池，筛上和破碎段浓密机底流一同进入φ2.0 m螺旋分级机；沉砂进入1#球磨机再磨，溢流进入1#砂泵池，泵送至KC-XD30尼尔森选矿机进行重选。重选精矿进入摇床分选出重砂、中矿和尾矿，尾矿自流进入2#砂泵池，泵送至φ350 mm水力旋流器进行分级。溢流经除屑振动筛进入φ18 m浓密机，沉砂进入2#球磨机，磨矿矿浆返回1#砂泵池。技术改造后，磨矿—重选(尼尔森重选系统)流程见图4。

图4 二选厂磨矿—重选技术改造流程

4.3 技改特点

(1)1#、2#砂泵池输送泵选型合理，磨矿—重选流程平稳性好，二段旋流器的分级效果较为理想，提高了二段磨矿效率。

(2)为稳定尼尔森选矿机给矿，采用超声波液位计+变频器控制φ350 mm水力旋流器给矿压力为0.2 MPa，避免砂泵喘气和砂泵池矿浆溢出。

(3)合理调整两段球磨机的负荷比，最终磨矿细度-0.074 mm 60%～65%，日矿石处理量提高200 t。两段磨矿溢流矿浆均进入尼尔森选矿机进行重选，提高尼尔森选矿机金重选回收率。

(4)通过借鉴、优化原圆孔式圆筒筛，采用内部为螺旋筛面格网式圆筒筛一段磨矿产品进行分级，并借助1#球磨机旋转实现自转，实现“无驱动”运行。格网式圆筒筛可使矿浆流在内部有充分的筛分路径，自转产生的离心力有助于合格产品的分级，并拨离侧向旋出不合格产品，并通过反冲洗压力水实时净化筛面，筛分效果好，能耗低。

4.4 工艺流程优化

此次技术改造采用的尼尔森选矿机工作参数见表2。

表2 尼尔森选矿机参数

在保证尼尔森选矿机给矿量、给矿浓度、给矿品位和液态化水供水压力的前提下，对液态化水流量、循环时间进行优化。首先通过考察不同液态化水量对尼尔森重选精矿回收率的影响关系，确定最佳液态化水量为21.12～22.26 m3/h，然后根据每次卸矿排出的精矿量，设定合适的循环时间。优化后的3个富集阶段的液态化水量和循环时间见表3。

表3 KC-XD30尼尔森选矿机参数优化

多次生产实践表明尼尔森选矿机适宜的给矿粒度为-3 mm，磨矿细度-0.074 mm(65±2)%，给矿浓度(60±2)%。

5 改造效果

2015年5月尼尔森重选系统正式投入调试使用，经多次调试，2016年4月生产指标达到稳定，并最终达到设计要求。2016年4月至2017年3月重选生产指标见表4。

相比原重选流程，尼尔森重选系统在使用原磨矿、分级设备的基础上，仅在重选部分新增加4台变频器、4台砂泵、2台搅拌系统、2套超声波液位计，设备投入成本低。技术改造后，重选系统增加处理矿量200 t/d。按金品位5.30 g/t、综合回收率95.1%计算，每年可增加产金量327.62 kg，其中重选增加产金量171.29 kg，经济效益较好。

表4 重选生产指标

6 结 论

尼尔森选矿机是一种高效、节能、环保的离心重选设备，尼尔森选矿机+摇床组合的重选工艺回收中、粗粒金效果较好。某金矿二选厂工艺使用KC-XD30尼尔森选矿机代替传统混汞作业进行技术改造，实现原矿处理能力由500t/d到700t/d的提升，同时降低了重选成本，重选—浮选选矿工艺流程产金量显著增加，金回收率高达95.10%，相比原混汞+氰化法的回收率提高了0.5个百分点，对保障职工作业环境和环境保护具有重要意义，取得了较好的经济效益、社会效益和环境效益。

[1] 张金忠，姜良友，吴振祥，等.尼尔森选矿机及其应用[J].有色矿山，2003，32(3):28-31.

[2] 长春黄金研究院.内蒙古金陶股份有限公司多金属含金矿石选矿试验报告[R].长春：长春黄金研究院,2007.

[3] 长春黄金研究院.中国黄金集团内蒙古金陶股份有限公司第一选矿厂生产工艺流程考察报告[R].长春：长春黄金研究院，2014.

[4] 杨思军.尼尔森重选在两段磨矿中的配置研究及实践[J].有色金属：选矿部分，2017(2):67-71.