1、钨矿预选抛废技术研究进展李思佑1,李丽匣1,张宏亮1,2,晏丽鑫1,张晨31.东北大学 资源与土木工程学院,辽宁 沈阳 110819;2.赣州好朋友科技有限公司,江西 赣州 341000;3.核工业北京化工冶金研究院,北京 101149中图分类号:TD954;TD921+.7文献标识码:A文章编号:10010076(2023)03008907DOI:10.13779/ki.issn1001-0076.2023.03.010摘要我国钨矿资源具有优质资源消耗快、低品位矿石占比多的特点。近几年,随着优质钨矿资源储量的日益减少,低品位和复杂难选矿石的经济开发和高效利用愈发迫切。如何合理选择和利用预选抛
2、废技术是实现钨矿绿色开发、高效分选的关键。分析了钨矿预选抛废的必要性,详细阐述了人工拣选、重选法预选、磁选法预选以及智能光电预选的技术原理和特点,总结了钨预选抛废的研究与应用进展。分析认为,矿石性质、粒度分布等条件是选择适宜预选方法的关键;工艺及设备的优化和改进是今后传统预选方法的重要研究方向;智能光电预选会成为未来钨矿预选的热门选择。最后对钨矿预选未来的发展进行了总结和展望,以期为未来钨矿预选抛废技术的研究和应用提供参考。关键词钨矿;预选抛废;重选;磁选;智能光电预选 引言钨是一种高熔点、高密度且在地壳中分布较为广泛的元素,在工业上常被用于金属加工、材料制造、矿山开采以及建筑等领域,在日常生
3、活中也被用于制造电子产品、照明灯等,具有广泛的应用价值1。我国钨矿资源储量丰富,钨的储量、产量和出口量均位居世界第一位,根据中华人民共和国自然资源部统计,2022 年中国钨资源储量为 299.56 万 t,其中江西省钨资源储量为 169.36 万 t,占全国总量的 56.5%,居第一位,其次为湖南省(59.50 万 t)、河南省(17.44 万 t)2。随着高品质钨矿资源的日益减少,钨矿的原矿品位越来越低加上开采过程中围岩的混入,大量的废石进入选别作业,带来了极大的运行负荷。因此,本着“能抛早抛”的原则对矿石进行预选,提前丢废,成为钨矿分选研究的重要方向。本文介绍了我国钨矿预选工艺技术的研究现
4、状,以期为未来钨矿预选技术的研究和应用提供参考。1钨矿预选的必要性预选作业是指利用有用矿物和脉石矿物的某种性质差异,在细碎、磨选或精选作业之前丢弃部分低品位的废石,从而降低后续作业负荷的预先分选作业,也称预富集作业。钨矿进行预选抛废的原因主要有三点:(1)石英脉型矿床占我国钨矿石总量的 90%左右3。石英脉矿床具有矿脉较薄、急倾斜的特点,因此开采过程中围岩的混入率高,矿石贫化率最高可达到 90%3。(2)由于钨矿长期开采强度大,资源越来越贫化,黑钨矿资源趋于枯竭,而大部分白钨矿 WO3品位在 0.4%以下,导致选矿难度大,生产成本高4。(3)中深孔爆破法逐渐在钨矿山得到推广,提升了采矿效率的同
5、时也导致了矿石贫化率较高。当这些矿石进入到后续磨选作业时,会加大这些作业的处理量和能耗,降低经济效益。实践证明,预选效果的好坏、废石选出率的高低,不仅直接影响磨选作业的效益,而且也影响选矿厂的处理能力,对提高全厂技术经济指标起着重要作用5。此外,预选抛废作业也减少了选厂耗水量和细粒尾矿量,从而降低了选矿废水及细粒级尾矿堆存产生的环境污染。因此对钨矿石进行预选有利于降低成本,减少污染,提质增效,是实现资源最大化利用的有效手段。目前,可以实现钨矿预富集的方法有人工拣选、收稿日期:2023 05 30基金项目:国家重点研发计划(2022YFC2903802)作者简介:李思佑(2000),男,硕士研究
6、生,研究方向为矿石预选技术,E-mail:。通信作者:李丽匣(1980),女,博士,教授,研究方向为金属矿石碎磨及预选技术,Email:L。第 3 期矿产保护与利用No.32023 年 6 月Conservation and Utilization of Mineral ResourcesJun.2023重选法预选、磁选法预选以及智能光电预选。2钨矿预选技术研究进展2.1人工拣选人工拣选是一种根据矿石颜色、纹理等表面特征差异,由现场操作工人进行分拣的简单选矿方法,可分为正手选和反手选两种分拣方式,对粒度范围在18200 mm 的矿石有较好的预选效果6。由于石英脉型黑钨矿与废石颜色差异明显,因此
7、人工拣选的方法在黑钨矿选矿厂得到了广泛的应用,如大吉山选矿厂。大吉山钨矿选矿厂原矿经粗碎之后,+80 mm 矿石进行人工正反手选,80+16 mm 使用 XRT(X 射线透射分选机)预选机进行预选,经考察 2021 年全年平均废石选出率为 52.87%,矿石合格率为 92.77%。王玉彤等7对江西某钨矿进行工艺研究时,在预选工艺部分将原矿筛分分成+50 mm、50+27 mm、27+16 mm、16+12mm、12 mm 五个粒级,对前四个粒级进行手选。试验表明,原矿经分级手选可获得产率为 50.45%的合格矿,WO3品位为 2.04%、回收率为 94.56%。抛废率达到 45.89%,WO3
8、的损失率仅 0.80%,有效抛除废石降低了后续作业的负担。古吉汉等8对某钨矿进行了工艺流程改造,其中手选原作业为将出窿原矿破碎筛分为120+50 mm、50+2 mm 两个粒级进行反手选,但由于粒度范围过宽从而影响了工人的手选效果。经过工艺改造后,改为对120+50 mm、50+27 mm、27+16 mm 三个粒级进行反手选丢废,同时在手选时把块钨提早选出,防止在破碎中损失及泥化,最终预选 WO3回收率达到 94.55%,废石选出率达 53.56%,为后续作业创造了良好的条件。人工拣选对于大块钨矿抛废效果较好,丢废率可以达到 40%60%,且选矿成本低,成本主要来自选矿工人的劳动报酬。因此人
9、工拣选是选厂增加钨及伴生金属回收率、提高原矿品位和选厂经济效益的有效手段。但人工拣选具有分选效率低、人工成本高、工人劳动强度大等局限性,在未来逐渐会被智能光电预选技术替代。2.2重选法预选重选是利用矿石之间密度差异进行分选的一种选矿方法,常用于矿石细碎之后或进入磨选作业之前。目前最具有工业价值的钨矿为黑钨矿和白钨矿。其中黑钨矿纯矿物密度为 7.27.5 g/cm3、WO3含量 76%,白钨矿纯矿物密度为 5.86.2 g/cm3、WO3含量 80.6%,具有密度显著高于围岩及脉石密度的特点,故使用重选法对粗粒钨矿进行预选是可行的9。目前可以应用于钨矿预选的重选方法有重介质预选、动筛跳汰预选、螺
10、旋选矿机和螺旋溜槽预选以及离心选矿机预选。2.2.1重介质预选重介质选矿是根据矿物密度的不同在重介质中实现分离的选矿方法。目前其主流的应用设备是重介质旋流器,具有抛废率高、分选速度快、处理能力大等特点,在钨矿抛废领域得到广泛关注。近几年有许多学者对钨矿重介质预选进行了研究。周峰等人10对哈萨克斯坦某钨矿进行了试验研究,采用 LPPC350光电分选机、XRT 射线选矿机、重介质筒式分选机、重介质旋流器四种设备进行抛废对比。结果表明,重介质筒式分选机在重介分选密度为 2.7 g/cm3、分选粒度为70+6 mm 时效果最佳,抛废率可达到 62.9%、WO3损失率仅为 8.5%,取得了很好的预选指标
11、。曾海涛等11对某白钨矿进行了重介质旋流器预选抛废可行性研究,对破碎后的15+0.5 mm 粒级矿石进行了重介质旋流器抛尾,获得了抛废率 43.56%、WO3金属损失率 5%的良好指标,表明了使用重介质旋流器对该白钨矿预先抛尾在工艺上的可行性。刘书杰等12对WO3品位为 0.31%的某湖南高碳酸钙型白钨矿进行了重介质旋流器抛尾研究,其中 CaCO3品位为 39.36%。针对该矿样首先筛除了0.5 mm 的细泥,结果表明,15+0.5 mm 全粒级和分粒级重介质预抛试验指标差异较小,在相同的粒度条件下,预抛试验指标主要取决于介质密度,宜选择15+0.5 mm 粒级、采用介质密度 2.37 g/c
12、m3进行重介质预抛,抛废率达到 46.24%,WO3损失率为 5.15%。袁代军等13针对湖南某钨矿样品进行了预先抛废研究,以15+0.5 mm 作为给矿粒级、2.37 g/cm3作为分选介质密度,得到抛尾精矿 WO3品位 0.34%、回收率 96.62%、抛废率 31.37%的指标。经过对比,预抛给矿粒度为15+0.5 mm 时可获得与给矿粒度为5+0.5 mm 条件下相似的重介质旋流器产品指标,未来开采的中部矿石可以15+0.5 mm 粒级作为预抛给矿。重介质预选抛废方法原理简单,可选择设备种类多,能直接从低品位钨矿中抛出大量废石,针对15+0.5 mm 粒级的矿石均可取得较好的预选指标。
13、同时重介质预选也有着较多的缺点:(1)旋流器类设备需要保持恒压给矿,动能消耗巨大;(2)由于预选时物料粒度较粗且矿浆在旋流器内高速运动,旋流器特别是沉砂口的磨损十分严重;(3)由于产品是同重悬浮液一起排出的,因此必须配套重悬浮液的回收和净化系统,增加了工艺的复杂度。2.2.2动筛跳汰预选动筛跳汰机是一种依靠在介质中运动的筛板带动筛面上矿石运动,从而使矿石形成周期性松散,最终实现按密度分选的重选设备。我国第一台动筛跳汰机是由瑶岭钨矿在 1975 年研制的,主要用于光电 90 矿产保护与利用2023 年选矿尾矿的复选,相较于重介质分选,其分选工艺系统更简单。雷大士等14针对陕西某白钨矿样品进行了分
14、级跳汰试验,将原矿筛分为12+6 mm、6+4 mm、4+2 mm、2+1 mm 和1 mm 等 5 个粒级,并将前 4 个粒级分别进入跳汰作业进行预先抛废。其中,12+6 mm粒级抛尾量高达 98.84%,相对原矿的 WO3损失率仅为 2.43%。其余粒级的抛尾量均达到 50%以上,且回收率达到 90%以上,取得了较好的分选指标。陈晓玲等15针对斑岩型钨钼矿石进行了磨矿分级返砂试验研究,对返砂的2+0.246 mm 筛分产品进行跳汰预选抛 废 试 验,抛 废 率 达到 49.13%,废 石 WO3品 位 为0.024%、WO3损失率仅为 5.31%。表明动筛跳汰机可有效实现2+0.246 m
15、m 粒级矿石的预选抛废,减少返砂量,提高返砂的 WO3含量;返砂中0.246 mm 粒级产品可以直接进入浮选作业。动筛跳汰机与重介质分选,均可以实现较细钨矿石的预选,减少后续作业的负荷。动筛跳汰机具有操作简单、设备性能稳定、单位面积处理能力大等优点,并且克服了重介质分选的某些缺点,如无需压力给矿、减少设备磨损等,可以实现钨矿物的低成本回收。动筛跳汰机的缺点在于:(1)动筛跳汰机的入料性质和给料速度均会影响跳汰床层的稳定性,因此需要保证入料的均质化和均匀的给料速度;(2)相较于重介质旋流器,动筛跳汰机占地面积较大,单位矿石的耗水量较高。2.2.3螺旋选矿机和螺旋溜槽预选螺旋选矿机是一种简单高效的
16、重力分选设备。矿浆给入溜槽之后,固体颗粒受到流体运动的影响,在自身重力、惯性离心力和摩擦力的共同作用下,实现分离成为精矿、中矿和尾矿。螺旋溜槽的工作原理与螺旋选矿机类似,但是其横向倾角更小,內缘无冲洗水管。二者由于结构简单、处理量大、无运动部件等优点,近年来在钨矿预选抛废领域得到了广泛关注16。毕克俊等17对云南某白钨矿进行了螺旋选矿机抛废试验。通过在选厂原工艺直线振动筛后添加一台螺旋选矿机进行抛尾,抛废率达到 31.90%,废石 WO3品位为 0.096%,减少了后续作业的处理量,降低了磨矿成本。陈慧杰等18采用重选强磁联合分选工艺对新疆某钨矿进行了试验,通过螺旋溜槽抛尾摇床工艺全流程试验,
17、螺旋溜槽预选抛尾率 36%,最终重选钨精矿 WO3品位 52.50%、回收率 78.01%。此外,螺旋溜槽用水量相对其他重选方法较少,这对于类似新疆等干旱地区具有重要意义。周新军19针对江西某黑白钨混合矿进行了预选抛尾研究,采用螺旋选矿机重选抛尾,重选给矿粒度在 0.85 mm 以下,螺旋选矿机作业所得尾矿采用 0.074 mm 格筛筛分,筛下作为细泥中矿,筛上为抛弃尾砂,试验可得尾砂产率 37.28%、WO3回收率 6.12%,抛尾效果十分理想。螺旋选矿机和螺旋溜槽作为高效的重力选矿设备,可以实现对粗、中粒级矿物有效预选抛废,并且可降低分选能耗、简化分选设备。但二者也存在缺点:分选效率低,机
18、身高度大,给矿和循环的中矿需要砂泵进行输送。目前,这类设备在钨矿山应用较少16,因此进一步研究和推广螺旋选矿机和螺旋溜槽在钨矿预选领域的应用具有重要意义。2.2.4离心选矿机预选离心选矿是利用矿物在离心力场中受力不同来实现分选的重选技术。由于离心选矿机分选粒度下限低,在钨细泥回收联合工艺中,常用于钨矿的预富集20。目前,离心选矿机在钨矿细泥回收的预选工艺中有着广泛的研究和应用。周晓文等21针对江西某选厂所属难选钨细泥进行了“预先浮选脱硫离心选矿机预选”试验,最终离心选矿机预选精矿 WO3品位 0.76%,回收率达到 82.28%,取得了较好的预选效果。常学勇等22针对某硫化钼尾矿采用 Falc
19、on 离心机进行了重选法预选试验,经试验证明,采用 Falcon离心机可提前抛出 51.77%的尾矿,WO3作业回收率为 78.14%,大幅降低后续作业的入选矿量。张小冬23针对铁山垅钨矿钨细泥采用“脱硫离心选矿”工艺进行了预富集试验,离心机得到离心尾矿 WO3品位为 0.058%,低于选厂尾矿 WO3品位 0.09%,预选精矿WO3品位达到 9.65%。相较于其他预选方式,离心选矿机对微细粒矿物的预选分选有着良好的效果,常用于钨细泥回收工艺中的预选抛废作业。离心选矿机的不足在于:(1)离心选矿机用水量和耗电量较大,且设备磨损较为严重;(2)其生产适应性较低,结构参数仍有待改进。2.3磁选法预
20、选磁选是以矿物的磁性差异实现分选的选矿方法。黑钨矿具有弱磁性,可以利用强磁选法将其从非磁性矿物中分离出来。而白钨矿常常伴生其他金属矿物,当这些金属矿物也具有磁性时,磁选法也可以用于白钨矿的预选抛尾。李军等人24针对阿根廷某黑钨矿进行了试验研究。试验先使用弱磁选抛除矿石中的磁铁矿,再使用强磁预选得到强磁钨精矿。经弱磁选强磁选预选,抛废率可达 86.48%,预选精矿中 WO3回收率为 93.97%,WO3品位 4.27%,取得了较好的预选指标。刘进等人25使用高梯度磁选法对某钨钼矿进行了抛废试验研究,该原矿中弱磁性脉石矿物含量高达 67%,WO3品位为0.21%、Mo 品位为 0.12%。通过高梯
21、度磁选工艺全流程试验,试验抛尾率 53.41%,非磁性产品 WO3品位提高到 0.41%。李光英等26对某矽卡岩型多金属硫化矿第 3 期李思佑,等:钨矿预选抛废技术研究进展 91 进行了回收白钨矿试验研究,通过磁选抛尾试验,试验抛废率 48.10%,精矿 WO3品位 0.35%、WO3回收率87.75%,显著提高了浮钨入选品位,同时还起到了强化硫脱除的效果。万宏民等27对某难选高硫含铜白钨矿进行了选矿试验研究,通过磁选和铜硫混合浮选铜硫分离工艺,对铜和硫进行充分回收的同时使白钨矿达到初步富集,最后通过白钨矿常温浮选得到 WO3品位为 63.93%、回收率为 89.60%的白钨精矿,有效地实现了
22、铜硫的分离和白钨矿的回收。磁选法预选工艺流程简单,环境污染小,在含磁性矿物的钨矿预选抛尾中有着独特的优势。但磁选法预选的应用范围较为有限,由于其是根据矿物磁性差异实现分离的,因此只适用于处理矿物成分磁性差异较大的钨矿石。当矿石中矿物磁性差异较小或伴生矿物较多难以实现单体解离时,应选用其他预选方法。2.5智能光电预选随着计算机、人工智能等前沿科技的发展,智能光电预选技术也得到了长足的发展。智能光电预选是利用各种光信号对散装物料进行线扫描,并使用传感器或不同传感器的组合对散状物料进行逐粒检测,根据传感器检测结果和数据处理结果,机械剔除部分在成分上不符合要求颗粒的分选技术。智能光电预选技术已在钨矿预
23、选领域得到了广泛的研究和应用,主要包括图像色选技术和 XRT 预选技术28。2.5.1图像色选技术图像色选技术是利用高清相机对矿石进行线扫描,探测矿石表面颜色、纹理、光泽等,根据矿石与废石的表面特征差异进行预选抛尾。黑钨矿矿石表面特征明显,其颜色和纹理与脉石围岩往往具有较大差异,使用图像色选对黑钨原矿进行预选具有较好的效果。冯伯翰等29针对韶关地区石英脉型钨矿使用图像色选机进行了色选试验研究,原矿 WO3品位约为0.28%、SiO2含量 72.36%,石英脉表面呈白色,与以花岗岩为主要成分的黑色废石有显著颜色区别。针对22+15 mm 粒级的原矿进行图像色选试验,处理量达到 2 500 kg/
24、h 以上,抛废率达到 84%以上,可以实现分选精度超过 99%的分选效果。刘高强等30对江西某黑钨矿山55+25 mm 原矿进行图像色选机的人工模拟生产给矿试验和工业试验,分别取得了废石合格率95%以上和废石合格率 97%以上的良好指标,并将其应用于工艺流程的改造。结果表明,图像色选机可以利用矿石与废石之间的颜色、光泽或形状差异,实现有效分选。罗仙平等31针对原矿 WO3含量为 0.28%的中钨高新下属某黑钨矿,色选机预选可以实现抛废率达 72%,精矿 WO3品位达 0.89%、回收率达 89.70%;针对章源钨业下属某黑钨矿原矿 WO3品位为 0.35%,色选机抛废率达 85%。图像色选技术
25、与人工拣选分选原理类似,均依据了矿石表面颜色、纹理等特点。已有现场利用图像色选机代替部分人工拣选,以提高对大块矿石的拣选效率,降低工人劳动强度,节省人力成本。但图像色选技术必须配置洗矿系统,增加了流程的复杂度,并且其只对矿石、废石表面特征差异明显的矿石具有较好的效果,具有一定的局限性。当矿石组分结构复杂、连生体较多、表面特征差异较小时,则需要使用 XRT预选技术。2.5.2XRT 预选技术XRT 预选技术是使用射线源发射 X 射线对合适粒级的矿石进行透视成像,利用人工智能技术对含有不同矿石成分差异信息的图像进行识别,最终通过分离系统进行分选的技术。由于 X 射线穿透能力强,数据是通过检测穿透物
26、体时产生的能量信号生成的,因此 XRT 预选技术可以探测到矿石密度、组成元素等差异,从而克服了表面粉尘或连生体较多造成的误判问题32。目前,XRT 预选技术是钨矿预选的热门研究方向。袁明才等33使用 SIXS-1 400 型智能矿石分选机,对石英脉型黑钨矿样品进行了小型分选试验、半工业连选试验以及工业化试验。在小型试验中,对32+16mm、40+32 mm、60+40 mm、80+60 mm 等 4 个矿样粒级进行了预选试验,抛废率分别为 87.43%、90.60%、86.24%、81.88%;在半工业连选试验中,32+16 mm、60+40 mm、80+60 mm 粒级矿样的抛废率分别为90
27、.15%、83.76%、82.00%;在工业试验中,32+16 mm、40+32 mm、60+40 mm、80+60 mm 等 4 个矿样粒级的抛废率分别达到了 92.27%、89.67%、79.37%、88.57%,尾矿 WO3平均品位分别为 0.016%、0.013%、0.017%、0.014%,精 矿 WO3回 收 率 分 别 为 77.17%、86.90%、86.22%、84.48%。冯伯翰等34使用 XRT 预选技术对崇义县某黑钨矿进行了分粒级选别试验研究,试验结果表明,对于不同粒级的钨原矿 WO3回收率达到85%以上,实际生产抛废率达到 75%以上,可以大幅度提高选矿量,降低企业的
28、选矿成本。徐凤平等35对湖南新田岭钨矿中碎产品30+10mm 和60+30 mm 粒级分别进行了 XRT 预选抛废试验,表明白钨矿在预抛精矿中富集,根据现场可行性分析,若中碎产品的作业抛废率达到 30%,选厂破碎作业处理量提升了 30.5%,中碎作业运转率提升了8.97 百分点。张建强等36对于 WO3品位 0.2%的低品位白钨矿进行了 XRT 预抛试验,当入选粒级控制在60+15 mm 时,抛废率可达到 50%,金属回收率达到92%,精矿 WO3品位可以达到 0.30%0.50%。范阿永37对于某钨矿选矿厂的 WO3品位 0.301%的矿样进行了 92 矿产保护与利用2023 年半工业试验,
29、抛废率达到了 33.3%,废石 WO3品位仅为 0.036%。XRT 预选技术可以快速、准确地分析钨矿石内部矿物结晶的分布情况,实现很好的抛废效果,具有分选速度快、效率高、误差率低的特点。但其需要严格控制入选粒度所带来的影响,防止因粒度过大而导致矿石难以抛出和粒度过低而导致设备处理量下降等问题,这也是所有智能光电预选技术所需要克服的难题之一。智能光电预选技术在矿石的预选领域逐渐获得了应用,会随着 AI 算法的发展而进步。在未来,如何提高设备处理能力、成像精度、分离精度以及环境适应性,将是智能光电预选的主要研究方向。3总结与展望(1)对钨矿废石或低品位钨矿进行预选抛废,可提高入选原矿品位、降低后
30、续磨选作业负荷、提高选厂经济效益,是处理薄矿脉、低品位矿石的有效分选手段,更是节能减排、建立环境友好型矿山的重要方法。选取适宜的预选方法可以提前抛出 30%以上的废石。目前钨矿的预选抛废方法有人工拣选、重选法预选、磁选法预选以及智能光电预选。根据矿石性质、粒度分布等条件,选取适宜的预选方法,是实现有效预选抛废的首要任务。(2)重选法预选主要包括重介质预选、动筛跳汰预选以及螺旋选矿机和螺旋溜槽预选。其中重介质预选和动筛跳汰预选是目前研究最多、应用最广泛的重力预选方法。螺旋选矿机和螺旋溜槽近几年在白钨矿预选领域受到关注,进一步研究和推广螺旋选矿机和螺旋溜槽预选是重力预选抛废的重要方向。离心选矿机是
31、实现对钨细泥预选的有效方法,加强设备的优化和改进是未来离心选矿机的重要研究方向。(3)磁选法预选主要应用于黑钨矿的强磁预选以及含多金属硫化矿的白钨矿预选抛尾。在未来,改进磁选设备以提高处理量、选择性及粒级适应性是磁选法预选的重要研究方向。(4)智能光电预选是一种新型预选技术,其中,图像色选技术和 XRT 预选技术在许多钨矿山实现了较好的应用。分选效率高、准确度高的特点使其逐步取代人工拣选和其他方法成为未来预选抛废的热门选择,在低品位、复杂多金属钨矿预选领域将发挥更大作用。参考文献:WANG X,QIN W Q,JIAO F,et al.Review of tungsten resource r
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