尼尔森选矿机及其应用.pdf

2003年6月 第32卷 第3期 有 色 矿 山 Nonferrous Mines Jun. ,2003 Vol. 32 No. 3 尼尔森选矿机及其应用 张金钟1,姜良友2,吴振祥3,罗中兴3 1 1 北京华宝技贸公司,北京100085 ; 21 长春黄金设计院,吉林 长春130012 ; 31 中国有色工程设计研究总院,北京100038 [关键词]贵金属;金;铂族金属;重选;离心选矿机;尼尔森选矿机 [摘 要]本文就尼尔森选矿机的结构与原理、 适用对象及生产实践等作了较全面的介绍,其中包括部分应用 数据调查和多种典型应用案例。文中还较完整地介绍了黄金选矿的 “全重选eXtreme Gravity” 工艺。 [中图分类号] TD455 15 [文献标识码] B [文章编号] 10022895120030320028204 Knelson concentrators and its application ZHANGJin2zhong1, J IANGLiang2you2, WU Zhen2xiang3, LUO Zhong2xing3 11Beijing Huabao Technology and Trading Co. , Beijing100085, China;21Changchun Gold Design Insti2 tute , Changchun130012, China;31China Nonferrous Engineering and Research Institute , Beijing100038, China Key words precious metals; gold; platinum group metals; gravity concentration ; centrifugal concentrator ; Knelson concentrator Abstract This paper reviews the basic structure and working mechanism of Knelson concentrators and their typ2 ical installation cases in mineral processing industry worldwide , inclusive of some newly appeared trends such as “eXtreme Gravity XG”flowsheets etc. . Some key survey data from the global customers are additionally available. [收稿日期] 2003204220 [作者简介]张金钟1966 - ,男,河南许昌人,工学硕 士,尼尔森中国代理公司首席代理;从事黄金选冶工艺、 设备 的研发和引进。 1 前言 尼尔森选矿机 Knelson concentrators是一种高 效的离心选矿设备。它适于从矿石及其它固体物料 中回收金、 银和铂族等贵金属,并已成功地用于其它 一些较大比重矿物的选别。实践表明,它已成为世 界许多新建和改建的各种规模的黄金、 有贵金属伴 生的有色金属选矿厂选用的重选设备。 重力选矿作为主要的选矿方法之一,具有无环 境污染、 潜在适用面广的特点。但在过去相当长的 一段时间内,随着矿物资源难选性增加,通常认为其 技术发展空间和应用范围已十分有限。离心作用能 产生高倍 “强化重力” 的特性为重力选矿进一步发展 提供了理论可能。多种离心选矿机的出现正是建立 在此基础上。但物料选别床层迅速压死,缺乏足够 的有效分选时间一直是此类设备的最大缺点。 拜伦尼尔森Byron Knelson先生成功解决了上 述难题,发明了以其姓氏命名的 “尼尔森选矿机” 。 实践证明它能很好地适用于贵金属选矿和其他许多 矿物的选别,并在世界范围内得到广泛认可和采用。 尼尔森选矿机最早的商业产品始于1978年。 到目前为止,它已在70多个国家使用,累积总安装 已达2 700多台套。我国已在山东尹格庄2 000t/ d 的大型金选厂得到成功应用。 1 尼尔森选矿机结构与原理 111 基本结构 尼尔森选矿机的分选机构是一个内壁带有反冲 水孔的双壁锥,可理解为由两个可一同旋转的立式 同心锥构成。外锥与内锥之间构成一个密封水腔。 内锥的内侧有数圈沟槽,并有按一定设计排列的进 水孔,叫流态化水孔;内锥称为富集锥。 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 设备的其余部分由给矿、 排矿、 供水气装置及 驱动、 自动控制系统和机架等组成。 112 工作原理 尼尔森选矿机是基于离心原理的强化重力选矿 设备。在高倍的强化重力场内,比重大和比重小的 矿物的重力差别被极大地放大,这使得轻重矿物之 间的分离比自然重力场内更加容易;而特殊设计的 物料床层保持结构,在具有专利技术的流态化水和 干涉沉降的相互作用下,能够持续地保持松散状态。 在上述条件下,重矿物颗粒能够取代轻矿物颗 粒在选别床层中占据的位置而保留下来,轻矿物颗 粒则作为尾矿排出,从而实现矿物颗粒按比重分选。 加拿大麦吉尔大学的凌竟宏和A. R. Laplante 推导出,在斯托克斯定律范围内,矿物颗粒在尼尔森 选矿机内的瞬时径向沉降速度为 dr dt D2ρs-ρ r ω 2 18μ -u1 式中 r 球形固体颗粒在时刻t的径向位置; D 球形固体颗粒的直径; ρs 固体颗粒的密度; ρ 液体的密度; μ 液体的粘度; u1 流态化水的径向速度; ω 锥的角速度; dr/dt 球形固体颗粒瞬时径向沉降速度。 从上式可以看出,当转数给定时,改变流态化水 的速度,可改变矿粒离心沉降速度的大小。 该机在生产运行时,富集锥内的离心加速度可 达60倍或更高的重力加速度,当矿浆给入富集锥底 部时,矿浆在离心力的作用下被甩向富集锥的内侧 壁,并沿着内壁向上运动,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,单体金等重矿物颗粒能克服 水的径向阻力,离心沉降或钻隙沉降在精矿床内。 而脉石矿物因受离心力较小,难以克服反冲水力的 作用,结果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。 2 适用物料及粒级 211 适用物料 尼尔森选矿机现有两种类型产品,一种是间断 排矿型,另一种是连续可变排矿CVD型,根据精 矿产率大小不同,两类产品各自适用于不同的情况。 一般以精矿产率011 为分界线,在分界线以下考 虑用间断排矿型,反之则用连续可变排矿型。 间断排矿型选矿机排放周期取决于所处理矿石 的性质、 给矿量等,脉矿一般为1～4小时,砂矿一般 为4～12小时。连续可变排矿型选矿机可连续排 矿,并根据需要连续调节精矿产率,可在0～50 任 意选择。间断排矿型尼尔森选矿机适用于贵金属回 收,包括金、 银和铂族金属。其中最为广泛的应用是 岩脉金、 砂金及有色金属伴生金的回收;从镍铜硫 化矿石中回收铂、 钯等是近年来尼尔森选矿机应用 的又一大进展。连续可变排放型尼尔森选矿机主要 用来回收较大产率一般大于01 5 的有价组份。 当目的矿物和脉石比重差大于115时,CVD型选矿 机能使它们有效的分离。可应用于黑白钨矿、 锡 石、 钽铁矿、 铬铁矿、 钛铁矿、 金红石、 氧化铁矿物和 含金银的硫化物等较大比重矿物的富集,以及工业 矿物除铁、 粉煤的洗选等。 除上述矿石之外,尼尔森选矿机已在多家选矿 厂被用来从含金浮选铜精矿等物料中分选出高品位 的金精矿,以此提高金的冶炼厂净返NSR系数,增 加经济效益。另外它还在非矿物资源回收方面开始 得到应用。 212 给矿粒度和回收粒级 尼尔森选矿机给矿粒度区间较宽,间断排矿型 为0～6mm ,连续排矿型为0～312mm。其回收粒级 很宽,以金回收为例, 38μm为极易回收粒级,10 ～38μm为可回收粒级, - 10μm为较难回收粒级。 在生产实践中,单体解离的金粒绝大多数为可 回收粒级,因此这部分单体金较易回收。 3 生产实践 311 应用概况 尼尔森选矿机已在世界黄金工业中普遍得到应 用,迄今为止,公司已累积售出2 700多台套设备, 客户遍及七十多个国家。有数字表明,在产金大国 澳大利亚,黄金年产量的35 由尼尔森选矿机产 出,加拿大是30 ～35 ,南非和俄罗斯是15 。 对铂族金属回收也取得了很好的效果,如在俄 罗斯的诺里斯克Norilsk矿业公司,尼尔森选矿机 被用来加强铂钯的回收,使得铂、 钯的回收率提高了 6 ～8 。该公司已成为尼尔森公司的最大客户之 一,安装KC - XD4848英寸设备已达26台。 连续排矿型尼尔森选矿机在非贵金属选矿中的 92第3期 张金钟等尼尔森选矿机及其应用 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 应用已显现出良好的发展趋势,已开始在加拿大、 俄 罗斯和非洲等地区得到工业应用。 312 应用情况调查结果 为了更好了解尼尔森选矿机的应用情况,在 1998年曾对全球客户进行了随机抽样调查,摘录部 分调查内容平均值如下精矿Au品位为20 949 g/ t ;金回收率为31176 ;设备运转率96189 ;主 要耐磨件使用寿命预期13 978～40 000小时;备件 消耗成本018美分 / t 以CD30英寸为例。 调查结果说明,尼尔森选矿机具有令人满意的 重选工艺性能,设备日常维护工作量和费用很低。 313 生产实例 31311 在炭浆厂的应用 南非的President Steyn金矿采用炭浆工艺,月 处理矿量70 000～95 000t。在1999年后期到2000 年3月,对磨矿流程进行了改造并引进尼尔森选矿 机进行重选。包括将1 和3 两台半自磨机改为全 自磨和恢复2 磨机生产,三个磨矿回路各加装1台 KC - CD2020英寸尼尔森选矿机。 优化工艺流程以期达到如下目标降低浸渣品 位;消除偶尔浸渣品位极高的不稳定现象;降低入 浸品位和减少浸出时间;增加金总回收率1 ～ 2 ;有效的安全性;改善现金流较大部分金尽早产 出。 在试验结果评估的基础上,该矿先后在2000年 3月15日之前安装了3台CD2020英寸设备。 第1台设备安装到3 磨机回路,于1999年11 月15日试车,并于当月底比预期多产金62kg ,这部 分金来自于原系统的金沉积和循环负荷;第2台安 装在2 磨机回路,当时磨机是新衬板,没有发现预 想的 “丢” 金现象。尼尔森选矿机使得循环负荷中金 没有再进入衬板中。 安装时将一段旋流器位置提高,在沉砂池的底 部加装带有控制阀的6英寸出口管,给料至筛孔为 3mm的筛子。筛下物自流到尼尔森选矿机,筛上物 和选矿机尾矿自流进入磨机给矿端。控制阀由选矿 机的独立控制系统控制。 第3台尼尔森选矿机装在1 磨机回路,2000 年3月15日试车使用。 选矿机的精矿各自排至储料箱中,用安全笼防 护。每天清空储料箱,送至冶炼间进一步处理。选 矿机的精矿经Gemeni摇床精选后焙烧、 冶炼。摇 床尾矿返回到磨机。Gemeni摇床精选的作业回收 率约为85 。 试验预期实际生产中尼尔森重选回收率可能为 30 ～32 精选之前。投产后,发现冶炼浇铸金 的回收率已达30 ～35 ,估算尼尔森重选回收率 为35 ～41 ;后经优化操作参数,冶炼浇铸金的 回收率达44 ～45 。估算尼尔森重选回收率可 达51 ～53 。 尼尔森的重选应用达到或超过原预期目标。浸 渣品位由过去平均为0122g/ t降至0116g/ t ;浸渣品 位波动远比以前要小;入浸品位也由415～510g/ t 降为217～310g/ t ,由于要求的浸出时间减短,因此 去掉了6个浸出槽中的2个;氰化物的用量降低 10 ;重选投产后金的总回收率大于97 ,而过去 的月平均值小于95 ,因此金的总回收率提高了 2 以上。 31312 代替磨矿回路中的传统重选设备 1代替跳汰机。位于西班牙的Rio Narcea金 矿是一个含铜矿山,Au 410～610g/ t ,Cu 012 ～ 019 ,其中铜90 以上为氰化易溶铜。 选厂于1998年初投产,处理能力60～70t/ h , 工艺流程为 “跳汰重选浮选炭浸” 。重选金回收 率为2 ,浮选金回收率为70 ,炭浸回收率为 18 ,金总回收率约87 。浮选金的冶炼厂净返 NSR值仅为8215 。 从1998年10月起,采取加装1台30英寸尼尔 森选矿机作重选为主要措施,辅以其他一些相关改 造,30英寸尼尔森选矿机的精矿用12英寸尼尔森 选矿机精选后卖出。至1999年10月,金的重选回 收率由原来的2 提高到了20 ～25 ,这部分金 的冶炼厂净返NSR值为9713 ,仅此一项月增效 益150 000美元。此外还增加了选厂处理能力 30 ,生产流程更加稳定。 2代替摇床。澳大利亚的Paddington金矿处 理矿石120万t/ a ,采用炭浸工艺。原设计在磨矿回 路中的旋流器底流用摇床回收粗粒金,投产后重选 金回收率仅为3122 。后改用2台30英寸尼尔森 选矿机代替摇床,其重选回收率从3122 提高到 3218 ,并使选厂金的回收率提高了2 。应用结 果既减少了劳动力,改善了劳动条件,又提高了经济 效益。 31313 在伴生金的有色矿山应用 位于秘鲁的BHP公司的Tintaya铜金选矿厂, 日处理17 500t含铜硫化矿石,原矿含Cu 1160 , 03有 色 矿 山 2003年第32卷 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. Au 0135g/ t。选矿厂原浮选回路铜的回收率为 90 ,金的回收率为60 。用尼尔森选矿机对3个 系列中的一个系列的磨矿回路中的循环负荷进行重 选,使整个选矿厂的金回收率提高了5 ,所得重选 精矿金品位320g/ t。 位于加拿大温哥华岛的Westmin矿是一座中 型有色矿山,处理矿石3 500t/ d。矿石中包括黄铜 矿和闪锌矿的硫化物约占50 ,Au 210g/ t。经浮选 处理,金在铜精矿中的回收率为35 ,锌精矿中 15 ,其余50 流失在尾矿中。后在磨矿回路中加 装1台30英寸尼尔森选矿机处理部分旋流器沉砂, 金的总回收率增加了313 。 31314 “全重选” 选金工艺 用 “全重选” 工艺选金是建立在更高效率的尼尔 森重选技术之上的现代环保选金工艺。在这些金选 厂的流程中,还运用了粉矿预先筛分选别、 旋流器分 级富集和最佳的循环负荷等措施,来最大限度地提 高金的回收率。图1是其中可供选择的流程之一。 a 尼尔森选矿机 图1 一种全重选工艺流程 全重选的优点是工艺流程简单、 投资少,返本 期短;不使用化学试剂,环保条件好,建厂易被政府 批准。部分全重选金矿资料见表1。 表1 部分全重选金矿资料 年份矿山处理能力/ t/ h矿石性质原矿品位/ g/ t回收率/ 1997～1998 Molodezhnoe Bogatyr 15 15 硫化物 3 21～24 4 92～94 70 1997～1999Kedrovskoe15硫化物3 ～5 7～870～80 1995Biler15 硫化物1 58 Au 63μm 2688 1996～1999Kedrovshoe15硫化物2 ～3 111586～90 1999Muzhievski20～25Au 40～70μm1085～90 注以上矿山均为前苏联矿山。 31315 在低品位砂金矿的应用 澳大利亚Metana矿物公司在Howley地区的 砂金处理厂采用 “筒筛跳汰” 处理流程,投产后金 回收一直在0125～0130g/ LCM松散立方米 , 远低 于试验预期。原因在于砂矿中含有粘土团粒,一是 包裹金粒从跳汰进入尾矿,二是与其他筛上物一起 从筒筛进入尾矿。 后用1台30英寸尼尔森选矿机再处理其尾矿 库尾矿10 224m3,回收金0173g/ m3,而同样的尾矿 5 000m3用跳汰再处理,回收金仅为0125g/ m3因 为粘土团粒在尾矿库已有碎散。 经过比较,该厂重新建立了一个包括3台30英 寸尼尔森选矿机在内的新重选流程,处理能力80～ 100m3/ h。Metana矿物公司稍后又在原处理厂不远 的地方建了一个新厂,生产流程与原厂相同,总共安 装有9台30英寸尼尔森选矿机。在生产成本没加 大的情况下,金回收率提高了约35 。 31316 铂族金属的回收 从1996年至今,在俄罗斯诺里斯克Norilsk矿 业公司共安装有26台48英寸尼尔森选矿机,用以 加强铂族金属和金的选矿回收。尼尔森公司推算, 在诺里斯克单由尼尔森选矿机回收的铂族金属可能 为4～5t/ a。 处理物料有选厂磨矿分级回路产品、 现生产浮 选尾矿和尾矿库老尾矿等。 在诺里斯克,尼尔森选矿机的高效重选产出了 高品位的铂族金属精矿,减少了其在尾矿中丢失,并 使这部分高品位重选精矿可以得到单独处理,而不 再涉及更为复杂的回收铜镍等的火法和湿法生产主 流程。这显著提高了贵金属的总回收率。 下转第37页 13第3期 张金钟等尼尔森选矿机及其应用 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 要仔细研究所作项目是否享受这种待遇,最后确定 是否记取这两项费用。冬瓜山铜矿依据国发[1997] 37号文 国务院关于调整进口设备税收政策的通 知,对埋藏深和难选冶的矿产开发,可免征进口设 备的关税和增值税,因此在确定设备价时,可不记取 这两项费用。 315 工程建设其它费用的确定 工程建设其它费用一般占总概算投资的40 左右,是指从工程项目筹建到工程竣工验收交付使 用的整个建设期间,除建筑安装工程费和设备、 工器 具购置费以外的,为保证工程建设顺利完成和交付 使用后能够正常发挥效用而发生的各项费用的总 和。其中包括土地及资源转让费,与项目建设有关 的其它费,与未来企业生产经营有关的费用,工程预 备费,建设期贷款利息,固定资产投资方向调节税。 这些费用对于一个具体的工程项目来说有些是必需 的,而有些就不一定发生,在作概算时要根据工程项 目的实际情况来确定。由于该部分所占投资比例较 大,而且又有一定的弹性,因此在作概算时一定要认 真研究,要与项目法人和地方政府进行密切合作,切 不可简单套用书本行事。例如土地及矿产资源补偿 费问题,首先必须搞清楚是无偿划拨还是有偿转让, 若为无偿划拨则不计取这两项费用,若为有偿转让 就得根据国家土地及矿产资源有关条例对其进行资 产评估,以确定其价格列入概算内。对于有些费用 有一定的取值范围,一定要根据工程具体情况而定, 而不能简单从事。例如工程预备费一般规定为占工 程费和其它费之和的7 ～15 ,究竟取上限还是 中限或下限要根据具体情况而定。例如冬瓜山铜矿 从表面上看应取上限,因其井深开采难度大,生产规 模大,基建周期长。而实际情况并不完全如此,因冬 瓜山铜矿从探建结合开始至今井巷开拓工程已完成 近20万m3,难施工地段已基本完成。到目前为止 已完成的建安及设备投资近4亿元人民币。无论从 地面还是到井下不可预见工程已相对减少,因此对 其工程预备费的比率选取相对取中下限为宜。 4 结语 通过以上几个方面的论述,对如何编制好初步 设计概算总结以下几点体会。 1各专业应相互协调使概算所用工程量准确 无误。 2开拓单价的确定要体现矿山的实际特征。 3地面建安指标的选取一定要注意工程的类 似性和价格内容的完整性。 4设备价格的确定应该采用询价的方式,尤其 对用量多价格高和进口设备更应如此。 5工程建设其它费的记取一定要根据工程项 目的实际情况而定,不能照本套用。 上接第31页 4 结语 尼尔森选矿机为更多的矿物资源利用无污染的 重力选矿技术选别提供了更好的选择,为在选矿流 程中尽早回收单体解离的有用矿物开创了一条新 路,为回收贵金属的选矿厂改变或优化选矿产品的 贵金属产出结构提供了可行的技术手段。 特别是在有色金属 贵金属共生矿山,国外出 现了尽量用尼尔森重选技术改变选矿产品的贵金属 产出结构,提高贵金属冶炼厂静返NSR值,以取得 更好经济效益。这种现象值得国内相关企业重视和 借鉴。在现阶段,用该设备替代现有金矿选厂的混 汞作业,在保持相近回收率的情况下,具有更重要的 环保意义,而且日常运营成本很低。 我国的许多金矿、 金铜矿或伴生贵金属的有色 矿山都有很好的尼尔森选矿机应用条件。如山东蓬 莱的黑岚沟、 大柳行金矿等,金的嵌布粒度粗,磨矿 易于单体解离,常规重选加浮选难以达到最佳的回 收效果;河南金源黄金矿业公司、 湖北的鸡笼山金铜 矿和三鑫金铜股份公司等矿山也都有很好的资源应 用条件;德兴铜矿和金川镍铜矿,根据有关资料判 断,也都有应用尼尔森选矿机加强贵金属回收的潜 力,既可提高贵金属选矿回收率,又能产出高品位贵 金属精矿,这些都会给企业带来可观的经济效益。 73第3期 侯建兴冬瓜山铜矿初步设计概算编制的几点体会 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.