尼尔森式离心选矿机介绍

砂金设备尼尔森选矿机及其应用
1 　前言
 尼尔森式离心机 ( Knelson concentrators) 是一种高效的水套离心机离心选矿设备。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选砂金机械重选设备。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。多种砂金机械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”。实践证明该水套离心机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。水套离心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 　尼尔森式离心机结构与原理
1 1 1 　基本结构
尼尔森式离心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。砂金机械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。
1 1 2 　工作原理
尼尔森式离心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。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。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
2 1 1 　适用物料
尼尔森式离心机现有两种类型产品 , 一种是间断排矿型水套离心机 , 另一种是连续可变排矿 (CVD) 型水套离心机 , 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 0 1 1 % 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 0.15 %)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。
2 1 2 　给矿粒度和回收粒级
尼尔森式离心机给矿粒度区间较宽 , 间断排矿型为 0 ～ 6mm , 连续排矿型为 0 ～ 3 1 2mm 。其回收粒级很宽 , 以金回收为例 , + 38 μ m 为极易回收粒级 ,10～ 38 μ m 为可回收粒级 , - 10 μ m 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
3 1 1 　应用概况
尼尔森式离心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 多台水套离心机 ,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 , 选砂金设备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 - XD48(48 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尼尔森选矿机及其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。
3 1 2 　应用情况调查结果为了更好了解尼尔森式离心机的应用情况 , 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 949g/ t ; 金回收率为 31 1 76 %; 水套离心机运转率 96 1 89 %; 主要耐磨件使用寿命预期 13 978 ～ 40 000 小时 ; 备件消耗成本 0 1 8 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。
3 1 3 　尼尔森式离心机生产实例
3 1 3 1 1 　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 - CD20(20 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 CD20(20 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 0 1 22g/ t 降至 0 1 16g/ t ; 浸渣品位波动远比以前要小 ; 入浸品位也由 4 1 5 ～ 5 1 0g/ t降为 2 1 7 ～ 3 1 0g/ 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。
3 1 3 1 2 　尼尔森式离心机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 4 1 0 ～ 6 1 0g/ t ,Cu 0 1 2 % ～0 1 9 % , 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 82 1 5 % 。
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 97 1 3 % , 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 3 1 22 % 。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 3 1 22 % 提高到32 1 8 % , 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。
3 1 3 1 3 　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 1 1 60 % ,Au 0 1 35g/ 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 2 1 0g/ 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 3 1 3 % 。
3 1 3 1 4 　“全重选”选金工艺
用“全重选”工艺选金是建立在更高效率的砂金设备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。

尼尔森式离心机精矿图片：