尼爾森(Knelson)選礦機詳解

礦物加工工程專業(yè)《選礦學(xué)》尼爾森(Knelson)選礦機詳解化學(xué)與化工學(xué)院礦物加工工程0801班第三組Knelson選礦機詳解Knelson選礦機是一種高效的離心選礦設(shè)備。它適于從礦石及其它固體物料中回收金、銀和鉑族等貴金屬，并已成功地用于其它一些較大比重礦物的選別。拜倫·尼爾森創(chuàng)造了以其姓氏命名的“Knelson選礦機〞，Knelson選礦機最早的商業(yè)產(chǎn)品始于1978年。一、Knelson選礦機根底理論——微細粒沉降規(guī)律與離心加速度的關(guān)系對微細粒而言，由于沉降速度下降，輕、重礦粒速度差減小，要在重力場進行微細礦粒分選，要么效率較低，要么極為困難甚至根本不可能。分選微細粒所要解決的關(guān)鍵問題是如何增加沉降速度差，加大處理量。在離心力場內(nèi)回收微細粒顆粒，可強化分選效果，提高分選效能。微細粒在離心力場中的沉降規(guī)律可用斯托克斯公式計算沉降末速：v式中：d—平均粒度，cm；ω—角速度，rad/s；μ—礦漿粘度，Pa；δ—顆粒密度，g/cm3；ρ—介質(zhì)密度，g/cm3；r—顆粒的回轉(zhuǎn)半徑，cm。顆粒沿徑向進行某段距離所需時間，可按下述關(guān)系計算：式中：t—顆粒由半徑r1處運動到r2處所需時間。當處理微細粒級時，將斯托克斯公式代入上式中，得：上式說明顆粒向器壁沉降的時間隨ω2r的增大而縮短，因此，增大離心加速度可大大加速沉降過程。Knelson選礦機結(jié)構(gòu)及原理1、根本結(jié)構(gòu)Knelson選礦機的分選機構(gòu)是一個內(nèi)壁帶有反沖水孔的雙壁錐，可理解為由兩個可一同旋轉(zhuǎn)的立式同心錐構(gòu)成。外錐與內(nèi)錐之間構(gòu)成一個密封水腔。內(nèi)錐的內(nèi)側(cè)有數(shù)圈溝槽，并有按一定設(shè)計排列的進水孔，叫流態(tài)化水孔；內(nèi)錐稱為富集錐。設(shè)備的其余局部由給礦、排礦、供水〔氣〕裝置及驅(qū)動、自動控制系統(tǒng)和機架等組成。2、工作原理Knelson選礦機是基于離心原理的強化重力選礦設(shè)備。在高倍的強化重力場內(nèi)，比重大和比重小的礦物的重力差異被極大地放大，這使得輕重礦物之間的別離比自然重力場內(nèi)更加容易；而特殊設(shè)計的物料床層保持結(jié)構(gòu)，在具有專利技術(shù)的流態(tài)化水和干預(yù)沉降的相互作用下，能夠持續(xù)地保持松散狀態(tài)。在上述條件下，重礦物顆粒能夠取代輕礦物顆粒在選別床層中占據(jù)的位置而保存下來，輕礦物顆粒那么作為尾礦排出，從而實現(xiàn)礦物顆粒按比重分選。加拿大麥吉爾大學(xué)的凌竟宏和A.R.Laplante推導(dǎo)出，在斯托克斯定律范圍內(nèi)，礦物顆粒在Knelson選礦機內(nèi)的瞬時徑向沉降速度為：式中：r——球形固體顆粒在時刻的徑向位置；D——球形固體顆粒的直徑；ρs——固體顆粒的密度；ρ——液體的密度；μ——液體的粘度；μ1——流態(tài)化水的徑向速度；ω——錐的角速度；dr/dt——球形固體顆粒瞬時徑向沉降速度。從上式可以看出，當轉(zhuǎn)數(shù)給定時，改變流態(tài)化水的速度，可改變礦粒離心沉降速度的大小。該機在生產(chǎn)運行時，富集錐內(nèi)的離心加速度可達60倍或更高的重力加速度，當?shù)V漿給入富集錐底部時，礦漿在離心力的作用下被甩向富集錐的內(nèi)側(cè)壁，并沿著內(nèi)壁向上運動，同時由富集錐的進水孔連續(xù)向錐內(nèi)注入水流使床層呈流態(tài)化。在離心力和反沖水力的共同作用下，單體金等重礦物顆粒能克服水的徑向阻力，離心沉降或鉆隙沉降在精礦床內(nèi)。而脈石礦物因受離心力較小，難以克服反沖水力的作用，結(jié)果在軸向水流沖力和離心力的軸向分力共同推動下被排出富集錐成為尾礦。三、Knelson選礦機適用物料及粒級1、適用物料Knelson選礦機現(xiàn)有兩種類型產(chǎn)品，一種是間斷排礦型，另一種是連續(xù)可變排礦〔CVD〕型，根據(jù)精礦產(chǎn)率大小不同，兩類產(chǎn)品各自適用于不同的情況。一般以精礦產(chǎn)率0.1%為分界線，在分界線以下考慮用間斷排礦型，反之那么用連續(xù)可變排礦型。間斷排礦型選礦機排放周期取決于所處理礦石的性質(zhì)、給礦量等，脈礦一般為1—4小時，砂礦一般為4—12小時。連續(xù)可變排礦型選礦機可連續(xù)排礦，并根據(jù)需要連續(xù)調(diào)節(jié)精礦產(chǎn)率，可在0—50%任意選擇。間斷排礦型Knelson選礦機適用于貴金屬回收，包括金、銀和鉑族金屬。其中最為廣泛的應(yīng)用是巖〔脈〕金、砂金及有色金屬伴生金的回收；從鎳銅硫化礦石中回收鉑、鈀等是近年來Knelson選礦機應(yīng)用的又一大進展。連續(xù)可變排放型Knelson選礦機主要用來回收較大產(chǎn)率〔一般大于0.5%〕的有價組份。當目的礦物和脈石比重差大于時，CVD型選礦機能使它們有效的別離?？蓱?yīng)用于黑〔白〕鎢礦、錫石、鉭鐵礦、鉻鐵礦、鈦鐵礦、金紅石、氧化鐵礦物和含金銀的硫化物等較大比重礦物的富集，以及工業(yè)礦物除鐵、粉煤的洗選等。除上述礦石之外，Knelson選礦機已在多家選礦廠被用來從含金浮選銅精礦等物料中分選出高品位的金精礦，以此提高金的冶煉廠凈返〔NSR〕系數(shù)，增加經(jīng)濟效益。另外它還在非礦物資源回收方面開始得到應(yīng)用。2、給礦粒度和回收粒級Knelson選礦機給礦粒度區(qū)間較寬，間斷排礦型為0—6mm，連續(xù)排礦型為0—3.2mm。其回收粒級很寬，以金回收為例，+38μm為極易回收粒級，10—38μm為可回收粒級，-10μm為較難回收粒級。在生產(chǎn)實踐中，單體解離的金粒絕大多數(shù)為可回收粒級，因此這局部單體金較易回收。四、Knelson選礦機優(yōu)缺點1、優(yōu)點(1)選礦富集比高，通常可到達1000—3000倍，精礦產(chǎn)率小，通常為0.02％—0.10％，精礦品位高，一般為1000—20000g/t，回收率比常規(guī)重選設(shè)備顯著提高。(2)單臺沒備處理固體礦量大，KC—XD70和KC—CVD64型設(shè)備處理能力可分別到達300—1000t/h和100—300t/h。(3)是無污染、清潔的無需任何化學(xué)藥劑的環(huán)境友好設(shè)備。(4)設(shè)備運轉(zhuǎn)率高，耗電少，易于操作管理，所須操作人員少，自動化程度高，設(shè)備日常維護量很低、生產(chǎn)本錢低。(5)設(shè)備占地面積小，易于融入改擴建選廠及新建選廠中的磨礦回路配置中。設(shè)置在選廠尾礦排礦點同收粒度大于0.02mm的硫化物、鐵、錫、鎢、鈮、金、銀、獨居石，金虹石等比重大的其它金屬或礦物。(6)選別流程短，投資少，返本時間短，一般為1月至1年。2、缺點Knelson選礦機的主要缺點是只適用于分選貴金屬礦，對于鎢錫礦的細泥、鉛鋅礦等精礦產(chǎn)率高的有色金屬礦的分選由于受其間斷排礦及本錢的限制而無法推廣應(yīng)用。五、Knelson選礦機的應(yīng)用1、一次應(yīng)用——是在浮選廠、炭浸廠及黃金“全重選〞廠的一次磨礦回路中的應(yīng)用。在浮選、炭浸廠，通常處理循環(huán)負荷或球磨排礦的15％—40％礦量；“重選〞廠那么要配合磨礦、分級脫水等作業(yè)，盡量加強重選強度。在浮選廠加裝Knelson重選．通常回收率提高2％—6％，炭漿／炭浸廠通常提高1％—3％?；贙nelson技術(shù)的黃金“全重選〞廠金總回收率70％—94％。2、二次應(yīng)用——是從浮選精礦、各種再磨回路、黃金焙燒／生物氧化廠、掃選搖床尾礦、浮選尾礦中等重選回收金或其它貴金屬。從有色金屬／貴金屬(典型的是銅／金)選廠的浮選混合(或粗)精礦的再磨回路中重選回收金，國外已有多家大型礦山成功應(yīng)用。這項技術(shù)將成為銅／金等大型有色礦山伴生貴金屬選礦工藝開展趨勢之一。目前已有多家生物氧化廠安裝Knelson回收氧化渣中的細粒金。常規(guī)細磨氰化廠、焙燒/生物氧化氰化廠，有很多情況也適合引入重選技術(shù)。3、堆浸應(yīng)用——在黃金礦山中，“堆浸〞技術(shù)與“選廠〞技術(shù)的聯(lián)合了藝應(yīng)用已取得巨大的成功。在堆浸廠中，參加Knelson重選對解決低品位礦石中的“粗顆粒〞金問題是一個很好的選擇，在國外已有成功的實踐。4、國內(nèi)外應(yīng)用情況——從2001年起到目前為止，Knelson選礦機在中國已經(jīng)被較大規(guī)模地采用，應(yīng)用的礦山規(guī)模為100—35000t/d有色金屬伴生貴金屬(金、鉑族金屬)的大型礦山應(yīng)用已經(jīng)取得突破。截至2023年底，中國應(yīng)用Knelson選礦機50多臺套，其中有中國黃金集團、紫金集團、金川集團、招金集團、靈寶黃金股份公司、新疆有色集團、河南金渠黃金股份、內(nèi)蒙古金陶股份等。在國外，Knelson選礦機最早的商業(yè)產(chǎn)品始于1978年。到2023年為止，它已在70多個國家使用，據(jù)不完全統(tǒng)計，累計總安裝臺數(shù)已達3700多臺套。連續(xù)排礦型CVDKnelson選礦機已經(jīng)工業(yè)應(yīng)用到鎢錫、鉻鐵礦及含金硫化物選別、滑石除鐵等。Knelson公司在1998年曾對全球客戶進行調(diào)查，以CD30為例，金精礦平均金品位為20949g/t，平均金回收率為31.76％，設(shè)備運轉(zhuǎn)率96.89％．主要耐磨件使用壽命在13978～40000小時，備件消耗本錢0.8美分/t。六、Knelson選礦機分類1、實驗室Knelson離心選礦機常用實驗室Knelson選礦機的分選器直徑為715cm。構(gòu)造如下列圖1所示。離心選礦機的主要部件為聚氨酯制成的分選器。分選器內(nèi)壁有五個環(huán)形槽溝，頂部槽溝直徑為715cm，內(nèi)壁傾角為15°。在運轉(zhuǎn)時，中間環(huán)壁所產(chǎn)生的離心強度為60。其操作過程為：給料由振動給礦器〔或手工〕給入給料漏斗，適量添加給礦沖洗水。物料沿中空導(dǎo)管進入分選器底部，壓力水由分選器外部水腔以與分選器旋轉(zhuǎn)相反的方向切向給入。輕礦物隨礦漿流由分選器上部圓周排出成為尾礦，重礦物那么進入分選器內(nèi)壁槽溝中。隨著物料的不斷給入，新進入槽溝的重礦物顆粒將不斷取代原來占據(jù)著空間的輕礦物，因而精礦品位隨著給入物料的增加將不斷增高，在一定范圍內(nèi)不會導(dǎo)致回收率的明顯降低。對于一定的物料，影響實驗室Knelson離心選礦機操作的主要因素是壓力松散水的大小及給礦速度。當物料給完后，關(guān)閉壓力松散水，停止電機運轉(zhuǎn)。取出分選器，將藏于槽溝中的精礦徹底沖洗出來并收集可能進入壓力水腔中的少量物料合并為精礦。目前，這種離心選礦機在加拿大成為一種可靠的小型設(shè)備來對金礦中可用重選回收的金作出評價。Laplante教授研究組研究出了一套標準的方案和試驗方法，為加拿大和其他國家提供了大量建廠設(shè)計和流程改造的評估數(shù)據(jù)，其結(jié)果在某種程度上可與混汞法相比較〔8～10〕。2、人工排精礦式Knelson離心選礦機人工排精礦Knelson離心選礦機(如上圖2所示)適用于回收品位很低但密度很高的礦物。這種機子所產(chǎn)生的離心強度也是60。最大給礦粒度不應(yīng)超過6mm，但目前大局部廠家都設(shè)有預(yù)先篩分作業(yè)，篩除約+2mm粗粒級，篩下局部進入離心選礦機，該機對于給礦濃度沒有嚴格要求，從很低的給礦濃度至70%固體均不會對分選結(jié)果造成明顯影響。表1人工排精礦式Knelson選礦機的規(guī)格和參數(shù)Knelson離心選礦機可獲得很高的富集比，如可高達500，而不對總回收率造成明顯影響。人工排精礦式Knelson離心機是一種間斷工作的設(shè)備，一般2～4h排出一次精礦。排精礦時，必須先中斷給礦(一般有另一臺備用)并停機，然后將分選器底部排礦口塞子拔掉，用高壓水沖洗精礦至一個容器或沿管道直接輸送至金精選車間。Knelson離心選礦機一般安置在磨礦回路中，其原那么流程如下列圖3所示。球磨機排礦給入水力旋流器，旋流器溢流送至浸出或浮選作業(yè)。旋流器沉砂縮分出1/5左右經(jīng)過2.0mm篩子預(yù)先篩分，篩下物料給入離心選礦機。離心選礦機尾礦返回水力旋流器。離心選礦機精礦送入專門的精選車間，用搖床精選后熔煉成粗金錠，然后集中進一步提純。Knelson離心選礦機非常結(jié)實，很少需要維修。它只有一個轉(zhuǎn)動部件——分選器，用聚氨酯制造，其他與水接觸的部件用不銹鋼加工而成。3、中心排礦式Knelson離心選礦機由于人工排精礦式離心選礦機有時遇到精礦排出困難的問題，一般需平行安裝2臺。而且由于操作時間的延長將導(dǎo)致回收率的下降，于是研制了一種中心排礦式Knelson離心選礦機，如上圖4所示。中心排礦式Knelson離心機可由計算機全面控制，在人工排礦式離心選礦機根底上有了三點主要改良：分選構(gòu)形，位于分選器下方雙重作用的輪鼓以及一個給礦導(dǎo)流裝置，精礦的排放可在2min內(nèi)自動完成。首先，給礦被反向?qū)胨π髌鳎缓蠼档蛪毫λ缮⑺坎⒔档头诌x器轉(zhuǎn)速，最后將精礦沖洗出去，沿著精礦排出管道送至金精選車間。4、連續(xù)排礦式Knelson離心選礦機以上介紹的兩種Knelson離心選礦機均為間