张治元 谢建宏 肖文馨 李鸿岩 西安建筑科技大学材料学院 摘 要 研究开发了一种可取代混汞作业的“磁毯选金机”，通过在旋转皮带溜槽的下方设置的磁系和皮带表面添加的磁铁矿粉，在旋转皮带的表面连续形成磁毯，当磨细的金矿矿浆从磁毯表面流过时，解离的单体金粒被磁毯拦截阻留而被回收。该设备已获国家专利，制出了小型试验样机，试验表明对单体金的回收效果与混汞相当。 关键词 无汞选金工艺 混汞 重选预选 磁毯选金机 1 前言 目前，我国许多金矿山仍在采用混汞工艺，即在选别或浸出前，采用混汞工艺从磨矿产物中预先回收解离出来的单体金。由于混汞工艺对单体金回收率高、生产成本低，操作简单，因此被广泛采用。但却给环境及操作人员的健康造成严重危害。据实际测定：当室温27°C时，距汞板表面10cm处的汞蒸气浓度高达50～90μg/m3 ，刮取汞膏和撒汞时，距汞板表面50cm处的汞蒸气浓度高达200～250μg/m3以上：混汞后的浮选作业，泡沫产品中含汞约10μg/m3，浮选精矿和尾矿的澄清水中含汞5～10μg/m3。一般处理一吨矿石消耗汞10g/t左右，这些汞全部排到环境中。仅陕西潼关地区和洛南县的金矿山，每年向环境排放的汞量就高达十数吨。汞及其化合物属I类污染物质，能在环境及动植物体内长期蓄积，造成长久的危害，因此研究可取代混汞的清洁选金工艺势在必行。 目前国内外在取代混汞回收单体金的研究方面取得了许多成果，比较有代表性的：1.1 在磨矿回路中增设重选设备回收单体金 较普遍的采用跳汰-摇床-淘汰盘工艺，可有效地回收解离出的粗颗粒单体金，但对细粒金回收效果较差：有些矿山采用铺毯溜槽，可以扩大金的回收粒度范围，改善对细粒金的回收效果，但操作太麻烦，工人劳动强度太大；近年出现一些采用离心力场的设备，如带螺纹面的旋转摇动淘金盘、锥筒式螺旋选矿机、旋转式离心选矿机、垂直沉降离心机、振动离心精选机、离心跳汰机等，其中最具有代表性的是加拿大Lee Mar工业公司研制开发的尼尔森（Knelson）选矿机，较显著的提高了细粒金的回收率；长春黄金研究院研制的STL水套式离心选金机，是在尼尔森（Knelson）选矿机的基础上，内部又加了反冲压力水，使矿层疏松改善了选别效果。 以上取代混汞的工艺及设备对于小秦岭地区的金矿石，都存在这样或那样的问题，影响了其在生产中的广泛推广应用。[next]1.2 混汞提金法的其它替代技术 （1）石蜡提金工艺。1998年，巴西G·R·A—石蜡提金工艺。该工艺的提出是针对巴西亚马逊地区黄金私采矿山滥用汞而对环境造成严重污染而提出的一种混汞替代工艺。其原理是基于在70°C左右的水中液态石蜡在金颗粒上的选择性吸附，在随后冷却的矿浆中金颗粒包含在固态石蜡相中而分离。在所处理的金精矿含金11g/t，中性pH值条件下，得到了43%的金回收率。 （2）磁流体提金工艺。是纳米级（10nm以下）的强磁性微粒高度弥散于某种液体之中所形成的稳定胶体体系。其原理是基于磁性液体的表现比重随着磁场的变化而变化，用于选别比重不同的非磁性矿物。电磁液体静力分选与其它分选方法相比，具有选别条件易于调节、选别过程易于控制、分选精度高、设备简单、工作可靠等优点。但是该方法分选介质的价格太高，要求无磁性包裹体、表面无铁质污染，分选介质粘度大，一般不适合处理0.1mm以下的细粒级别物料。上述缺点限制了磁性液体静力分选的应用范围。 （3）煤—油团聚法。其原理是：与水不相溶的液体在颗粒表面扩散，颗粒表面上覆盖的液体薄膜可形成“液体桥联”，使多个细粒变成由“液体桥联”连接在一起的团粒，也称团聚体。与传统的从矿石中回收金的方法相比，煤—油团聚法适于回收细粒金或粗粒金。这种方法将传统的选矿方法和选煤工艺结合起来而获得高品位的精矿，并且在最短的分选时间里获得了最大的分选效率。用煤-油-金团聚法可回收重选无法回收的细粒度，以及浮选法不能有效回收的粗粒金。近年来的多项研究表明，煤—油—金团聚法可有效的代替传统的提金工艺，尤其是浮选、重选和混汞法。由于团聚过程中油的成本高，因此，煤—油团聚法需要在油回收和细煤回收条件下进行。 我校自1998年起也着手这方面的研究工作，并承担了国家黄金总局的科研项目，取得了一定的成果：（1）采用螺旋溜槽预选-摇床精选工艺取代混汞，（2）开发了“磁毯选金机”并获国家专利（专利号：ZL99235094.8）。两种工艺都获得了良好的实验结果。 2 螺旋溜槽预选—摇床精选工艺 1997年5月和11月，由某金矿采集矿石试样1t，进行了系统的试验研究，提出了螺旋溜槽预选-摇床精选工艺，即：首先采用结构简单、处理能力大的螺旋溜槽对磨矿产物进行预选，获得预选粗精选；再采用选分效率高的摇床对预选粗精矿进行精选，得到富金产物和金精矿；对产率5/万左右的富金产物再采用淘洗、酸煮得单体金。试验流程及指标如图1所示
图1 螺旋溜槽预选-摇床精选工艺流程及指标[next] 试验结果表明，采用螺旋溜槽预选-摇床精选工艺不仅可以获得回收率为46.87%的单体金，还可获得回收率为32.47%、含Au品位大于40g/t的合格金精矿，金的总回收率已近80%，剩余的回收率仅占20%的少量金再采用浮选回收（大大减少了浮选回收负荷量），因此，此工艺对于原采用混汞浮选工艺的金矿山最为合适。重选工艺无污染，生产成本大大低于其他选矿方法，采用此工艺不仅可取代混汞还能降低选矿成本。此工艺的缺点是设备占地面积较大。 3 磁毯选金机 磁毯选金机为笔者开发的一项专利技术（专利号：ZL99235094.8），研制的小型试验样机如图2所示。利用在旋转皮带溜槽的下部设置的磁系和一次性添加的磁铁矿粉，在皮带溜槽表面形成“磁毯”，用以拦截阻留皮带溜槽上流过矿浆中的单体金粒；夹带有单体金粒的磁铁矿粉从首轮排出后，经内置有磁系的尾轮将磁铁矿粉与单体金磁选分离；回收上来的磁铁矿粉又形成磁毯，实现磁毯选金机的连续工作。由于磁铁矿粉循环使用，所以磁毯选金机只需一次性添加磁铁矿粉。图2磁毯式黄金分选机小型试验样机
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磁毯选金机是利用非稳定流膜选矿的一个尝试。磁毯表面流属于紊流运动，其运动形式除了平行于槽底的倾斜流以外，还有垂直于槽底的漩涡和轻微的水跃现象，属上升水流，使床层松散，有助于矿粒群按密度分层。 矿浆在磁毯表面上的流动并不完全遵循一般紊流的速度梯度分布式，矿浆在磁毯表面上的紊流流动受到许多微小磁簇的拦截阻流。距皮带表面高的地方，磁簇相对比较稀疏，磁毯表面流属于弱紊流斜面流，主要作用是使斜面矿浆流形成垂直于皮带表面的旋涡，旋涡的法向脉动速度是推动矿物颗粒群悬浮松散的主要动力，被悬浮的颗粒将因自身沉降末速不同而有不同的悬浮高度和松散度；而在靠近皮带表面的地方，磁簇非常密集，矿浆流速变得比较缓慢，使钻到孔隙里的重矿物不至于被急速流动的水流冲入尾矿；磁毯选金机通过强磁性介质的分布不均匀性使矿浆产生“水跃”现象，水跃现象强化了物料的分层。 磁毯表面的矿浆流膜结构与普通的斜面流选矿一样也可以分为三层：最上一层-表流层，紊动度较低，固体含量很低；中间层由于受到磁性介质形成的磁簇的切割作用，小尺度旋涡比光滑皮带溜槽的悬移层更加发达，而且该层的厚度更大，称为流变层；最底下的一层由于存在磁性介质形成的床层，形成的大小无数的空隙，特别适合于重矿物的沉积，沉积后的重矿物钻入孔隙中而失去了活动性，形成了沉积层。其结构如图3所示。图3磁毯表面膜结构示意图
各流层对矿物分层有着不同的作用。 在表流层中存在不大的脉动速度，如果颗粒的沉降速度小于其脉动速度，则该颗粒难以进入底层，故该层的脉动速度大致就决定了粒度回收下限。弱紊流中的悬移层借紊动脉动速度维持颗粒悬浮，结果如同在上升水流中悬浮的不均匀粒群那样，进行初步的按密度分层。在矿浆运行了一段距离后，悬移层中将主要剩有轻矿物颗粒，在快速流动中被排出槽外。 流变层是矿物按密度分层的最有效区域。矿粒要借助层间斥力松散，接着发生分层转移。由于在这里粒群的密集程度较高，又没有大的垂直介质流速干扰，故分层能够接近按静态条件进行。磁毯的流膜中，流变层的紊乱作用比弱紊流发达，强化了按密度分层作用。从紊流形成过程看，磁毯流膜具备了大量旋涡的形成所需要的两个条件：一是大的固体壁面积，它是“流条”得以产生的基本条件；二是较大的速度梯度，它促使流条不断发展扩大，最后形成旋涡。这就是磁毯表面流膜结构中，流变层较普通斜面流发达的原因。轻矿物和重矿物在紊动水流的作用下因密度不同各自在局部区域产生了静压强的不平衡，轻矿物被重矿物排挤向上层移动，而重矿物则保留在本层中。在上述轻、重矿物分离过程中，大小无数的旋涡起到了主要作用，强磁性介质微粒在磁场力作用下所形成的磁毯，使流变层内的旋涡变得非常发达，从而强化了流变层的分层作用，给轻、重矿物的分层创造了良好的环境。 颗粒在经过流变层的初步分选后，进入磁性介质所形成的沉积层。该层中由于固体颗粒浓度很大，矿浆流动速度减慢。当矿物经过流变层与沉积层的界面时，受到水流的剪切作用而处于紧密挨近之中。于是颗粒自身重力与床层的机械阻力成为该条件下分层的对立作用面。密度大的颗粒在处于混杂状态时，具有较大的局部压强，因而能较早的进入到矿物的下面，落入磁性介质形成的空隙中。与此同时，同样密度大的细颗粒在向下运动时受到阻力较小，也进入磁性介质的间隙中。而轻矿物将被剪切水流带入上层水流。[next] 采用磁毯选金机小型试验样机对某金矿石的预选试验流程及试验结果分别如图4、表1所示，磁毯选金机预选精矿用摇床进行精选，摇床得到富金产物和合格金精矿，富金产物采取淘洗-酸煮得单体金。图4磁毯式黄金分选机样机预选试验流程
表1 磁毯选金机样机预选试验结果| 产量/% | 等级/克/吨 | 回收率/% | 富金产品、金精矿、摇床尾矿、磁毯尾矿、原矿0.235.9011.7382.13100.00 | 2379.2064.150.310.299.53 | 57.4239.740.382.46100.00 |
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