2026-08-22
古重砂矿的处理难点不在于怎么分，而在于怎么拆。现代砂矿挖出来就能直接进螺旋溜槽，但古重砂矿是固结的，数百万年的埋藏和成岩作用把松散砂层变成了半固结到固结的砂岩，矿物颗粒被硅质、铁质或钙质胶结物焊在一起，形成了连生体。带着连生体进重选设备，它的比重跟纯矿物不一样，没法按密度分开。所以古重砂矿分离工艺方案的设计起点不是分选设备选型，而是解离方案设计。本文从古重砂矿的固结特征出发，按照解离、分级、分选、提纯的技术逻辑，呈现一套完整的古重砂矿分离工艺设计方案。
古重砂矿与现代砂矿的本质差异
古重砂矿是地质历史时期（通常是第三纪或第四纪早期）的海滨砂矿经构造运动抬升、埋藏、成岩作用后形成的矿床，分布在今天的陆地上，距现代海岸线数公里甚至上百公里。矿物组合与现代海滨砂矿相似，钛铁矿、锆英石、独居石、金红石、锡石，但赋存状态完全不同。
固结作用通过三种胶结方式实现。硅质胶结最硬，硅质溶液沿颗粒间孔隙沉淀，在砂粒接触点形成硅质焊点，硬度接近石英岩，需要用破碎机破碎到十毫米以下再进入磨机解离。铁质胶结比较常见，胶结物主要是褐铁矿或赤铁矿，矿石呈黄褐色或红褐色，硬度低于硅质胶结，但胶结强度足以使整块矿石不松散。钙质胶结相对少见，胶结物为方解石或白云石，遇稀盐酸会起泡反应，硬度最低，破碎后较容易解离。
这三种胶结类型往往不是单独存在的。一套古重砂矿中，浅部可能以铁质胶结为主，深部过渡为硅质胶结，不同层位需要不同的处理强度。
解离方案设计：分离工艺的咽喉
解离是古重砂矿分离工艺的核心环节。目标只有一个：把胶结物彻底打散，让每个重矿物颗粒恢复单体状态。解离度达到百分之八十五以上，后续分选的回收率才能做到百分之七十五到八十五。解离度每提高五个百分点，重选回收率可提升三到五个百分点。
机械解离是主流路线，分两级走。
第一级是破碎。颚式破碎机或锤式破碎机把原矿从几百毫米的块度碎到十毫米以下。这个阶段不追求细，只需要把大块矿石变小，为后续解离做准备。硅质胶结的硬矿石需要破碎后再进磨机，铁质和钙质胶结的可以跳过这一步直接进入擦洗。
第二级是磨矿或擦洗。硅质胶结的硬矿石需要球磨机或棒磨机轻度磨矿，利用颗粒之间的相互摩擦和钢球冲击使胶结松动。这里用棒磨机比球磨机更合适，钢棒的磨矿作用以挤压和研磨为主，冲击力比球磨机小，不容易产生过粉碎。磨矿时间严格控制，避免锆英石、锡石等脆性矿物过粉碎。磨矿浓度保持在百分之六十到七十，每隔两小时做一次解离度检测，达到百分之八十五就停机。
对于铁质胶结的矿石，可以用擦洗机配合弱酸浸出。圆筒擦洗机配高压喷水，让砂粒在机器里剧烈摩擦，把胶结物磨掉，让颗粒各自分开。擦洗浓度控制在百分之六十到七十，洗涤时间根据矿石胶结程度调整。铁质胶结的有利之处在于可以通过弱酸浸出或还原焙烧磁选预先脱除，但会增加额外工序。钙质胶结的矿石相对容易，稀盐酸浸泡后胶结物溶解，砂粒自然松散，甚至可以跳过机械解离直接进入洗矿分级。
解离效果的评价标准是解离度，即单体解离的重矿物颗粒占全部重矿物颗粒的比例。解离度达到百分之八十五以上时，后续比重分选才能有效进行。
解离后的分级：不同粒级走不同通道
解离完成的物料不能直接进入分选，必须先分级。古重砂矿解离后的物料粒度分布宽，从几毫米到几十微米都有，不同粒级的物料需要匹配不同的分选设备。
大于二毫米的粗粒（尤其是硅质碎屑或未完全解离的连生体）不宜进入跳汰机，应返回磨机再处理。零点五到二毫米的中粗粒是跳汰机的理想给矿。零点零五到零点五毫米的细粒级进入摇床或螺旋溜槽。重介质分选机适用于零点五到十毫米的较宽粒级范围。
分级筛分选型上，振动筛或滚筒筛完成粗粒筛分，筛孔通常选用二到五毫米。筛上物（砾石、粗砂、未解离连生体）返回磨机再处理或直接排尾。筛下物料进入水力旋流器组完成脱泥和进一步分级，去除零点零四五毫米以下的细泥，确保进入重选的物料中细泥含量低于百分之八。
分选段：比重分选与磁电联合的工艺组合
分选段的任务是把解离后的矿物按密度、磁性和导电性逐一分离。解离完成后的物料处理逻辑与现代砂矿类似，但因矿物组合和固结残余的影响，设备配置需要更精细。
跳汰机处理粗粒级重矿物。利用垂直脉动水流使矿粒按密度分层，重矿物沉入床层底部，轻矿物浮在上层，通过排料装置分别排出。在古重砂矿中，跳汰机通常在解离和筛分之后使用，处理的粒级范围是零点五到八毫米。给矿中负零点五毫米细粒含量超过百分之二十时，跳汰机的分选效率会明显下降。
螺旋溜槽承担中细粒级的粗选和扫选。BL1500型螺旋溜槽处理量六到十二吨每小时每台，给矿浓度百分之二十到六十，无需动力、无运动部件。粗选段处理全部脱泥矿浆，产出的粗精矿进入精选，粗选尾矿进入扫选段回收残留重矿物。扫选中矿视品位决定是否返回粗选或直接排尾。
摇床用于精选段。摇床的分选精度是重选设备中最高的，能把锆英石、钛铁矿和独居石在床面上拉开距离。一台摇床每小时处理一到两吨物料，适合处理螺旋溜槽产出的粗精矿中的细粒部分。
磁选段完成矿物分组。解离后的物料经重选富集为混合重砂后，进入磁选段按磁性强弱分组。弱磁选机（一千到两千高斯）回收磁铁矿等强磁性矿物。中磁选机（五千到八千高斯）提取中等磁性的钛铁矿。强磁选机（一万到一万二千高斯）提取独居石等弱磁性矿物。非磁性产品中主要是锆英石和金红石，进入电选段进行最终分离。
电选段完成金红石与锆英石的分离。高压电选机工作电压二十到四十五千伏，利用金红石（导体）和锆英石（非导体）的导电性差异将两者分开。电选对给矿质量要求极为苛刻：含水率低于百分之零点五、粒度集中在零点一到零点三毫米、物料预热至六十到一百二十摄氏度。
化学提纯：物理方法做到头之后的收尾手段
部分古重砂矿的重砂精矿中，有用矿物表面残留铁质薄膜或微细粒杂质，物理方法无法彻底清除，需要化学提纯介入。
酸浸是常用的表面净化手段。用稀草酸或稀盐酸在加温条件下浸出，将矿物表面的铁氧化物溶解。福建某海相沉积型石英砂的酸浸案例中，草酸加氢氟酸体系在八十摄氏度、常压条件下浸出八小时，三氧化二铁去除率百分之九十六点三，三氧化二铝去除率百分之八十八点九。
焙烧用于改变矿物物相以配合磁选分离。某有色金属海滨砂矿分选专利中，磁性矿石与活性炭在还原气氛（氢气，流量四十到八十标准立方厘米每分钟）下进行高温焙烧，焙烧温度九百五十到一千零五十摄氏度，时间三十到四十分钟，快速冷却后进行微波处理，最后以八百到一千高斯弱磁选分离。
氯化分金用于高品位含金重砂。高品位重砂金（Au大于五千克每吨）的回收中，氯化分金工艺的单次回收率可达百分之九十九点五以上。
设计原则与操作要点
古重砂矿分离工艺方案的设计，有几个必须遵守的原则。
解离度决定回收率上限。解离度达不到百分之八十五，后面所有设备都白费。解离方案的选择取决于胶结类型，硅质胶结必须破碎加棒磨，铁质胶结可能擦洗加弱酸就够了。不做工艺矿物学分析就上设备，风险很大。
分级是分选效率的保障。不同粒级的物料匹配不同设备，粗粒进跳汰机、中粒进螺旋溜槽、细粒进摇床，混在一起处理只会互相干扰。古重砂矿解离后的粒度分布更宽，分级精度要求更高。
磁选段的场强分档必须清晰。弱磁、中磁、强磁三档的切换点取决于矿物组合，不可用一台设备做所有工作。
化学提纯放在流程末尾。酸洗把表面污染物洗掉，焙烧把矿物性质改变之后再用物理方法分。化学提纯不是替代物理方法，而是物理方法做到头之后的接续手段。
古重砂矿分离工艺方案的本质，是在解离、分级、分选、提纯四个环节上逐一攻关。解离解决能不能分开的问题，分级解决用什么设备分的问题，分选解决按什么性质分的问题，提纯解决纯度够不够的问题。四段配合，每段只做自己擅长的事，才能把固结了数百万年的砂层重新拆开，把钛铁矿、锆英石、独居石、金红石逐一送到各自的出口。没有哪一段能省略，也没有哪一段能替代另一段。
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