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金紅石（TiO?）和鋯英砂（ZrSiO?）是海濱重砂中最難分的一對(duì)。
重選拿它們沒(méi)辦法——兩者比重4.2-4.7，幾乎重疊，搖床上的礦物帶挨在一起分不開(kāi)。磁選也拿它們沒(méi)辦法——兩者都是非磁性礦物，磁選機(jī)過(guò)一遍，一起從尾礦端出來(lái)。在重選和磁選之后，這對(duì)“非磁性重礦物兄弟”依然混在一起。
唯一能把它們拆開(kāi)的是高壓電選。金紅石的電阻率約10?-10?Ω·cm（半導(dǎo)體），鋯英石的電阻率約1011-101?Ω·cm（非導(dǎo)體）。這個(gè)差距超過(guò)了10?倍，是電選能夠有效運(yùn)作的物理依據(jù)。工業(yè)高壓電選機(jī)的工作電壓為20-60kV，通過(guò)高壓電場(chǎng)把這種導(dǎo)電性差異放大到足以實(shí)現(xiàn)分離的程度。
高壓電選機(jī)利用礦物在電場(chǎng)中的導(dǎo)電性差異完成分選。金紅石是導(dǎo)體或半導(dǎo)體礦物，其電阻率遠(yuǎn)低于作為非導(dǎo)體的鋯英砂。在電場(chǎng)中，導(dǎo)體礦物感應(yīng)電荷后快速放電，所受電場(chǎng)力小；非導(dǎo)體礦物感應(yīng)電荷后難以釋放，被電極吸引。
以最常見(jiàn)的輥筒式電選機(jī)為例：干燥的礦物顆粒通過(guò)振動(dòng)給料機(jī)均勻落在轉(zhuǎn)動(dòng)的接地輥筒表面。輥筒旋轉(zhuǎn)帶礦粒進(jìn)入電暈區(qū)，電暈電流使所有礦粒（無(wú)論導(dǎo)體還是非導(dǎo)體）均獲得負(fù)電荷。接下來(lái)的行為則分道揚(yáng)鑣——金紅石（導(dǎo)體）與輥筒之間接觸電阻小，電荷經(jīng)輥筒很快傳走，在離心力和重力作用下拋離輥筒，落入導(dǎo)體產(chǎn)品槽；鋯英砂（非導(dǎo)體）與輥筒之間接觸電阻大，不易將電荷傳走，在電場(chǎng)力作用下吸附在輥筒表面，隨輥筒轉(zhuǎn)動(dòng)到后部被卸毛刷刷下，落入非導(dǎo)體產(chǎn)品槽。
這種“導(dǎo)體拋離、非導(dǎo)體吸附”的行為差異是電選分離鋯英砂和金紅石的物理基礎(chǔ)。
雙輥筒電選機(jī)是鋯鈦分離流程中應(yīng)用最廣泛的機(jī)型。它具備處理量大、分選穩(wěn)定、適合連續(xù)生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)。典型技術(shù)參數(shù)為：輥筒直徑φ120-φ320mm，輥筒長(zhǎng)度1200-1500mm，工作電壓0-45kV，給料粒度<3mm（推薦0.1-2mm），單臺(tái)處理量2-5t/h。
弧板電選機(jī)是近年來(lái)在傳統(tǒng)板式電選基礎(chǔ)上發(fā)展的機(jī)型，采用多層弧板結(jié)構(gòu)，通過(guò)雙排4-5級(jí)分選實(shí)現(xiàn)更徹底的分離。物料依次經(jīng)過(guò)4-5層弧板，每層都在重復(fù)“導(dǎo)體吸附偏轉(zhuǎn)、非導(dǎo)體原軌跡下落”的分選過(guò)程，使導(dǎo)體礦物純度可達(dá)90%以上，分選效率比傳統(tǒng)機(jī)型提升約30%。主要參數(shù)為：工作電壓0-60kV，處理量1-2t/h，給料粒度0.1-3mm。
板式電選機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適合細(xì)粒級(jí)物料（0.1-1.0mm），但單臺(tái)處理量較小（400-600kg/h），通常作為小型選廠或精選段的輔助設(shè)備。
在完整的鋯鈦重砂選礦流程中，電選通常安排在重選和磁選之后：
重選粗選（螺旋選礦機(jī)）→ 磁選分離鈦鐵礦和獨(dú)居石 → 干燥 → 分級(jí) → 電選（鋯英砂/金紅石分離）→ 電選精礦再提純 → 最終產(chǎn)品
國(guó)內(nèi)海濱砂礦的鋯鈦分離實(shí)踐中，電選是核心工序。典型流程為：磁選尾礦（鋯英石+金紅石+少量脈石）經(jīng)螺旋溜槽進(jìn)一步富集后，粗精礦進(jìn)入電選段。采用兩臺(tái)雙輥筒電選機(jī)串聯(lián)作業(yè)，配合電磁振動(dòng)給料和電加熱裝置，從含ZrO?約55%、TiO?約30%的給礦中，產(chǎn)出ZrO?≥65%的鋯英石精礦和TiO?≥90%的金紅石精礦，分選效率約85%。
在澳大利亞西澳海岸的某大型重砂礦選廠，采用“重選+磁選+電選”聯(lián)合流程，其中電選段配置了8臺(tái)雙輥筒電選機(jī)，處理量約50噸/小時(shí)，年處理能力超過(guò)30萬(wàn)噸。電選段將磁選尾礦中的鋯英石和金紅石有效分離，金紅石精礦品位92-95%，回收率78%，鋯英石精礦品位66-68%，回收率85%。
對(duì)含泥量較高的南方某海濱砂礦，電選段給礦中細(xì)泥含量偏高導(dǎo)致電選效果不穩(wěn)定。經(jīng)優(yōu)化后增加“擦洗-脫泥-干燥”預(yù)處理工序，并將給礦嚴(yán)格分成0.1-0.2mm和0.2-0.4mm兩個(gè)粒級(jí)分別進(jìn)入不同參數(shù)設(shè)置的電選機(jī)，最終鋯英石回收率從72%提升至85%，金紅石品位從88%提升至93%。
電選的分離效果受多個(gè)參數(shù)控制，需要根據(jù)給礦特性進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。
電壓：電壓越高，電場(chǎng)力越強(qiáng)，導(dǎo)體與非導(dǎo)體的分離越徹底，但過(guò)高電壓會(huì)導(dǎo)致火花放電。粗粒給礦需要較高電壓（40-45kV）以產(chǎn)生足夠的電場(chǎng)力驅(qū)動(dòng)粗顆粒；細(xì)粒給礦電壓可稍低（35-40kV），防止微細(xì)顆粒過(guò)度吸附。工業(yè)電選機(jī)通常采用20-60kV連續(xù)可調(diào)電源。
輥筒轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速影響顆粒在電場(chǎng)中的停留時(shí)間和受到的離心力。轉(zhuǎn)速過(guò)快，導(dǎo)體礦物來(lái)不及充分放電就被拋出，可能混入非導(dǎo)體產(chǎn)品；轉(zhuǎn)速過(guò)慢則處理量下降。粗粒給礦建議低轉(zhuǎn)速（60-100r/min），延長(zhǎng)分選時(shí)間；細(xì)粒給礦可適當(dāng)提高轉(zhuǎn)速（120-180r/min）。
極距：電極與輥筒表面的間距影響電場(chǎng)強(qiáng)度和電暈電流分布。極距過(guò)小易產(chǎn)生火花放電，過(guò)大會(huì)削弱電場(chǎng)力。一般調(diào)整在50-80mm范圍，具體值根據(jù)給礦粒度和電壓設(shè)定現(xiàn)場(chǎng)確定。
電極結(jié)構(gòu)：電暈極與靜電極的配合是分選精度的關(guān)鍵。電暈極產(chǎn)生離子流使礦粒荷電，靜電極維持電場(chǎng)使非導(dǎo)體礦物吸附在輥筒表面。電暈極通常采用直徑0.2-0.5mm的鉬絲或鎢絲，靜電極采用直徑5-15mm的圓管或異形管。
環(huán)境因素：電選對(duì)空氣濕度敏感。環(huán)境濕度過(guò)大（>70%）時(shí)礦物表面形成水膜，非導(dǎo)體礦物的表面電阻下降，在電場(chǎng)中表現(xiàn)出導(dǎo)體行為，導(dǎo)致分帶混亂。因此電選車間應(yīng)保持干燥通風(fēng)，或配置除濕系統(tǒng)。環(huán)境溫度一般控制在15-40℃，過(guò)低時(shí)礦物表面可能結(jié)露，過(guò)高時(shí)設(shè)備絕緣性能下降。
電極磨損和清潔：電暈電極在長(zhǎng)期使用中會(huì)因離子轟擊而損耗，一般每3-6個(gè)月檢查更換。輥筒表面的磨損會(huì)影響電場(chǎng)分布和礦物附著力，嚴(yán)重磨損后需重新打磨或更換。礦物粉塵在電極表面的積聚會(huì)降低電暈放電效率，應(yīng)定期停機(jī)用壓縮空氣吹掃電極和輥筒表面。
給礦條件直接決定電選機(jī)能達(dá)到的上限。良好的預(yù)處理是電選成功的前提。
干燥：電選前物料含水率必須低于1%。含水率超過(guò)1%時(shí)鋯英砂表面形成導(dǎo)電水膜，分選失效。干燥設(shè)備通常采用回轉(zhuǎn)干燥機(jī)或流化床干燥機(jī)，出料水分用在線紅外水分儀監(jiān)控。
分級(jí)：不同粒級(jí)的礦物在電選機(jī)中需要不同的電壓和極距。工業(yè)實(shí)踐中通常分為0.1-0.2mm和0.2-0.4mm兩個(gè)主流粒級(jí)分別電選。若粗粒級(jí)（>0.4mm）含量過(guò)高，應(yīng)預(yù)先篩除并用重選或磁選進(jìn)一步處理。
加熱：電選機(jī)自帶的加熱裝置不僅僅是除水，40-60℃的加熱還能讓礦物表面附著的有機(jī)膜和鐵質(zhì)薄膜部分分解，恢復(fù)礦物本征的導(dǎo)電性。加熱溫度不宜超過(guò)80℃，否則金紅石表面可能氧化變色，影響其導(dǎo)電性能。
電選中礦是生產(chǎn)中的常見(jiàn)問(wèn)題。當(dāng)金紅石和鋯英石的表面污染或晶格替代導(dǎo)致導(dǎo)電性差異縮小時(shí)，部分顆粒無(wú)法被有效分選，落入中礦槽。
中礦的處理策略包括三種方式。一是返回再選：將中礦返回電選機(jī)給礦端，與新鮮給礦混合后重新分選。這種方式操作簡(jiǎn)單，但當(dāng)中礦量積累過(guò)多時(shí)會(huì)擠占主流程處理能力。二是單獨(dú)處理：將積累到一定量的中礦集中起來(lái)，在更嚴(yán)格的參數(shù)條件下（如提高電壓、降低輥速）重新電選，可獲得部分合格精礦。三是浮選補(bǔ)充：當(dāng)電選中礦的TiO?品位約35%、ZrO?品位約31%時(shí)，研究表明可以通過(guò)浮選進(jìn)一步分離——采用烷基胺膦酸（TF112）作為捕收劑，在pH=7的中性條件下，配合Pb(NO?)?活化金紅石、Na?SiF?抑制鋯英石，可獲得TiO?品位90.24%的金紅石精礦。
在鋯英砂/金紅石分離領(lǐng)域，存在多種技術(shù)路線，但高壓電選是工業(yè)規(guī)模上最成熟、應(yīng)用最廣的方法。
其他技術(shù)路線包括：浮選（適用于細(xì)粒級(jí)和表面污染嚴(yán)重的物料，但需要藥劑、廢水處理成本高）、重液分離（適用于實(shí)驗(yàn)室級(jí)別，工業(yè)規(guī)模成本過(guò)高）、選擇性絮凝（尚處于實(shí)驗(yàn)室階段，工業(yè)應(yīng)用極少）。
高壓電選在工業(yè)規(guī)模上的綜合優(yōu)勢(shì)明顯：處理量大（單臺(tái)2-5t/h）、運(yùn)營(yíng)成本低（主要消耗為電力，無(wú)藥劑成本）、分選效率穩(wěn)定（85-90%）、設(shè)備成熟可靠。其局限性在于對(duì)給礦水分敏感、對(duì)細(xì)粒級(jí)物料（<0.04mm）效率下降、需要配套干燥和分級(jí)預(yù)處理。
近年電選設(shè)備有幾個(gè)技術(shù)方向值得關(guān)注。
智能化控制：通過(guò)在線檢測(cè)精礦品位和尾礦品位，自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓、輥筒轉(zhuǎn)速和電極位置，減少人工干預(yù)，提高分選穩(wěn)定性。
新型電極材料：探索更耐磨、更耐腐蝕的電極材料和輥筒表面涂層，延長(zhǎng)設(shè)備壽命，降低維護(hù)頻率。
高效干燥-電選一體化：將干燥、加熱、分級(jí)、電選集成在同一設(shè)備或緊湊流程中，減少中間環(huán)節(jié)的物料轉(zhuǎn)運(yùn)和熱損失。
高壓電源技術(shù)：采用高頻高壓開(kāi)關(guān)電源替代傳統(tǒng)的工頻高壓變壓器，電源效率和輸出電壓穩(wěn)定性顯著提升，設(shè)備體積和重量明顯減小。
鋯英砂和金紅石的電選分離，原理清晰——導(dǎo)體的金紅石拋離，非導(dǎo)體的鋯英砂吸附。工業(yè)設(shè)備的選型也相對(duì)成熟——雙輥筒電選機(jī)是主流，弧板電選機(jī)用于高純度要求，板式電選機(jī)用于小型補(bǔ)充。
但設(shè)備只提供“上限”。真正決定電選效果的，是給礦的干燥、分級(jí)、加熱和表面清潔程度。含水量超標(biāo)，分帶混亂；粒度混合，效率下降；表面膜未清除，導(dǎo)電性失真。所有針對(duì)鋯英砂/金紅石電選流程的優(yōu)化案例都指向同一個(gè)結(jié)論——把80%的精力花在電選前的預(yù)處理上，剩下的20%留給設(shè)備調(diào)節(jié)，效果最好。預(yù)處理的投入，決定了電選機(jī)的上限。
