姚明釗　李　強(qiáng)　張躍軍　史帥星

(1.北礦機(jī)電科技有限責(zé)任公司固安公司；2.北礦機(jī)電科技有限責(zé)任公司)

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高濃度浮選技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

姚明釗1李強(qiáng)2張躍軍2史帥星2

(1.北礦機(jī)電科技有限責(zé)任公司固安公司；2.北礦機(jī)電科技有限責(zé)任公司)

摘要高濃度浮選可增大氣泡和礦物顆粒的碰撞概率，強(qiáng)化黏附，進(jìn)而提高浮選速度、節(jié)約藥劑成本和用水量，但濃度過(guò)大會(huì)影響氣泡在礦漿中的分散，惡化浮選環(huán)境。分析了礦漿濃度對(duì)浮選過(guò)程的影響，總結(jié)了高濃度浮選技術(shù)的應(yīng)用情況，主要介紹了閃速浮選機(jī)、水力分選機(jī)、串聯(lián)浮選柱等高濃度浮選設(shè)備的發(fā)展與應(yīng)用實(shí)踐，最后指出加強(qiáng)高濃度浮選機(jī)理的研究和專(zhuān)用設(shè)備的研制，以將高濃度浮選技術(shù)應(yīng)用于常規(guī)浮選流程和細(xì)粒礦物浮選是今后該技術(shù)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞高濃度浮選碰撞黏附回收率

浮選是重要的選礦方法，涉及固、液、氣三相復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，受礦漿濃度、礦石性質(zhì)、礦漿pH和藥劑制度等因素的影響。礦漿濃度通過(guò)影響空氣在礦漿中的分散度、礦漿在浮選機(jī)中的停留時(shí)間、藥劑的體積濃度及氣泡與顆粒的碰撞黏附過(guò)程等，對(duì)浮選回收率、精礦品位、藥劑成本、生產(chǎn)能力等產(chǎn)生較大影響。不同性質(zhì)的礦石，最佳浮選濃度不同。合適的浮選濃度是獲得理想浮選指標(biāo)的重要條件之一[1]。

提高浮選濃度主要具有幾個(gè)方面優(yōu)勢(shì)：①降低生產(chǎn)用水量，增加液相中藥劑的體積濃度，藥劑與礦物間的作用隨之增強(qiáng)，從而降低藥劑消耗；②提高設(shè)備處理量，減少流程中設(shè)備總臺(tái)數(shù)；③提高浮選速率[2]。

目前對(duì)浮選過(guò)程的研究主要集中在工藝流程、高效藥劑與浮選設(shè)備等方面，高濃度礦漿條件下的礦物浮選行為的研究較少。論文旨在總結(jié)高濃度浮選技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，以期為浮選的進(jìn)一步發(fā)展提供參考。

1礦漿濃度對(duì)浮選過(guò)程的影響

夏青[3]等對(duì)浮選速度進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)浮選速度隨礦漿濃度的增大而增大，增大程度隨反應(yīng)級(jí)數(shù)的不同而不同。同一反應(yīng)級(jí)數(shù)下，礦漿濃度越高，浮選速度越快。在浮選粗顆粒礦物時(shí)，三相潤(rùn)濕周邊的擴(kuò)展速度起著決定性作用。當(dāng)氣泡與礦粒碰撞的相對(duì)速度在2～10 cm/s時(shí)，氣泡能迅速達(dá)到中間層臨界厚度，破裂并生成三相潤(rùn)濕周邊[4]。一般在高濃度顆粒層中浮起氣泡，以降低礦物顆粒與氣泡的相對(duì)速度、增加二者的接觸時(shí)間，進(jìn)而有效提高粗顆粒礦物與氣泡的黏附概率，改善粗顆粒浮選效果。國(guó)外科技工作者通過(guò)CFD軟件模擬礦漿濃度對(duì)氣泡碰撞與兼并率的影響。結(jié)果表明，升高礦漿濃度，會(huì)增加其黏度，降低泡沫相水膜流失速度，Sauter直徑逐漸減小，從而減小了氣泡的兼并率，增加氣泡與礦物顆粒的碰撞率，氣泡破裂概率隨之增加。

礦漿濃度也會(huì)影響浮選機(jī)的充氣性能。在一定范圍內(nèi)，礦漿濃度提高，浮力上升，有利于粗粒礦物的浮選；礦漿濃度過(guò)大，則不利于浮選機(jī)的充氣，影響浮選回收率。對(duì)于疏水性細(xì)粒浮選，增大礦漿濃度有利于提高回收率；對(duì)親水性細(xì)粒，則會(huì)影響精礦質(zhì)量。

因此，在一定范圍內(nèi)增大礦漿濃度可提高礦物浮選速度、延長(zhǎng)礦漿在浮選機(jī)內(nèi)的停留時(shí)間、降低藥劑用量，有利于提高回收率。礦漿濃度過(guò)高，會(huì)惡化浮選機(jī)充氣，影響氣泡在礦漿中的分散，不利于浮選指標(biāo)的提高。

2高濃度浮選技術(shù)的應(yīng)用

我國(guó)目前鋁土礦正浮選采用“抑少浮多”工藝，精礦產(chǎn)率高達(dá)55%～80%，泡沫黏度大，浮選流程平均礦漿濃度不到20%。低濃度浮選降低了選礦處理能力，影響礦山的經(jīng)濟(jì)效益。

山西某鋁土礦選廠通過(guò)增加斜板濃密機(jī)和濃泥斗對(duì)浮選給礦與精選尾礦進(jìn)行濃縮，提高浮選給礦濃度到50%～70%[5]。工業(yè)試驗(yàn)表明，在浮選指標(biāo)相近的前提下，同一設(shè)備處理能力提高了1.8倍，捕收劑用量減少了15%，新水用量減少了20%，達(dá)到了節(jié)能降耗、增產(chǎn)的目的。

司家營(yíng)鐵礦由于氧化礦石性質(zhì)的波動(dòng)和生產(chǎn)工藝問(wèn)題，強(qiáng)磁精礦反浮選作業(yè)處理能力偏低，制約了選廠增產(chǎn)。選礦廠原對(duì)浮選系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)一次擴(kuò)容改造，提高浮選濃度至35%。盡管改造后浮選作業(yè)較為穩(wěn)定，但當(dāng)入磨礦石量或品位提高時(shí)，浮選前濃縮池礦漿濃度增大。為防止壓耙事故發(fā)生，不得不減少濃縮池給礦量，直接導(dǎo)致綜合尾礦品位升高、鐵精礦產(chǎn)率和回收率下降。張慶豐[6]等提出將給礦濃度提高到55%～63%的高濃度反浮選工藝，解決了該問(wèn)題，帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

傳統(tǒng)銅鉬分離工藝粗選礦漿濃度往往較低(25%～30%)，不僅藥劑成本大，需要大量的水和電能，而且選別指標(biāo)低，不能最大限度地發(fā)揮設(shè)備生產(chǎn)能力。趙明福[7]等針對(duì)某特大型低品位斑巖型銅鉬礦石，提高粗選濃度提至40%～42%，采用銅鉬混合精礦高濃度分離浮選工藝，鉬回收率較高，同時(shí)提高浮選設(shè)備的處理能力。

國(guó)內(nèi)某金礦選廠處理能力的增大使粗選細(xì)度-0.074 mm含量由50%降低到45%以下，濃度由45%上升到50%左右，選礦指標(biāo)惡化。楊建[8]提出以粗顆粒為載體，背負(fù)微細(xì)粒級(jí)含金礦物共同上浮的高濃度浮選工藝。改造實(shí)踐結(jié)果表明，礦物浮選時(shí)間得到延長(zhǎng)，回收率提高了0.57%，藥劑用量降低了5%～8%，選廠經(jīng)濟(jì)效益得到提高。

南京銀茂鉛鋅礦業(yè)下屬礦山某選廠采用優(yōu)先浮鉛再選鋅工藝流程選別鉛鋅多金屬礦石。由于浮鉛尾礦濃度較低(25%左右)，鋅浮選指標(biāo)一直不理想。何麗萍[9]等通過(guò)高濃度浮選試驗(yàn)將浮鉛尾礦濃度提高到45%時(shí)，鋅浮選回收率提高了4.29%，為選廠進(jìn)一步的改造提供了參考。

遲永欣[10]針對(duì)某高硫銅鋅銀礦石性質(zhì)，進(jìn)行優(yōu)先浮選試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)浮銅尾礦濃度濃縮至45%以上再進(jìn)入鋅浮選時(shí)，鋅回收率可提高5%左右。

以上應(yīng)用說(shuō)明高濃度浮選技術(shù)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)有色金屬礦、黑色金屬礦得到較為廣泛的應(yīng)用，對(duì)于減少藥劑成本和增產(chǎn)降耗、提高選礦指標(biāo)和選廠經(jīng)濟(jì)效益具有積極作用。

3高濃度浮選設(shè)備的應(yīng)用

高濃度使礦漿流動(dòng)性變差，增加礦漿黏度，浮選機(jī)充氣后空氣難于分散，氣泡礦化效果變差，高濃度浮選對(duì)設(shè)備提出了更高的要求。由于細(xì)粒礦物在高濃度條件下的浮選行為較為復(fù)雜，國(guó)內(nèi)外對(duì)其分選機(jī)理研究較少，浮選設(shè)備也相對(duì)較少，目前高濃度浮選設(shè)備主要應(yīng)用于粗粒級(jí)礦物的選別。

3.1閃速浮選機(jī)

密度較大的金、銀等礦物采用水力旋流器分級(jí)時(shí)，已單體解離的部分容易進(jìn)入旋流器底流返回磨礦，進(jìn)而出現(xiàn)過(guò)磨，造成金屬損失。采用閃速浮選機(jī)對(duì)旋流器沉砂進(jìn)行高濃度快速浮選可提前回收已經(jīng)單體解離的礦物，提高金屬回收率，減輕了球磨機(jī)的循環(huán)負(fù)荷，增加了磨機(jī)的處理能力[11-12]。

閃速浮選機(jī)自1984年在芬蘭首次使用后，目前已廣泛應(yīng)用于金、鉛、鋅、銅、鎳等礦物的回收[13]。武鋼大冶鐵礦選廠采用先浮選后磁選工藝流程回收鐵、銅、硫，但硫精礦銅、金含量約0.7%、1.5 g/t，影響選廠經(jīng)濟(jì)效益。為提高銅硫分離效率，夏劍雄[14]等采用閃速浮選機(jī)進(jìn)行銅硫分離工業(yè)試驗(yàn)。結(jié)果表明，閃速浮選機(jī)可有效提高銅硫分離指標(biāo)，硫精礦銅含量下降至0.488%，金含量下降至0.6 g/t，每年可增加經(jīng)濟(jì)效益100多萬(wàn)元。

安慶銅礦選廠采用先浮銅硫再選鐵原則流程進(jìn)行生產(chǎn)，由于現(xiàn)場(chǎng)酸性脫硫工藝中硫酸與礦漿中的鈣離子形成結(jié)鈣物堵塞了浮選機(jī)吸氣孔和葉輪蓋板間隙，鐵精礦硫含量偏高。劉克明[15]采用射流閃速浮選機(jī)進(jìn)行脫硫工業(yè)試驗(yàn)，有效降低地了鐵精礦含硫量，脫硫率達(dá)到80%以上。

張新寬[16]等針對(duì)雞籠山金礦金嵌布粒度不均的特點(diǎn)，采用閃速浮選機(jī)進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)。相對(duì)選廠原生產(chǎn)指標(biāo)，閃速浮選機(jī)使金精礦品位和回收率分別提高了1.56%、5.13%，銅品位提高了1.11%。劉元科[17]采用閃速浮選機(jī)對(duì)金川公司選廠磨浮車(chē)間3#系統(tǒng)旋流器沉砂進(jìn)行浮選工業(yè)試驗(yàn)，入選礦物濃度可提高到60%～65%，每年可為選廠增加效益125萬(wàn)元。

3.2水力分選機(jī)

水力分選機(jī)是Eriez公司研制的一種新型流態(tài)化床分選設(shè)備，結(jié)合了常規(guī)流態(tài)化分選機(jī)與柱浮選機(jī)技術(shù)[18-19]。通過(guò)外加充氣系統(tǒng)引入氣泡，擴(kuò)大親水性礦物與疏水性礦物間的視密度差。不僅提高了分選效果，還使寬粒度礦物分選成為可能。水力分選機(jī)主要用于磨礦分級(jí)回路中處理旋流器沉砂，提前拋出部分尾礦。與傳統(tǒng)機(jī)械攪拌式浮選設(shè)備相比，水力分選機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：①入選礦漿濃度大，增加了氣泡與礦物顆粒的碰撞概率；②礦漿以對(duì)流形式給入，在上升水流的作用下，延長(zhǎng)了粗顆粒的浮選時(shí)間，提高了選別指標(biāo)；③無(wú)機(jī)械攪拌機(jī)構(gòu)，分選區(qū)內(nèi)礦漿流動(dòng)相對(duì)平穩(wěn)，減小了氣泡與顆粒礦物的脫附概率。

水力分選機(jī)可有效選別礦漿濃度40%～80%的磷礦、鉀鹽礦、金礦等。國(guó)外Julio等應(yīng)用水力分選機(jī)對(duì)某重選黃金尾礦進(jìn)行試驗(yàn)室試驗(yàn)和連續(xù)擴(kuò)大試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)水力分選機(jī)回收粗顆粒金連生體及單體金效果較好，金精礦品位為180～700 g/t，回收率為95%。Jaisen N[20]等利用水力分選機(jī)對(duì)南米德堡磷礦進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，結(jié)果表明水力分選機(jī)可有效提高選廠處理能力，回收率相近時(shí)，精礦品位提高6.5%，藥劑用量減少37%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3.3串聯(lián)浮選柱

重介質(zhì)選煤技術(shù)具有易于自動(dòng)控制、對(duì)煤質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)、分選精度高的優(yōu)點(diǎn)，目前已在我國(guó)得到廣泛應(yīng)用。但煤泥水濃度過(guò)高(120～160 g/L)，進(jìn)入浮選柱后會(huì)惡化浮選環(huán)境，降低精煤質(zhì)量，已是制約該技術(shù)發(fā)展的瓶頸。謝領(lǐng)輝[21]等將兩套浮選柱串聯(lián)對(duì)高濃度煤泥水(140 g/L)進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)一段浮選柱確保品位、二段浮選柱確保產(chǎn)量，浮選回收率提高了15%以上，有效解決了高濃度煤泥水浮選指標(biāo)不理想的問(wèn)題。彭耀麗[22]、李振濤[23]等研究成果進(jìn)一步驗(yàn)證了浮選柱串聯(lián)使用可有效分選高濃度煤泥水。

4結(jié)論

(1)高濃度浮選可降低用水量和藥劑消耗，提高浮選設(shè)備處理能力和浮選速度，但濃度過(guò)高會(huì)增大礦漿黏度，導(dǎo)致氣泡在礦漿中分散不均，惡化浮選環(huán)境。目前高濃度浮選設(shè)備一般通過(guò)改變充氣方式、優(yōu)化槽體結(jié)構(gòu)或串聯(lián)使用浮選設(shè)備，以強(qiáng)化氣泡與礦物的碰撞、黏附，提高回收率。

(2)高濃度浮選設(shè)備多用于粗顆粒礦物的高濃度浮選，其中閃速浮選機(jī)與水力分選機(jī)主要用于旋流器沉砂的分選，而在常規(guī)浮選流程和細(xì)顆粒礦物中應(yīng)用高濃度浮選技術(shù)則相對(duì)較少。國(guó)內(nèi)對(duì)高濃度浮選技術(shù)應(yīng)用大多是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)踐，缺乏系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)，也制約著其在多類(lèi)型礦物浮選中的大規(guī)模應(yīng)用。加強(qiáng)高濃度浮選的機(jī)理研究和專(zhuān)用高效的浮選設(shè)備研制是今后該技術(shù)的發(fā)展方向。

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(收稿日期2015-12-05)

Development and Application of High Concentration Flotation Technology

Yao Mingzhao1Li Qiang2Zhang Yuejun2Shi Shuaixing2

(1.Gu'an Company, BGRIMM Machinery and Electrics Technology Co., Ltd.；2.BGRIMM Machinery and Electrics Technology Co., Ltd.)

AbstractHigh concentration flotation can increase the collision probability between air bubbles and mineral grains, enhance the adhesion effects, and increase flotation speed, saving the cost of reagents and water consumption, but much high pulp concentration will affect dispersion of bubbles in solution, deteriorate flotation environment. Influence of pulp density on flotation process was analyzed. Application of high concentration flotation technology was summarized. Development and application practice of high concentration flotation equipment such as flash flotation machine, hydraulic sorting machine, series flotation column were mainly introduced. Strengthening the research on flotation mechanism and special equipment of high concentration flotation, application of high concentration flotation technology on routine flotation process and fine mineral flotation will be the development direction of the technology.

KeywordsHigh concentration, Flotation, Collision adhesion, Recovery

姚明釗(1979—)，男，工程師，065500 河北省廊坊市固安縣。

·礦物加工工程·