羅亨通，封東霞，楊多，張小永,2，熊宇農(nóng)

1.昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院，云南 昆明650093；2.省部共建復(fù)雜有色金屬資源清潔利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650093

引言

在常規(guī)浮選中，為了獲得較好的浮選指標(biāo)，需要將礦物顆粒粒度控制在10～150 μm之間[1]，對(duì)于該粒度范圍外的粗顆粒，則需要消耗更多的能量將其磨細(xì)至合適粒度才能進(jìn)行有效浮選回收[2]。在大部分選礦廠中，礦石粉磨階段所消耗的電能約占總消耗電能的70%～75%[3-4]，并且入料礦粒越粗，所需要消耗的能量也越高[5]。但目前礦山開采出的礦石大多品位較低，這些礦石直接入選會(huì)造成更多能量的消耗[6]。粗顆粒浮選技術(shù)一般是指直接浮選回收粒度大于150 μm的礦粒，它具有以下優(yōu)勢：(1)對(duì)原礦進(jìn)行預(yù)選拋尾，減少礦石處理量，并且可以提高后續(xù)磨浮工藝流程入料的品位，節(jié)省能量的消耗；(2)使用粗顆粒浮選技術(shù)可以對(duì)粗粒尾礦如重選尾礦進(jìn)行再選，以提高資源利用率，減少能耗，降低選礦成本；(3)許多較脆的礦物如石墨和輝鉬礦等，在碎磨過程中很容易發(fā)生過粉碎現(xiàn)象，這樣不僅會(huì)造成能量的浪費(fèi)，還會(huì)造成金屬流失[6-7]，而采用粗粒浮選技術(shù)，可以直接將部分解離的粗粒目標(biāo)礦物選出，避免過磨，提高回收效率。

在浮選中，礦物顆粒需要與氣泡充分接觸和附著，形成礦粒-氣泡集合體后才能將礦物顆粒有效浮選出來，而在粗顆粒浮選中，礦物顆粒與氣泡的作用較弱，粗顆粒浮選受到抑制，主要表現(xiàn)在以下幾方面：(1)礦粒與氣泡接觸黏著幾率低。較粗顆粒與氣泡碰撞后，氣泡會(huì)產(chǎn)生較大變形，然后馬上復(fù)原，該過程會(huì)產(chǎn)生彈性振動(dòng)，使得顆粒與氣泡黏附幾率低，氣泡的變形也會(huì)增大顆粒與氣泡之間的間隙，中間會(huì)夾雜許多液相，若來不及排出，也會(huì)使得礦粒與氣泡并未真正黏著；(2)礦粒與氣泡黏著牢固程度低。在浮選中，粗顆粒和超細(xì)顆粒(<10 μm)的浮選速率常數(shù)低于中間粒級(jí)顆粒的浮選速率常數(shù)，對(duì)此Schulze認(rèn)為，當(dāng)氣泡被困在湍流中旋轉(zhuǎn)渦流的中心時(shí)，氣泡表面的粒子會(huì)受到離心力，如果離心力超過能使顆粒附著在氣泡上的表面張力時(shí)，顆粒會(huì)脫離氣泡。Schulze提出了一個(gè)臨界無量綱值，即邦德數(shù)Bo(分離離心力與毛細(xì)保持力的比值，可以定義礦粒-氣泡集合體的穩(wěn)定性)，當(dāng)Bo>1時(shí)，脫離發(fā)生[8]，而粗顆粒粒度大，所受到的離心力較大。再者，氣泡要被成功礦化需要顆粒與氣泡接觸時(shí)間大于感應(yīng)時(shí)間，顆粒越大，所需要的感應(yīng)時(shí)間也越長，而粗顆粒浮選中不易滿足該條件，因此難以形成顆粒-氣泡集合體[9-12]。

就當(dāng)前的浮選設(shè)備而言，常規(guī)的機(jī)械攪拌浮選機(jī)通過強(qiáng)烈攪拌來產(chǎn)生強(qiáng)大的湍流，使礦粒充分懸浮，剪切和分散氣泡，以及促進(jìn)礦物顆粒、藥劑和氣泡間的相互作用[13]，然而，這對(duì)于粗顆粒的回收是適得其反的，葉輪產(chǎn)生的湍流會(huì)在系統(tǒng)中產(chǎn)生渦流，而旋渦中心的氣泡旋轉(zhuǎn)得非常快，在離心力的影響下，粗顆粒會(huì)與氣泡分離，因此它需要在相對(duì)靜止系統(tǒng)中才能穩(wěn)定黏附在氣泡上，被有效回收。1984年，Schulze等人[14]發(fā)現(xiàn)，在相對(duì)靜態(tài)環(huán)境下浮選粗顆粒，最大可浮粒度可以提高到幾毫米。除了湍流之外，當(dāng)處理粗礦粒時(shí)，目的礦物表面的解離度也很重要。一般地，礦物表面解離度隨著其粒徑的減小而增加，更大的解離度為氣泡的附著提供了更多的位置[15]，粗粒礦物粒度大，其解離度小。

根據(jù)浮選原理以及上述對(duì)于粗顆粒難浮的原因分析，一般可以通過以下方式改善粗顆粒浮選：(1)降低浮選機(jī)槽的深度，以縮短礦化氣泡的浮升行程，盡可能及時(shí)排出上浮產(chǎn)品。(2)加大充氣量。能夠增加氣泡數(shù)量，提高礦粒與氣泡的接觸概率。(3)適當(dāng)提高浮選礦漿濃度，以增大礦粒的浮力。(4)適當(dāng)改進(jìn)藥劑制度。如適量添加中性油等輔助疏水藥劑，以強(qiáng)化粗粒表面的疏水化和加強(qiáng)礦化氣泡的黏著牢固度；提高捕收劑和起泡劑的濃度，此時(shí)脈石礦物的回收率也會(huì)得到提高[16-17]。

礦產(chǎn)資源逐漸呈現(xiàn)“貧、細(xì)、雜”的特點(diǎn)，這對(duì)于目前的選礦技術(shù)是很大的挑戰(zhàn)。粗顆粒浮選技術(shù)能夠緩解磨礦壓力，減少能量消耗，并且提高資源的利用率，在“綠色礦山”創(chuàng)建方面也具有重大意義。本文詳細(xì)闡述了泡沫中分選法、閃速浮選法和流化床浮選法等主要的粗顆粒浮選方法，以及相關(guān)的設(shè)備和實(shí)際應(yīng)用，并且分析了其優(yōu)缺點(diǎn)，以期為今后粗顆粒浮選技術(shù)的發(fā)展提供參考。

1 泡沫中分選法(SIF)

泡沫中分選技術(shù)是將礦漿直接給入到泡沫層中，然后回收目標(biāo)礦物顆粒[18]。其分選原理為礦粒在通過由氣泡發(fā)生器或起泡劑在水或其他液體介質(zhì)表面產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)泡沫層中下沉?xí)r進(jìn)行礦物分選的過程中，礦粒直接接觸泡沫，疏水礦粒會(huì)立即被回收，成為精礦，而親水性礦粒則被給料水沖走，成為尾礦[19-20]。SIF試驗(yàn)裝置配置如圖1所示。

圖1 SIF試驗(yàn)裝置配置

SIF 試驗(yàn)是在一個(gè)專門設(shè)計(jì)的設(shè)備中進(jìn)行的，在該設(shè)備中，給礦是以濃度較高的狀態(tài)(質(zhì)量濃度約60%～80%)水平給到泡沫上，與泡沫短時(shí)間(約3～5 s)接觸作用后，目標(biāo)礦粒沿著浮選槽移動(dòng)，進(jìn)入溢流，得到泡沫產(chǎn)品，而親水礦粒則下沉被給料水帶走，成為尾礦[19]。

1.1 泡沫中分選法設(shè)備

國內(nèi)外對(duì)于該技術(shù)研究有限，目前并沒有比較高效的相關(guān)的浮選設(shè)備。如圖2所示為一款泡沫分選機(jī)，該分選機(jī)主要由喂料箱、傾斜折流板、分漿器、初步充氣溝槽、噴嘴、充氣器、溢流嘴、泡沫刮板和錐形箱等部分構(gòu)成。

圖2 泡沫分選機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖[21]

使用該分選機(jī)時(shí)，需要先將藥劑與給礦充分混合，從喂料箱給入，再打開折流板上的開關(guān)，保證折流板處于傾斜狀態(tài)。在礦漿進(jìn)入到泡沫層中之后，精礦泡沫在充氣器的作用下流出，或者被刮板刮出，剩余的產(chǎn)品在錐形箱中聚集，最后在尾礦排出口流出[21]。

1.2 泡沫中分選法的應(yīng)用

泡沫中分選方法在實(shí)際中運(yùn)用不多， Leppelen JO等在選礦廠實(shí)驗(yàn)室和半工業(yè)裝置中研究了該技術(shù)，對(duì)于磷灰石和方解石等礦物進(jìn)行的試驗(yàn)表明，如果礦物粒度小于3 mm，則上述所有礦物均可被成功懸浮。在方解石的選別試驗(yàn)中，在一定粒度下(尤其是0.1～0.5 mm 的范圍內(nèi))，SIF方法可得到的方解石精礦回收率超過90%[22]。

1.3 泡沫中分選法的優(yōu)缺點(diǎn)

泡沫中分選法最大的特點(diǎn)在于疏水礦粒與氣泡直接接觸，并且浮選速度快，沒有礦粒-氣泡集合體的上浮過程，因此具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)原礦在泡沫層上方水平給入，疏水礦粒與氣泡能夠長時(shí)間接觸，氣泡可以被充分礦化。(2)泡沫層無湍流脈動(dòng)，防止礦粒從氣泡上脫落。(3)泡沫層對(duì)礦漿有過濾作用，使疏水礦粒與親水礦粒能夠良好分離。(4)分選速度快，疏水礦?？稍?～5 s內(nèi)回收。(5)適合處理各種濃度的礦漿[7]。

另外泡沫中分選法設(shè)備的能耗低，處理能力大并且選別過程中的大部分水可循環(huán)利用，設(shè)備沒有運(yùn)轉(zhuǎn)部件，磨損量小，維修方便。

其缺點(diǎn)在于，由于礦粒給入后與氣泡直接接觸便被回收，因此該方法對(duì)于礦物的疏水性要求很高，只適合處理特定的礦物，對(duì)于礦物的適應(yīng)性較差，需要配合高效的起泡劑，并且該技術(shù)對(duì)細(xì)粒級(jí)礦物的選擇性較差，特別是當(dāng)細(xì)粒級(jí)與粗粒級(jí)同時(shí)浮選時(shí)，由于礦粒在泡沫中的大量夾帶，會(huì)選出大量非目的細(xì)粒礦物[19]。

2 閃速浮選法

閃速浮選通常是在高礦漿濃度(65%～75%)條件下浮選粗粒級(jí)礦物[23]。閃速浮選處理的是磨礦分級(jí)回路中分級(jí)機(jī)的返砂或是旋流器的底流，其作用是除去已經(jīng)單體解離的目標(biāo)有用礦物和含有目標(biāo)有用礦物的粗連生體，防止其泥化或者過粉碎，造成金屬流失或者后續(xù)選別的麻煩[24-25]，在高濃度粗顆粒礦漿中，這一部分礦粒由于濃度大而容易進(jìn)入分級(jí)設(shè)備的返砂或底流中，易被捕收浮出，而含量較小的極細(xì)泥則會(huì)進(jìn)入分級(jí)設(shè)備的溢流中被排走，加上閃速浮選時(shí)間較短，也促進(jìn)了目標(biāo)礦物與脈石的分離，保證了精礦的品位，還可以通過改進(jìn)藥劑制度、調(diào)整礦漿pH值和浮選充氣量等提高精礦品位[26]。閃速浮選標(biāo)準(zhǔn)工藝流程如圖3所示，閃速浮選工藝過程如圖4所示。

圖3 閃速浮選工藝流程

圖4 閃速浮選槽浮選過程

閃速浮選槽分成四個(gè)區(qū)域：(1)旁路區(qū)——極粗礦粒從這里被排出成為尾礦，返回磨礦回路中；(2)混合區(qū)——葉輪攪拌礦漿，使固體礦粒充分混合和懸?。?3)沉降區(qū)——較安靜的區(qū)域，但粗顆粒的分離仍在發(fā)生；(4)泡沫區(qū)——類似于其他浮選機(jī)的泡沫區(qū)，然而，在浮選槽的頂部內(nèi)錐里，氣泡有一個(gè)非常有限的活動(dòng)區(qū)域[27]。

從閃速浮選過程可以看出其與其他的浮選方法有著明顯區(qū)別：(1)給料很粗，一般為旋流器底流或者分級(jí)機(jī)返砂；(2)礦漿質(zhì)量濃度高，可達(dá)70%；(3)礦粒在礦漿中停留時(shí)間短，通常小于3 s；(4)浮選前礦粒與藥劑接觸有限；(5)葉輪功率低，以促進(jìn)粗顆粒旁流等[27]。

2.1 閃速浮選設(shè)備

2.1.1 常規(guī)閃速浮選機(jī)

常規(guī)閃速浮選機(jī)屬于機(jī)械攪拌充氣式浮選機(jī)[28]，是專門針對(duì)給料礦粒較粗和礦漿質(zhì)量濃度高的分級(jí)機(jī)返砂或旋流器溢流及尾礦所設(shè)計(jì)的單槽浮選機(jī)[29]。YXII-4為北京礦冶研究總院在2012年研制出的閃速浮選機(jī)，其示意圖見圖5。

1—槽體；2—中部排礦口；2—精礦泡沫排礦口；4—驅(qū)動(dòng)電機(jī);5—推泡錐；6—液位檢測裝置；7—給礦口；8—底部排礦口

YXII-4型閃速浮選機(jī)主要由槽體、主軸、推泡錐、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和液位控制系統(tǒng)等組成。該類型閃速浮選機(jī)的特點(diǎn)在于:(1)葉輪—定子下方安裝了礦漿循環(huán)筒，能夠促進(jìn)礦漿循環(huán)，增加礦物顆粒捕收的幾率；(2)槽體底部采用錐形設(shè)計(jì)，消除了死角，兼具濃密作用，能夠增大槽體內(nèi)部軸向的濃度梯度；(3)礦漿在切向方向給入槽體錐形底上部，在葉輪的攪拌作用下，礦漿發(fā)生離析分層現(xiàn)象，即微細(xì)顆粒多分布于槽體中上部，而大部分的粗顆粒分布在槽體底部并排出；(4)底部管路上安裝了膠管閥，以避免粗顆粒堵塞管路；(5)設(shè)置了中部排礦口，以適應(yīng)給礦的波動(dòng)[30]。

2.1.2 高效閃速浮選機(jī)

高效閃速浮選機(jī)屬于射流浮選機(jī)，沒有傳動(dòng)裝置，需要配置離心砂泵進(jìn)行浮選。在浮選過程中，離心砂泵先把礦漿提升到射流泵，在高速高壓的噴射作用下，空氣也會(huì)被吸入礦漿射流束中，在礦漿被射出的瞬間，礦漿所受到的壓力驟降，體積突然增大，礦粒、浮選藥劑和氣泡之間發(fā)生劇烈的接觸和碰撞，有用礦粒附著在氣泡上，形成礦粒-氣泡集合體，通過喉管進(jìn)入礦化反應(yīng)管中，又由于氣泡在反應(yīng)管內(nèi)快速上升，礦漿快速下降，使氣泡和礦漿在礦化反應(yīng)管中不斷地上下交替接觸，經(jīng)過礦化反應(yīng)后，進(jìn)入到反沖假底，由調(diào)整速孔板向上噴射，礦化氣泡上浮到泡沫層，流入精礦管，尾礦通過假底上沿周邊的空隙流入尾礦管[23-31]，SL-SSF75-1型高效閃速浮選機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。

1—噴射器；2—喉管；3—礦化管；4—泡沫槽；5—穩(wěn)流板；6—槽體；7—反沖假底；8—調(diào)流板；9—下支架；10—粗尾礦管；11—循環(huán)管；12—尾礦管；13—尾礦通道；14—調(diào)整閘門；15—尾礦箱子；16—手輪絲桿；17—噴射器支承

2.2 閃速浮選的應(yīng)用

甘肅某金礦中金的賦存狀態(tài)比較復(fù)雜,金嵌布狀態(tài)以包裹金為主，占84.79%，粒間金占15.21%，在礦石中的嵌布粒度極其微細(xì)(一般為5～50 μm)，微粒金占90.66%，用一般的選別方法難以取得理想的回收指標(biāo)，因此在磨礦回路使用了YXⅡ-4 型閃速浮選機(jī)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在處理量和原礦品位變化不大的條件下，綜合精礦中金品位提高5.95%，金綜合回收率增加了2.52%[30]，可以看出閃速浮選流程的引入，可以顯著改善選別指標(biāo)。

海南山金礦業(yè)有限公司抱倫金礦，原礦中金品位大約為10 g/t，金礦物粒度分布寬。該工藝分級(jí)—磨礦回路中存在大量游離金，旋流器沉砂中，金品位達(dá)57.3 g/t，通過對(duì)旋流器的沉砂進(jìn)行閃速浮選，得到的精礦金品位達(dá)1 826.03 g/t、回收率為74.98%[32]。

Kanowna Belle選礦廠原礦中，黃鐵礦是主要的硫化物，約82%的黃鐵礦顆粒粒度在38～425 μm之間，粒度較粗。在磨礦分級(jí)回路中引入閃速浮選設(shè)備，然后分別采用柱式和常規(guī)浮選兩種方法對(duì)旋流器溢流進(jìn)行處理后，金和硫的總回收率分別為88.8%和87.6%，閃速浮選為最終精礦回收率貢獻(xiàn)了55%的硫和52%的金[33]。

2.3 閃速浮選法的優(yōu)缺點(diǎn)

閃速浮選槽一般配置在磨礦分級(jí)回路中，在礦漿質(zhì)量濃度很高的環(huán)境下，處理水力旋流器底流或者分級(jí)機(jī)的返砂，浮選精礦為粗精礦或最終精礦，尾礦返回磨礦分級(jí)回路中再磨、分級(jí)機(jī)分級(jí)后再通過常規(guī)浮選進(jìn)行分選。因此閃速浮選槽集分級(jí)機(jī)與浮選機(jī)于一體，兼具粗選和精選的作用[24-34]，有著以下優(yōu)點(diǎn)：(1)提前選出已經(jīng)單體解離的有用礦物或者含有有用礦物的粗集合體，減少了過粉碎現(xiàn)象，減少了金屬流失，提高了有用礦物的回收率；(2)降低了磨礦循環(huán)量，減輕了磨礦壓力；(3)減少了進(jìn)入常規(guī)浮選的礦量，能夠減少浮選機(jī)數(shù)量，降低選礦廠基建投資[35]；(4)預(yù)先選出較粗粒級(jí)礦物，浮選給礦粒度變窄，可以提高浮選效率[36]；(5)增加了浮選的選擇性，提高了精礦的質(zhì)量[21]；(6)精礦粒度粗，細(xì)泥量少，精礦脫水容易，降低了脫水成本[37]。

閃速浮選的缺點(diǎn)：(1)處理的物料粒度粗，礦漿質(zhì)量濃度大，因此設(shè)備管道及閥門磨損嚴(yán)重[38]；(2)處理的分級(jí)機(jī)沉砂量大，需配置多臺(tái)閃速浮選設(shè)備，投資較高[39]。

2.4 旋流閃速浮選法

閃速浮選法已被實(shí)踐證明了能夠回收粗粒礦物，但設(shè)備管道及閥門磨損嚴(yán)重以及回路中可能需要配置多臺(tái)閃速浮選機(jī)等問題的存在，使其進(jìn)一步推廣存在很多阻礙。為了解決這些問題，李長根[40]結(jié)合了重力和物理化學(xué)力場，對(duì)閃速浮選法進(jìn)行改進(jìn)，開發(fā)了旋流閃速浮選方法。在離心力場中，對(duì)磨礦機(jī)溢流進(jìn)行分級(jí)的同時(shí)，把已單體解離或粒級(jí)合格的有用重礦物從磨礦分級(jí)回路中及早浮選分離出來，泡沫產(chǎn)品和溢流進(jìn)入常規(guī)浮選處理。其工藝流程如圖7所示。

圖7 旋流閃速浮選法工藝流程

與常規(guī)閃速浮選相比，在旋流閃速浮選中，浮選與分級(jí)是同時(shí)進(jìn)行的，這簡化了常規(guī)閃速浮選的流程，配置相對(duì)簡單，減少了初期基建投資。

3 流化床浮選法

流態(tài)化床簡稱流化床，是一種利用氣體或液體通過顆粒狀固體層而使固體顆粒處于懸浮運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并進(jìn)行氣固相反應(yīng)過程或液固相反應(yīng)過程的反應(yīng)器[41]。流化床浮選基于干涉沉降原理，由于干涉沉降，懸浮液中顆粒的沉降速率與自由沉降的顆粒沉降速度相比會(huì)更小[42-43]。在干涉沉降中，每個(gè)顆粒的沉降會(huì)受其他粒子的影響，這種現(xiàn)象稱為“多粒子流體動(dòng)力學(xué)相互作用”[44]。在流化床浮選中，給料處于受阻狀態(tài)，逆著上升流進(jìn)入，并與氣泡接觸。疏水顆粒附著在氣泡上，形成礦粒-氣泡集合體，這降低了它們的有效密度。最后，礦粒-氣泡集合體上升，通過礦漿作為浮選精礦進(jìn)入溢流槽中，而親水顆粒通過流化床下沉，以高濃度(55%～75%)尾礦的形式排出[45]。氣固流化床已廣泛應(yīng)用于化工、冶金、石油、干燥和其他行業(yè)，它們有著高氣固接觸率和良好的熱量傳輸效率等優(yōu)點(diǎn)[46-47]。

圖8 NovaCell型浮選柱的工作原理

近年來選礦學(xué)者將流化床與浮選技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)出了流化床浮選技術(shù)，尤其是用于煤炭分離中的氣固分離床。氣固分離流化床具有干燥的分離環(huán)境，因此，在干旱和半干旱地區(qū)有很好應(yīng)用前景[48]。

3.1 流化床浮選設(shè)備

國內(nèi)外流化床浮選設(shè)備主要有兩種：一種是澳大利亞 Newcastle Jameson 教授研制的NovaCell浮選柱，另一種是美國ERIEZ公司研制的HydroFloat水力浮選機(jī)。

圖8為NovaCell浮選柱的工作原理。NovaCell是一種寬粒級(jí)的泡沫浮選設(shè)備，主要由浮選柱體、泡沫槽、中礦循環(huán)管路和礦氣混合裝置等組成，槽體的分選區(qū)域分為泡沫區(qū)、分離區(qū)和流態(tài)化區(qū)。給料進(jìn)入一個(gè)垂直柱，遇到上升的液體流，密度較大的顆粒沉降在浮選柱的底部，然后會(huì)被上升的液體流化。更細(xì)的顆粒在流化液中從床層中被分離出，流化液位于柱的頂部附近。流化液被循環(huán)到浮選柱的底部?？諝馔ㄟ^礦氣混合裝置引入循環(huán)，它有兩個(gè)目的：(1)將空氣分散成直徑為300～400 μm細(xì)小的氣泡；(2)使氣泡和分離出的顆粒在強(qiáng)剪切區(qū)相互接觸，這增加了氣泡捕獲礦粒的概率。充氣循環(huán)流返回到浮選柱的底部。隨著氣泡的上升，細(xì)小氣泡在流化床的溫和環(huán)境中與疏水粗顆粒接觸。由于床層中沒有湍流，粗顆粒仍然附著在氣泡上，并被向上攜帶到泡沫層中[49]。

圖9 HydroFloat型水力浮選機(jī)的工作原理

圖9為HydroFloat型水力浮選機(jī)的工作原理。該裝置分為分離區(qū)和脫水區(qū)。給礦物料被給入到分離區(qū)的上方，與上升水流的運(yùn)動(dòng)方向相反。向上的流動(dòng)水創(chuàng)造了懸浮顆粒的流化松散床層，它具有高間隙液體速度，能夠抵抗緩慢沉降顆粒的滲透。氣體由流量控制閥和流量計(jì)控制，然后通過位于外部的高剪切噴射系統(tǒng)，與起泡劑一起被給入和分散。當(dāng)氣泡上升通過床層時(shí)，會(huì)附著在疏水顆粒上，從而降低了它們的有效密度，同時(shí)增加了它們的浮力[15]。

3.2 流化床浮選的應(yīng)用

Bellson等人[50]利用閃鋅礦進(jìn)行了粗顆粒浮選試驗(yàn)，與Denver浮選機(jī)進(jìn)行浮選效果的對(duì)比。用250～425、425～850和850～1 180 μm三種粒級(jí)的給礦進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示，在250～425 μm粒級(jí)區(qū)間，兩種設(shè)備浮選效果相當(dāng)，回收率都能達(dá)到90%以上。在425～850和850～1 180 μm的粒級(jí)區(qū)間內(nèi)，HydroFloat浮選效果更好，尤其在850～1 180 μm的粒級(jí)區(qū)間，其回收率能夠達(dá)到85.9%，而Denver浮選機(jī)只能達(dá)到41.3%，可以看出HlydroFoat水力浮選機(jī)適合處理各粒級(jí)礦物，尤其適合處理粗粒級(jí)礦粒。

王東東等人[51]利用取自山西省屯蘭礦選煤廠的煤樣，用實(shí)驗(yàn)室自制的流化床浮選設(shè)備進(jìn)行浮選條件試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在0.7～1.0 mm和1.0～1.5 mm粒級(jí)中，使用中濃度起泡劑以及中速氣泡流時(shí)，產(chǎn)率達(dá)到 97.9%；對(duì)于1.5～2.0 mm 粒級(jí)顆粒，使用中速氣泡流和高濃度起泡劑時(shí)，產(chǎn)率達(dá)到95.9%，可以看出流化床浮選能夠有效選出粗粒煤，并且在低濃度起泡劑、低氣泡流速度時(shí)，提高水流速度可以適當(dāng)提高浮選精煤產(chǎn)率。

3.3 流化床浮選的優(yōu)缺點(diǎn)

在流化床浮選設(shè)備中，其礦漿質(zhì)量濃度比傳統(tǒng)的機(jī)械攪拌式浮選機(jī)高得多，在高固體濃度下，相鄰的顆粒相互碰撞，其沉降路徑會(huì)被大大干涉，降低礦粒的運(yùn)動(dòng)速度。此外，高固體濃度也增加了礦漿的黏性，從而進(jìn)一步降低顆粒沉降速度。礦粒間的碰撞現(xiàn)象是干涉沉降最重要的方面，并為其捕收提供良好的流體動(dòng)力學(xué)條件[1]。因此與傳統(tǒng)浮選相比，流化床浮選有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：(1)促進(jìn)礦粒與氣泡的附著。由于礦粒在流化床浮選裝置中的沉降/上升受到阻礙，氣泡和顆粒之間的速度差大大降低。因此，流速的降低會(huì)增加氣泡與顆粒之間的接觸時(shí)間，從而增大礦粒捕收幾率，提高浮選回收率。礦漿的高濃度也提高了氣泡和顆粒之間的碰撞概率，從而提高了回收率[52-53]。(2)礦漿湍流水平低。在流化床浮選裝置中，顆粒的分散和懸浮狀態(tài)是通過使用流化水來完成的[1]，因此礦漿處于低湍流的狀態(tài)，同時(shí)礦漿中還會(huì)形成許多“氣泡簇”或者“絮凝體”，也有利于粗粒礦物的捕收[54]。(3)無浮力限制。流化床浮選設(shè)備既是浮選設(shè)備，又是分級(jí)設(shè)備。其中使用的松散床層可以根據(jù)自由懸浮礦粒密度和礦粒-氣泡集合體密度之間的微小差異來實(shí)現(xiàn)分離[1]。因此，即使礦粒-氣泡集合體受到的浮力太小，無法被提升，也可以實(shí)現(xiàn)分離。(4)礦粒在礦漿中的停留時(shí)間長。在流化床浮選設(shè)備中，礦粒以與流體相反的方向運(yùn)動(dòng)。流體的向上流動(dòng)降低了顆粒的有效沉降速度，致使礦粒無法達(dá)到其自由落體的最終速度。因此，流態(tài)化水大大增加了礦粒的駐留時(shí)間。(5)便于維修。流化床浮選設(shè)備不需要機(jī)械攪拌，因此沒有相關(guān)的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)部件的磨損，設(shè)備維修量大大減少。

流化床浮選法的缺點(diǎn)：HydroFloat浮選機(jī)適合窄級(jí)別入選，并且對(duì)于細(xì)顆粒的選擇性較差，且該設(shè)備耗水量大；NovaCell設(shè)備易受給礦波動(dòng)的影響，當(dāng)給礦的性質(zhì)發(fā)生改變時(shí)，需要及時(shí)調(diào)整溢流尾礦口的位置。總體來說，流化床浮選法發(fā)展歷程較短，相關(guān)的設(shè)備和工藝都不太完善，并且該方法主要用于國外的磷灰石礦和鉀礦等的選別。

4 其他方法

其余粗粒浮選方法都是在常規(guī)的浮選方法的基礎(chǔ)上對(duì)粗粒浮選進(jìn)行改善，例如進(jìn)行超聲波處理，加入微納米氣泡。

柳開芳等人[55]對(duì)來自貴州省六盤水市某選煤廠的煤礦進(jìn)行了超聲波處理。原煤煤泥中的0.50～0.20 mm含量高達(dá)49.26%，粒度較粗并且灰分高達(dá)45.74%。試驗(yàn)中先用超聲波對(duì)粗粒級(jí)的煤泥進(jìn)行8 min處理，再用常規(guī)浮選機(jī)進(jìn)行浮選。結(jié)果發(fā)現(xiàn)精煤的可燃體回收率可達(dá)到83.44%，精煤產(chǎn)率為57.29%，灰分為12.30%，由此可知超聲波的引入可以改善粗粒煤的浮選。

在浮選中，微納米氣泡可以附著在疏水礦物表面，覆蓋礦物，充當(dāng)?shù)V物的二次捕收劑，附著在大氣泡上，改善粗顆粒的浮選效果[56]。因此韓峰等人[57]將微納米氣泡發(fā)生器與單槽浮選機(jī)相結(jié)合，在浮選礦漿中引入了微納米氣泡以改善對(duì)粗粒礦物的選別。原礦來自山西屯蘭選煤廠的原煤，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)500～710 μm的粗粒煤，可燃體回收率最高能夠提高13.31%；對(duì)于250～500 μm的中粒煤，可燃體回收率最高可提高10.88%；而對(duì)于-250 μm的細(xì)粒煤的浮選效果提升不明顯，可以看出煤樣的粒度越粗，其浮選指標(biāo)的改善越明顯，回收率越高。

5 結(jié)論

粗顆粒礦物的回收是選礦界的熱點(diǎn)與難點(diǎn)問題之一。由于粗粒礦物粒度大，慣性大，與氣泡的作用不強(qiáng)，難以形成穩(wěn)定的礦粒-氣泡集合體，因此難以被有效回收。常規(guī)的機(jī)械攪拌浮選機(jī)中的強(qiáng)大湍流，極大影響了粗顆粒的回收效率，因此不適于粗粒浮選。泡沫中分選方法使礦粒與氣泡直接接觸后立即就被回收，粗粒礦物來不及脫落，因此能夠被有效回收，然而該方法對(duì)于礦粒本身的疏水性要求較高，因此只對(duì)特定的礦物浮選效果好，難以得到推廣。閃速浮選法提高了礦漿的濃度，使粗粒礦物在礦漿中受到更大的浮力，并且加強(qiáng)了其與藥劑、氣泡的作用，從而得到有效回收，但也正因?yàn)榈V漿濃度過大，使設(shè)備相關(guān)部件磨損嚴(yán)重，增加了維修成本。用超聲波預(yù)處理原礦以及在礦漿中加入微納米氣泡也能夠改善粗粒的浮選，但該方法的應(yīng)用也比較有限。而流化床浮選法采用了復(fù)合力場，為粗粒浮選提供了低紊流的環(huán)境，使其得到有效回收，它對(duì)于中粒礦物也具有較好的選別效果，設(shè)備損耗小，將會(huì)是以后粗粒浮選的一個(gè)發(fā)展方向，但由于發(fā)展歷程太短，積累的經(jīng)驗(yàn)太少，因此還應(yīng)加強(qiáng)以下研究：

(1)加強(qiáng)流化床浮選技術(shù)機(jī)理的研究，如在HydroFloat浮選機(jī)中，探索粗顆粒床層穩(wěn)定浮選需要的水流量、充氣量與顆粒性質(zhì)之間的關(guān)系。

(2)推進(jìn)對(duì)流化床浮選設(shè)備的改進(jìn)，例如改善HydroFloat設(shè)備耗水量大的問題，NovaCell設(shè)備尾礦溢流槽位置問題，減小其受給礦波動(dòng)的影響。

(3)擴(kuò)大流化床浮選技術(shù)的應(yīng)用范圍，目前該技術(shù)應(yīng)用范圍較窄，多用于選別磷酸鹽礦和煤，在硫化礦上的應(yīng)用較少。