細粒礦物浮選技術(shù)和高效浮選柱研究進展-

1、Series No.426 December2011金屬礦山METAL MINE總第426期2011年第12期趙培培(1989,女,碩士研究生,221008江蘇省徐州市中國礦業(yè)大學(xué)南湖校區(qū)。細粒礦物浮選技術(shù)和高效浮選柱研究進展趙培培曹亦俊(中國礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院摘要在分析細粒礦物浮選特性的基礎(chǔ)上,綜述了載體浮選、絮凝浮選、生物浮選、綜合力場浮選等近年來應(yīng)用廣泛的新型細粒礦物浮選技術(shù),并介紹了Jameson浮選柱、充填式浮選柱、旋流靜態(tài)微泡浮選柱這3種高效細粒礦物浮選柱,最后對細粒礦物浮選技術(shù)今后的研究方向進行了展望。關(guān)鍵詞細粒礦物浮選技術(shù)浮選柱研究方向Study Status of Flotat

2、ion Technology and High Effective Flotation Columns for Fine MineralZhao Peipei Cao Yijun(School of Chemical Engineering and Technology,China University of Mining and Technology Abstract On the basis of analyzing the property of fine mineral flotation,some flotation technologies for fine mineral whi

3、ch are used widely in recent years are briefly described,such as,carrier flotation,agglomerate flotation,biological flo-tation,comprehensive force-field flotation etc;and three kinds of high effective flotation columns for fine mineral,Jameson flotation column,packed flotation column,and cyclonic-st

4、atic microbubble flotation column,are introduced.Finally,the future study direction of flotation technology for fine mineral is prospected.Keywords Fine mineral,Flotation technology,Flotation column,Study direction隨著人類的不斷開采,礦石資源日趨貧、細、雜化,細粒浮選問題顯得越來越突出。據(jù)報道,全世界每年約有1/5的鎢、1/3的磷、1/6的銅以及1/10的鐵(美國、1/2的錫(玻利維

5、亞損失在細泥中1,而我國作為一個礦石資源消耗大國,每年因為礦物粒度過細無法選別而造成的損失更是相當(dāng)驚人,因此加強對細粒礦物浮選技術(shù)的研究具有重要的現(xiàn)實意義。1細粒礦物浮選特性(1細粒礦物在礦漿中的動量小,與氣泡碰撞的幾率低,難以克服與氣泡之間的能壘而黏附于氣泡表面,從而導(dǎo)致細粒礦物浮選速率和回收率低下。(2細粒礦物的大表面積和高表面能易造成目的礦物與脈石礦物之間非選擇性團聚嚴重,影響浮選的選擇性,同時會對藥劑發(fā)生非選擇性吸附,使浮選藥劑的用量加大。(3細粒礦粒在水介質(zhì)中溶解度較大,造成礦漿中離子增多,浮選礦漿溶液化學(xué)作用行為復(fù)雜,從而使浮選過程難以控制。(4細粒礦物的表面電性對浮選也有干擾作用

6、,主要表現(xiàn)為礦粒罩蓋和微?；ツ?這也會惡化浮選指標(biāo)。因此,對細粒礦物浮選的研究主要是著眼于以下兩個方面:(1提高礦粒與氣泡接觸及選擇性附著的幾率,以增強氣泡與疏水性礦粒之間的礦化作用,提高目的礦物的回收率。(2抑制礦粒在氣泡上的無選擇性非接觸黏著,克服脈石礦粒的夾雜問題,提高精礦品位。2細粒礦物浮選技術(shù)研究進展2.1載體浮選載體浮選方法又稱背負浮選,通過增大礦物顆粒尺寸來提高精礦回收率,其基本原理是向微細粒懸浮體系中添加適宜粒度的粗顆粒作為載體,在表面活性劑及剪切力場等動力學(xué)因素的共同作用下使細粒礦物附著有粗粒載體上,形成疏水性聚團,然后再用常規(guī)泡沫浮選法回收。根據(jù)所采用載體類型的不同,通?？?/p>

7、將載體浮選分為同類載體浮選和異類載體浮選兩種。其中異類載體浮選由于載體的制備·87·和分離比較困難,所以沒有同類載體浮選應(yīng)用廣泛,一般只用于精選階段脫除含量較少的脈石礦物。國內(nèi)外學(xué)者都對載體浮選技術(shù)進行了大量的研究,證明載體浮選法對細粒礦物的浮選效果遠遠優(yōu)于常規(guī)浮選法。邱冠周等發(fā)現(xiàn),載體浮選可使5m赤鐵礦的浮選回收率大大提高2;S.科爾等用載體浮選法從高嶺土中分離明礬石的研究結(jié)果表明,載體浮選工藝優(yōu)于傳統(tǒng)浮選工藝,在優(yōu)化條件下可以獲得精礦SO3含量為1.03%、高嶺土回收率為57.95%的優(yōu)良指標(biāo)3;郭建斌對東鞍山10m粒級赤鐵礦進行的載體浮選試驗中,獲得了精礦鐵品位64.

8、20%、回收率90.76%的分離指標(biāo)4。2.2絮凝浮選絮凝浮選方法有多種,其中應(yīng)用較為廣泛的是選擇性絮凝浮選和剪切絮凝浮選。二者的基本思想都是通過選擇性地聚集細粒疏水礦物以增大“表觀直徑”,使疏水礦物粒度達到能夠用常規(guī)方法有效地予以分選。選擇性絮凝浮選一般是通過向調(diào)整劑調(diào)整后的穩(wěn)定分散的礦漿中添加高分子絮凝劑,選擇性地絮凝其中某種細粒礦物,使其形成尺度較大的絮團而與其他仍處于分散狀態(tài)的組分分離,達到分選細粒礦物的目的。剪切絮凝浮選理論首先是由澳大利亞的War-ren教授在研究油酸鈉溶液中細粒白鎢礦的絮凝現(xiàn)象時提出的,其基本思想是在細粒懸浮體系中加入表面活性劑,然后通過高速攪拌產(chǎn)生足夠大的剪切力

9、,使吸附有表面活性劑的細粒礦物水化膜破裂而相互聚集成團,從而增大其表觀直徑,再用泡沫浮選法將絮片浮出。2.3生物浮選所謂生物浮選(Bioflotation,是將微生物技術(shù)與傳統(tǒng)的浮選工藝結(jié)合起來用于處理各種細粒難選礦石的一種技術(shù)。由于某些微生物含多種極性基團和非極性基,而且其表面具有很高的電負性,所以,通常所說的生物浮選更多地是將微生物作為一種新型浮選藥劑,用微生物本身(直接或其代謝產(chǎn)品(間接與礦物表面發(fā)生作用,來提高浮選性能。2.4綜合力場浮選所謂綜合力場浮選是指在浮選過程中引入其他的能場來改變細粒礦物的物性,以求得到較好的浮選效果,典型的有引入離心力場的離心浮選法,引入磁場的疏水磁種浮選法

10、、引入電場的電浮選法等。已被大量試驗證明能夠高效快速浮選細粒物料的氣浮水力旋流器就是一種新型的在浮選中引入離心力場的離心浮選設(shè)備,它將離心分離和加氣浮選相結(jié)合,使高速旋轉(zhuǎn)的礦漿與氣泡發(fā)生碰撞剪切運動,強化了疏水性目的礦物與氣泡的礦化作用,有利于克服細粒礦物的非選擇性團聚及脈石礦粒在氣泡團中的夾雜,從而達到強化細粒浮選的目的11;付麗珠等研究發(fā)現(xiàn),磁浮聯(lián)合力場能促進藥劑在礦物表面的吸附和礦物表面疏水性組分的轉(zhuǎn)化,有利于降低泡沫黏度,減少泡沫夾帶并提高目的礦物的浮選速率12;朱紅等用金屬腐蝕電偶法強化煤的浮選脫硫過程,結(jié)果表明,該法能使煤和黃鐵礦顆粒表面朝不同的方向改性,從而提高煤的可浮性,降低黃

11、鐵礦的可浮性,在較優(yōu)試驗條件下,脫硫率可達61.39%,并能脫出部分有機硫,而且其脫硫條件比較溫和13。3高效細粒浮選柱研究進展浮選柱因其對細粒級物料的高分選性而在浮選領(lǐng)域取得了長足發(fā)展,在細粒級物料處理方面一直·97·趙培培等:細粒礦物浮選技術(shù)和高效浮選柱研究進展2011年第12期占有很穩(wěn)定的地位。20世紀80年代以來的第2次浮選柱研究熱潮使得一批新型浮選柱應(yīng)運而生,在充氣、礦化、分離方式上都有很大改進和變革,更有利于細粒物料的分選。3.1Jameson 浮選柱澳大利亞的Jameson 射流浮選柱以其浮選效果好、柱體短和獨特的充氣礦化技術(shù)而備受青睞,為細粒物料的分選帶來福

12、音。如圖1所示,它的工作原理是將調(diào)整好藥劑的加壓礦漿(0.1 0.15MPa 用泵經(jīng)給料管由浮選柱頂部打入下導(dǎo)管的混合頭內(nèi),經(jīng)過噴射嘴后形成射流而產(chǎn)生一個負壓區(qū),利用卷吸作用攜帶周圍空氣隨礦漿一起注入下導(dǎo)管。在下導(dǎo)管中,氣體被粉碎成微小氣泡,同時在射流的攪拌作用下,固、液、氣三相充分混合,實現(xiàn)氣泡的礦化。然后,三相混合流從下導(dǎo)管底部進入分離柱內(nèi),礦化氣泡攜帶所捕集的目的礦物上升到柱體上部的泡沫層,經(jīng)沖洗水精選后從浮選柱頂部溢流進入精礦溜槽,尾礦則從浮選柱底部排出。充氣攪混裝置是Jameson 浮選柱獨特而又關(guān)鍵的部件,它采用了射流泵的原理,在把加壓礦漿的壓能轉(zhuǎn)化成動能的同時,在密封套管內(nèi)形成負

13、壓區(qū),并由空氣導(dǎo)管吸入空氣,使礦粒在下導(dǎo)管的高度紊動流體作用下與氣泡碰撞完成礦化,省去了常規(guī)浮選柱的捕集區(qū)高度,使得浮選柱高度大大降低 。圖1Jameson 浮選柱141給料泵;2礦漿水平控制器;3壓力傳感線;4給水管;5供氣管;6給料管;7混合頭;8下導(dǎo)管;9沖洗水分配器;10精礦溜槽Jameson 浮選柱雖然有其獨特的優(yōu)勢,但也不能回避它自身存在的缺陷。由于它只是通過給料充氣,沒有中礦循環(huán),沒有攪拌作用或離心運動所引起的直接紊動或剪切運動,也沒有常規(guī)浮選柱所具有的礦漿流與氣流逆向運動所引起的攪動,完全處于靜態(tài)分選狀態(tài),影響了精礦的回收,尾礦也必須經(jīng)過多級反復(fù)再選才能保證得到合理指標(biāo),所以在

14、我國未得到廣泛的應(yīng)用。在吸收Jameson 浮選柱先進的充氣礦化裝置的基礎(chǔ)上,考慮到上述不足,張立明、周凌鋒等在實驗室條件下將Jameson 浮選柱的給礦改為從浮選槽體下部錐形漏斗給入,并增加了中礦選別系統(tǒng)。試驗證明改良后的Jameson 浮選柱可獲得較好的浮選指標(biāo)。但是到目前為止,該新型高效細粒浮選柱只進行了實驗室試驗,還需要通過擴大試驗做更深入的研究15-16。3.2充填式浮選柱美國密歇根工業(yè)大學(xué)開發(fā)的充填式浮選柱除具有傳統(tǒng)浮選柱的優(yōu)點外,還克服了傳統(tǒng)浮選柱氣泡易兼并、易發(fā)生強烈紊流形成翻花等流態(tài)問題,并取消了易結(jié)垢堵塞的氣泡發(fā)生器,在細粒物料的浮選領(lǐng)域也受到了追捧。該浮選柱雖然采用傳統(tǒng)的

15、逆流礦化方式,但通過在柱內(nèi)添加充填介質(zhì)層而具有其獨特的優(yōu)勢:其一,充填介質(zhì)造成了許多狹窄而曲折的通道,形成了在柱體內(nèi)連續(xù)分割氣體成泡的新型成泡方式,無需專門的微泡發(fā)生器,而且使氣泡的上升路線增長,增大了氣泡與顆粒的碰撞幾率和黏附效率;其二,由于充填介質(zhì)層隔板之間的毛細管作用,使設(shè)備可以在采用強有力的泡沫沖洗方式的同時還能保證相對無限高的泡沫層,這樣就有利于克服細粒脈石的夾雜和脈石礦粒與目的礦粒之間的非選擇性團聚,可以增強“二次富集”作用,提高精礦品位,同時也不影響回收率。然而,由于充填材料易堵塞,使得充填材料的效果并不能真正地發(fā)揮出來,加上充填材料的造價高,以致影響了這種浮選柱在細粒物料浮選工

16、業(yè)上的應(yīng)用。3.3旋流靜態(tài)微泡浮選柱在多年對各類浮選方法研究與實踐的基礎(chǔ)上,中國礦業(yè)大學(xué)開發(fā)了集多種分選方式于一體的對強化細粒物料分選有重要意義的旋流靜態(tài)微泡浮選柱。如圖2所示,該浮選柱將柱分選段、旋流分離段和管流礦化段3部分結(jié)合起來,提供了一種提高細粒物料浮選精礦品位和回收率的有效途徑:柱分選段位于整個浮選柱的上部,采用逆流碰撞礦化原理,在低紊流的靜態(tài)環(huán)境下進行浮選,在整個分選過程中起到粗選和精選的作用;旋流分離段與柱分選段呈上、下結(jié)構(gòu)連接,形成按密度的重力分離以及在旋·08·總第426期金屬礦山2011年第12期流力場背景下的旋流分離,不僅提供了一種高效的礦化方式,而且

17、使浮選粒度下限大大降低,浮選速度大大提高,其強回收能力在整個分選過程中起到掃選柱浮選中礦的作用;管流礦化段利用射流原理,通過引入氣體并將其粉碎成泡而形成的氣固液三相體系,在整個分選過程中起到將中礦高度紊流礦化并使其循環(huán)的作用 。圖2旋流靜態(tài)微泡浮選柱17大量的試驗研究表明旋流靜態(tài)微泡浮選柱具有選別效率高、選擇性好和分選粒度下限低等特點:周曉華等利用旋流靜態(tài)微泡浮選柱對某螢石礦進行浮選試驗,得到了CaF 2含量大于98%的優(yōu)質(zhì)螢石礦粉17;劉亮等利用旋流靜態(tài)微泡浮選柱對嵌布粒度極細的極難選輝鉬礦進行浮選試驗,在不影響總作業(yè)回收率的情況下,將精礦品位大幅度提高達40個百分點左右18;馬子龍等利用旋

18、流靜態(tài)微泡浮選柱對金川銅鎳尾礦進行再選試驗,獲得了回收率為12.53%、品位為3.763%的鎳,同時可回收品位為2.351%的銅19;等等。這些研究成果顯示了旋流靜態(tài)微泡浮選柱在細粒礦物浮選方面廣闊的應(yīng)用前景。4細粒浮選技術(shù)今后的研究方向細粒浮選技術(shù)在未來很長一段時間內(nèi)仍然將是選礦界的研究熱點及難點,研究方向也會更加多元化,其中比較重要的將有以下幾個方面:(1細粒礦物浮選前的預(yù)處理研究將會不斷加強。主要是選擇性增大目的細粒礦物的“表觀直徑”,以使其能夠用常規(guī)浮選工藝高效選出。(2新型高效細粒礦物浮選藥劑的研究和開發(fā)將會不斷深入。細粒礦物造成浮選環(huán)境變化復(fù)雜,用常規(guī)浮選藥劑難以獲得好的浮選效果,

19、因此研究適合于細粒礦物浮選的新型藥劑將會成為細粒浮選技術(shù)研究的重點之一。(3高效細粒礦物浮選設(shè)備將會不斷完善。改進浮選設(shè)備,使其有利于增大氣泡與疏水性礦粒之間的碰撞幾率和黏附效率,同時克服脈石礦粒夾雜問題,將是今后提高細粒礦物浮選效率的重要途徑。(4對細粒礦物浮選礦漿物理化學(xué)特性及動力學(xué)特性的研究將會不斷突破。深入了解這些特性,有助于使細粒礦物浮選技術(shù)研究獲得微觀角度的指導(dǎo)和理論上的幫助。參考文獻1尚旭,張文彬,劉殿文,等微細粒礦物的分選技術(shù)及設(shè)備探討J 礦產(chǎn)保擴與利用,2007(1:31-352邱冠周,胡岳華,王淀佐微細粒赤鐵礦載體浮選機理研究J 有色金屬,1994,46(4:23-283科爾S ,等從高嶺土中載體浮選明礬石J 國外金屬礦選礦,2001,38(9:42-454郭建斌東鞍山赤鐵礦載體浮選試驗研究J 礦冶工程,2003,23(3:29-315王懷法,湛含輝,楊潤全高灰極難選煤泥的絮凝浮選試驗研究J 選煤技術(shù),2001(1:17-186帕斯科R D ,多爾蒂E用油酸鈉對赤鐵礦進行剪切絮凝和浮選的研究(一J 選礦技術(shù),1999(1:41-447戚家偉,朱書全,解維偉,等極細粒煤選擇性雙向絮凝脫硫降灰實驗研究J 中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報,2005,34(2:156-1598阿布德爾克哈吉克N A ,等從磷酸鹽礦石中生物浮選含碳雜質(zhì)的