细粒矿物浮选技术现状.doc

细粒矿物浮选技术现状 赵培培作者简介：赵培培（1989），女，硕士，主要研究方向：细粒矿物的浮选. E-mail: 10427274151.51.51*|*期刊*|*邱冠周，胡岳华，王淀佐.微细粒赤铁矿载体浮选机理研究J.有色金属，1994，46（4）：23-28.2*|*期刊*|*尚旭，张文彬，刘殿文等.微细粒矿物的分选技术及设备探讨J.矿产保扩与利用，2007，（1）：31-35.3*|*期刊*|*S.科尔等.从高岭土中载体浮选明矾石J.国外金属选矿，2001，9：42-45.4*|*期刊*|*郭建斌.东鞍山赤铁矿载体浮选试验研究J.2003，23（3）：29-31.5*|*期刊*|*王怀法,湛含辉,杨润全.高灰极难选煤泥的絮凝浮选试验研究J.选煤技术，2001，（1）：17-18.6*|*期刊*|*R.D.帕斯科，E.多尔蒂.用油酸钠对赤铁矿进行剪切絮凝和浮选的研究（一）J.选矿技术，1999，（1）：41-44.7*|*报纸文章*|*戚家伟，朱书全，解维伟等.极细粒煤选择性双向絮凝脱硫降灰实验研究N.中国矿业大学学报，2005，34(2).8*|*期刊*|*N.A.阿布德尔-克哈吉克等.从磷酸盐矿石中生物浮选含碳杂质的优化J.国外金属矿选矿，2008，8：34-37.9*|*期刊*|*周桂英，张强，曲景奎.利用微生物絮凝剂处理煤泥水的试验研究J.能源环境保护，2004，18（5）：36-41.10*|*期刊*|*T.R.霍西尼等.用氧化亚铁硫杆菌生物浮选Sarcheshmeh铜矿石J.国外金属矿选矿，2005，11：37-39.11*|*期刊*|*张安朝，吴彦波.气浮水力旋流器用于细粒浮选的探讨J.金属矿山，2010，411：115-118.12*|*期刊*|*付丽珠，邱廷省，许孙曲.磁浮力场中矿物浮选机理研究J.南方冶金学院学报，1998，19（2）：96-100.13*|*报纸文章*|*朱红，夏建华，王芳辉等.金属腐蚀电偶法强化煤浮选脱硫的研究N.中国矿业大学学报，2006，35（2）.14*|*期刊*|*李振，刘炯天，王永田等.浮选技术的发展现状及展望J.金属矿山，2008，379：1-6.15*|*期刊*|*张立明，傅联海，张强.新型细粒浮选柱的研究J.矿业研究与开发，2005，25（6）：47-49.16*|*期刊*|*周凌锋，傅联海，张强.高效细粒浮选柱J.有色金属，2007，59（2）：55-58.17*|*期刊*|*徐建文，吴松，彭鲲等.浅谈我国细粒煤分选技术的现状及发展趋势J.山西煤焦科技，2010，1：54-56.18*|*期刊*|*刘亮，刘炯天，刘广宇.旋流静态微泡浮选柱在极验证选辉钼矿精选中的应用J.矿产综合利用，2009，2：15-18.19*|*期刊*|*周晓华，刘炯天，王永田等.利用旋流-静态微泡浮选柱选莹石矿的实验室研究J.非金属矿，2003，26（1）：48-49.*|1|赵培培|ZHAO Peipei|中国矿业大学化工学院，江苏徐州 221008|School of Chemical Engineering and Technology, China University of Mining and Technolygy, Xuzhou, Jiangsu, China 221008|赵培培（1989），女，硕士，主要研究方向：细粒矿物的浮选|江苏省徐州市中国矿业大学 南湖校区 杏苑三号楼B-7151宿舍|221008|104272741518795426128细粒矿物浮选技术现状|Present Status of the Flotation Technology for Fine Mineral|（中国矿业大学化工学院，江苏徐州 221008）摘要：随着我国矿产资源贫、细、杂的特点越来越突出，研究细粒矿物的浮选技术就显得尤为重要。在分析了细粒矿物浮选特性的基础上，论述了四种近年来应用广泛的新型细粒矿物浮选技术；并介绍了三种高效细粒矿物浮选柱。最后，对细粒矿物浮选技术今后的研究方向进行了展望。关键词：细粒矿物；浮选；浮选柱；研究方向中图分类号：TD94Present Status of the Flotation Technology for Fine MineralZHAO Peipei(School of Chemical Engineering and Technology, China University of Mining and Technolygy, Xuzhou, Jiangsu, China 221008)Abstract: With our countrys mineral resources becoming increasingly more complex,leaner and finer, the study of flotation technology for fine mineral is even more important. On the basis of analyzing the property of fine mineral flotation, four kinds of flotation technologies for fine mineral which are used widely in late years are described; and three kinds of high effective flotation columns for fine mineral is introduced. Finally, the future study direction of flotation technology for fine mineral is prospected.Key words: fine mineral; flotation; flotation column; study direction0 引言随着国民经济的快速发展和科学技术的突飞猛进，矿物采选技术也日益进步。然而， 伴随煤矿机械化的普及，开采地质条件的逐渐变化，矿石资源贫、细、杂的特点越来越突出，加之有用矿物嵌布粒度过小而必须细磨甚至粗粒矿物过磨造成的微细粒矿物越来越多，所以细粒浮选问题显得越来越突出。据报道，全世界每年约有1/5的钨、1/3的磷、1/6的铜以及1/10的铁（美国）、1/2的锡（玻利维亚）损失在细泥中1，而我国作为一个矿物资源消耗大国，每年因为矿物粒度过细无法选别而造成的损失更是相当惊人，因此开展对细粒矿物浮选技术的研究具有重要的现实意义。1 细粒矿物浮选特性分析细粒矿物质量小、比表面积大及表面能高，因此导致浮选矿浆体系的各种化学性质复杂，浮选环境恶化，引起了一系列的浮选问题：（1）细粒矿物质量小造成了疏水性矿粒在矿浆中的动量小，与气泡的碰撞几率小，难以克服矿粒与气泡之间的能垒而不能粘附于气泡表面；反之，脉石矿粒若一旦粘附于气泡表面，又很难脱落。这样导致了浮选速率低，回收率低；（2）细粒矿物表面积大及表面能高，造成了目的矿粒与脉石矿粒之间的非选择性团聚严重，影响浮选选择性；对药剂的非选择性吸附也增大，这使得浮选药剂的用量加大；（3）矿粒在水介质中溶解度增大，矿浆中离子增多，使浮选矿浆溶液化学作用行为复杂，恶化浮选过程，可浮性降低；（4）细粒矿物的表面电性对浮选也有干扰作用，主要表现为矿粒罩盖和微粒互凝，这也会导致浮选指标差。因此，对于细粒浮选的研究主要是基于以下两个方面：（1）提高矿粒与气泡接触及选择性附着的几率和机会，以增大气泡与疏水性矿粒之间的矿化作用，提高目的矿物的回收率；（2）抑制矿粒在气泡上的无选择性非接触粘着及气泡对矿粒的夹带，克服脉石矿粒的夹杂问题，提高精矿品位。2 细粒矿物浮选技术在对细粒级物料的分选中，浮选是应用最为广泛，效果最为显著的一种途径，它根据矿物因表面性质不同而对水、气泡、药剂的作用不同，通过药剂和机械调节来分离出有用矿物和无用的脉石矿物。然而，对于细粒级物料，矿物颗粒的浮选行为会发生根本的变化，用常规的浮选方法很难达到较好的浮选效果，所以一批新兴的细粒矿物浮选技术被逐渐研究开发出来，以改善细粒矿物的浮选效果。2.1 载体浮选载体浮选方法又称背负浮选，是以通过增大矿粒的颗粒尺寸来提高精煤回收率的。在微粒悬浮体系中添加适宜粒度的粗颗粒作为载体，在表面活性剂和剪切力场等动力学因素的共同作用下使细粒矿物附着有粗粒载体上，形成疏水性聚团，然后再用常规泡沫浮选法回收。根据所采用载体类型的不同，通常可将载体浮选分为同类载体浮选和异类载体浮选两种。其中异类载体浮选由于载体的制备和分离比较困难，所以没有同类载体浮选应用广泛，而是只宜用于精选阶段以脱除含量较少的脉石矿物。国内外的学者都做了大量的有关载体浮选技术的研究，结果表明载体浮选法对细粒矿物的浮选效果远远优于常规浮选法。早期时，邱冠周等在对微细粒赤铁矿载体浮选机理的研究中，就发现了载体浮选可使-5m赤铁矿浮选回收率大大提高2；S科尔等用载体浮选法从高岭土中分离明矾石的研究结果表明，载体浮选获得的指标优于用传统浮选工艺处理同一矿区高岭土的指标，在优化条件下可以获得精矿SO3含量为1.03%，精矿高岭土回收率为57.95%的最佳浮选指标3；郭建斌对东鞍山赤铁矿进行的载体浮选试验中，得到了对于-10m粒级赤铁精矿回收率4。2.2 絮凝浮选絮凝浮选方法有多种，其中应用较为广泛的是选择性絮凝浮选和剪切絮凝浮选，二者的基本思想都是通过选择性地聚集细粒疏水矿物以增大“表观直径”，使矿物粒度达到能够用常规方法有效地予以回收。选择性絮凝浮选一般是指高分子选择性絮凝，它是通过向经过调整剂调整后的稳定分散的矿浆中添加高分子絮凝剂，选择性地絮凝其中某一组分，使细粒矿物絮凝成尺度较大的絮团，而与其它仍处于分散状态的组分分离，达到分选细粒矿物的目的。剪切絮凝浮选理论首选是由澳大利亚的Warren教授在研究油酸钠溶液中细粒白钨矿的絮凝现象时提出的，其基本思想是在细粒悬浮体系中，加入表面活性剂，然后通过高速的动力学搅拌产生足够大的剪切力，使吸附有表面活性剂的细粒物粒水化膜破裂而相互聚集成团，从而增大了表观直径，再用泡沫浮选法将絮片浮出。目前国内外对于选择性絮凝浮选的研究也比较多。王怀法等人对高灰极难选煤泥的絮凝浮选试验的研究表明，选择性絮凝浮选是处理高灰极难选煤泥的一种有效分选方法，其分选效果优于常规浮选5；英国的RD帕斯科和E多尔蒂对细粒赤铁矿进行的剪切絮凝和浮选的研究表明，超细矿物在浮选之前进行剪切絮凝可显著提高矿物回收率6；戚家伟等对极细粒煤选择性双向絮凝脱硫降灰的试验研究得到，选择性双向絮凝技术可以用于制取超低灰煤，经过四次分选得到灰分小于1%的精煤，可燃体产率最高可达94.57%，脱灰率为77.49%，脱硫率达到87.00%7。2.3 生物浮选生物浮选法（Bioflotation）作为新型矿物分选技术，是将微生物技术与传统的浮选工艺结合起来用于处理各种细粒难选矿石的一种技术。由于某些微生物含多种极性基团和非极性基，而且其表面具有很高的电负性，所以，通常所说的生物浮选更多的是将微生物作为一种新型浮选药剂，用微生物本身（直接）或其代谢产品（间接）与矿物表面发生作用，来提高浮选性能。生物浮选国内外都有研究，但大部分都还只处于试验研究阶段，属于一种新兴的具有安全、环保、低耗和高效等优点的浮选技术。NA阿布德尔-克哈吉克等对使用生物浮选法从沉积型磷酸盐矿石中分离碳酸盐的可能性进行了研究，结果发现使用油酸作为捕收剂的常规浮选结果没有有细菌存在时的浮选结果那么好8；周桂英等利用微生物絮凝剂处理煤泥水的试验研究表明，利用草分枝杆菌絮凝煤泥水具有较好的净化效果，处理后的煤泥水的各项指标均达到国家排放标准，并可回收利用煤泥水中的可燃物质具有很好的经济效益和社会效益9；TR霍西尼用氧化亚铁硫杆菌生物浮选Sarcheshmeh铜矿石的试验结果表明，有抑制剂（氧化亚铁硫杆菌）存在时，黄铁矿的回收率比不存在这种细菌时低50%，结果证实了细菌对黄铁矿的抑制效果10。2.4 综合力场浮选所谓综合力场浮选是指在浮选过程中引入其他的能场，来改变细粒矿物的分选物性，以求得到较好的浮选效果。典型的有引入离心力场的浮选法，引入磁场的疏水-磁种分选、疏水-磁复合聚团分选等，引入电场的电浮选等。已被大量试验证明能够高效快速浮选细粒物料的气浮水力旋流器，就是一种新型的在浮选中引入离心力场的离心浮选设备，它将离心分离和加气浮选相结合，使得高速旋转的矿浆与气泡发生碰撞剪切运动，强化了疏水性目的矿物和气泡的矿化作用，有利于克服细粒矿物的非选择性团聚及脉石矿粒在气泡团中的夹杂，达到强化细粒浮选的目的11；付丽珠等对磁浮力场中矿物浮选机理的研究表明，磁浮联合力场能促进药剂在矿物表面的吸附，促进矿物表面疏水性组分的转化，改善泡沫物性，降低其粘度，减少夹带，提高目的矿物的浮选速率12；朱红等用金属腐蚀电偶法强化煤浮选脱硫的研究表明，该法能使煤与黄铁矿颗粒表面朝不同的方向改性，提高煤的可浮性，降低黄铁矿的可浮性，而且其脱硫条件也比较温和，在较优实验条件下脱硫率可高达61.39%，而且还能脱出部分有机硫13。3 高效细粒浮选柱浮选柱因其对细粒级物料的高分选性而在浮选领域取得了长足发展，在对细粒级物料的处理方面一直占有很稳定的地位。20世纪80年代以来的第二次浮选柱的研究热潮使得一批新型浮选柱应运而生，在充气、矿化、分离方式上都有很大改进和变革，更有利于细粒物料的分选。3.1 Jameson浮选柱澳大利亚的Jameson射流浮选柱以其浮选效果好、柱短和独特的充气矿化技术而备受青睐，为细粒物料的浮选带来福音。如图1所示，它的工作原理是将调整好药剂的加压矿浆（P=0.1-0.15MPa）用泵经入料管由浮选柱顶部打入下导管的混合头内，经过喷射嘴后形成射流而产生一负压区，利用卷吸作用携带周围空气随其一起注入下导管。在下导管中，气体被粉碎成微小气泡，同时在射流的搅拌作用下，固、液、气三相充分混合，实现气泡的矿化。然后，三相混合流从下导管底部进入分离柱内，矿化气泡携带所捕集的目的矿物上升到柱体上部的泡沫层，经冲洗水精选后从浮选柱顶部的溢流周边进入精矿溜槽，尾矿则从浮选柱底部排出，这样就完成一次分选。充气搅混装置是Jameson浮选柱独特而又关键的部件，它采用了射流泵的原理，在把加压矿浆的压能转化成动能的同时，在密封套管内形成负压区，并由空气导管吸入空气。在下导管高度紊动流体作用下与气泡碰撞完成矿化，省去了常规浮选柱的捕集区高度，使得浮选柱高度大大降低。图1 Jameson浮选柱14Fig. 1 Jameson flotation column（1-给料矿浆泵；2-矿浆水平控制器；3-压力传感线；4-给水管；5-空气供给管；6-给料管；7-混合头；8-下导管；9-冲洗水分配器；10-精矿溜槽）Jameson浮选柱虽然有其独特的优势，但也不能回避它自身存在的缺陷。由于它只是给料充气，没有中矿循环，没有搅拌作用或离心运动所引直接紊动或剪切运动，也没有常规浮选柱所具有的矿浆流与气流逆向运动所引起的搅动，完全处于静态分选状态，影响了浮选精矿的回收，尾矿也必须经过多级反复再选才能保证得到合理指标，所以在我国也得不到广泛的应用。在吸收了Jameson浮选柱先进的充气矿化装置的技术基础上，考虑到这些不足，张立明、周凌锋等在实验室条件下把Jameson浮选柱的给矿改为从浮选槽体下部锥形漏斗给入，而且增加了中矿选别系统，试验证明改良后的Jameson浮选柱有较好的浮选指标，但是到目前为止，该新型高效细粒浮选柱只进行了小型实验室试验，还需要继续扩大试验，做更深入的研究15，16。3.2 充填式浮选柱1985年，美国密歇根工业大学开发的充填式浮选柱除具有传统浮选柱的优点外，还克服了传统浮选柱气泡易兼并、易发生强烈紊流形成翻花等流态问题，并取消了易结垢堵塞的气泡发生器，在细粒物料的浮选领域受到了追捧，如图2。该浮选柱虽然采用传统的逆流矿化方式，但通过在柱内添加填充介质层而具有其独特的优势：其一，充填介质造成了许多狭窄而曲折的通道，形成了在柱体内连续分割气体成泡的新型成泡方式，无需专门的微泡发生器，而且使得气泡的上升路线增长，增大了气泡与颗粒的碰撞几率和粘附效率；其二，由于充填介质层隔板之间的毛细管作用，使其在采用强有力的泡沫冲洗技术的同时还能保证相对无限高的泡沫层，这样就有利于克服细粒脉石的夹杂和脉石矿粒与目的矿粒之间的非选择性团聚，可以增强“二次富集”作用，提高精矿品位，同时也不影响回收率。图2 充填式浮选柱示意图17Fig. 2 Scheme of packed flotation column该浮选柱不采用气泡发生器、结构简单、操作方便、处理能力高、能耗低，对细粒物料的分选效果明显。然而，由于它面临了充填材料易堵塞的问题，加之充填材料的造价高，所以充填材料的实施效果并不能真正地发挥出来，以致影响了该类浮选柱在细粒物料浮选工业上的应用。3.3 旋流-静态微泡浮选柱在多年对各类浮选方法探索与实践的基础上，中国矿业大学开发了集多种分选方式于一体的对强化细粒物料分选有重要意义的旋流-静态微泡柱分选技术。如图3所示，它将柱体分选、旋流分离和管流矿化三部分在柱体内完整结合，提供了一种对细粒物料分选效果好，提高浮选精矿品位和回收率的有效途径：柱浮选段位于整个柱体的上部，采用逆流碰撞矿化的浮选原理，在低紊流的静态分选环境下实现细粒物料的分选，在整个柱分选方法中起到粗选与精选的作用；旋流分选与柱浮选呈上、下结构连接，构成柱分选方法的主体，它包括按密度的重力分离以及在旋力场背景下的旋流浮选，不仅提供了一种高效矿化方式，而且使得浮选粒度下限大大降低，浮选速度大大提高，以其强回收能力在柱分选过程中起到扫选柱浮选中矿的作用；管流矿化利用射流原理，通过引入气体及粉碎成泡，在管流中形成循环中矿的气-固-液三相体系并实现了高度紊流矿化，形成中矿循环分选。图3 旋流-静态微泡浮选柱14Fig. 3 Cyclonic-static microbubble flotation column（1-喷水淋管；2-柱体；3-气泡发生器；4-阀门；5-泵）该浮选柱因其运行稳定、分选选择性好、效率高、处理能力大、电耗低、适应性强等优点而得到广泛的应用。大量的试验研究也突出地表现出了选择性强和分选下限低的特点：刘亮等利用旋流-静态微泡浮选柱对嵌布粒度极细的极难选辉钼矿的试验研究表明，该浮选柱在不影响总作业回收率的情况下，可将精矿品位大幅度提高达40%左右，显示了其在处理细粒难选钼矿方面的优势18；周晓华等利用旋流-静态微泡浮选柱对莹石矿的试验研究得到了CaF2含量大于98%的优质莹石矿粉，表明了该浮选柱在细粒矿物浮选方面广阔的应用前景19。4 细粒浮选技术的研究方向对细粒浮选技术的研究在未来很长一段时间内仍然会是选矿界的研究热点及难点，研究方向也会更加多元化，其中比较突出的有：（1）对浮选行为发生前的细粒矿物预处理研究将会不断加强。其中主要是选择性增大目的细粒矿物的“表观直径”，以使其能够用常规浮选工艺高效选出，因此对细粒矿物预处理的研究将会进一步加强；（2）对细粒矿物浮选效率高、选择性强的新型浮选药剂的研究和开发将会不断深入。细粒矿物对浮选环境造成的化学变化比较复杂，用常规浮选药剂处理得到的效果并不是很好，因此研究适合于细粒矿物浮选的新药剂将会成为细粒浮选技术研究的重点；（3）有效的细粒浮选设备的设计与研究将会不断完善。改进浮选设备，以使其有利于增大气泡与疏水性矿粒之间的碰撞几率和粘附效率，同时克服脉石矿粒夹杂问题，提高浮选效率，将会是今后细粒矿物分选的有效途径；（4）对细粒矿物浮选时矿浆的物理化学特性及动力学特性的研究将会不断突破。深入研究这些对细粒矿物浮选有根本影响的因素，从微观的角度来指导细粒矿物的浮选，对其它研究方向也有一定的帮助。总之，对于细粒浮选技术的研究将会全面而高效地展开，有理由相信，细粒矿物浮选问题终将会得到解决。参考文献 (References)1 邱冠周，胡岳华，王淀佐.微细粒赤铁矿载体浮选机理研究J.有色金属，1994，46（4）：23-28.2 尚旭，张文彬，刘殿文等.微细粒矿物的分选