几种矿物颗粒在泡沫层中的沉降速度.pdf

第5 8 卷第4 期 2 0 06 年11 月 有色金属 N O n f e t r o l l sM e t a l s V 0 1 ．5 8 ，N o 。4 N o v e m b e r2 00 6 几种矿物颗粒在泡沫层中的沉降速度 文书明，周丽，汪伦，周兴龙 昆明理工大学国土资源工程学院，昆明6 5 0 0 9 3 摘要试验测定方铅矿、钛磁铁矿、黄铁矿颗粒在泡沫层中的沉降速度，分析研究粒度及表面疏水性对颗粒在泡沫层中沉 降速度的影响。结果表明，在所研究的粒级范围内，存在一个沉降速度最小的临界粒度。在临界粒度以上，颗粒粒度越租，沉降速 度越快，反之亦然。对于细粒方铅矿和黄铁矿，疏水性越强，沉降速度越慢。这种规律是在泡沫层中按疏水性分离矿物的基础。 关键词选矿工程；沉降速度；泡沫层；矿物颗粒；疏水性 中图分类号T D 9 2 3 ．7 ；T D 9 2 2 ；T D 0 5 2文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 6 0 4 0 0 5 4 一0 4 泡沫浮选已有近8 0 年的历史，在矿产资源的回 收利用方面起到了重要的作用。随着社会对矿产资 源需求的不断增加和资源的不断枯竭，提高资源利 用率的问题越来越受到重视。泡沫浮选中矿粒与气 泡的碰撞，矿粒在气泡上的附着，气泡带着矿粒上浮 至液面的三个阶段客观上难以达到1 0 0 ％的概率， 整个过程的矿物回收率低于1 0 0 ％是必然的，为此 寻求新的泡沫富集矿物的方法和工艺，如浮选柱中 将矿浆给入泡沫层中，可提高矿物的回收率u j 。近 期发展起来的在泡沫层中实现矿物的分离和富集， 也是为了避免泡沫浮选中的三个阶段，提高矿物的 回收率。在泡沫层中直接实现矿物的分离富集，最 基础的就是矿物颗粒在泡沫层中的沉降运动，所以 研究矿物颗粒在泡沫层中的沉降规律，对发展泡沫 层中分离富集矿物的新方法和工艺具有重要的指导 意义。 1实验方法 1 ．1 试料 试验用矿粒为人工挑纯的方铅矿、黄铁矿、钛磁 铁矿颗粒。纯矿物在玛瑙研钵中研磨后用国际标准 筛筛分成一2 ．5 r a m 2 ．O m m ，一2 ．O m m 1 ．5 r a m ， 一1 ．5 r a m 1 ．O m m ，一1 ．O m m 0 ．7 5 m m ，一 0 ．7 5 m m 0 ．6 m m ，一0 ．6 m m 0 ．2 5 m m ，一0 ．2 5 r a m 0 ．1 2 m m ，一0 ．1 2 m m 0 ．0 7 4 m m ，一0 ．0 7 4 m m 。 方铅矿、黄铁矿、钛磁铁矿的密度分别为7 ．4 ～ 收稿日期2 0 0 5 0 5 3 1 基金项目云南省自然科学基金资助顼日 2 0 0 2 E 0 0 2 3 M 作者简介文书明 1 9 6 2 一 ，男，贵州绥阳县人，教授，博士，博士生 导师，主要从事矿物加工教学与科研工作。 7 ．6 9 ／c m 3 ，4 ．9 5 ～5 ．1 9 ／c m 3 ，4 ．9 ～5 ．2 9 ／c m 3 。 1 。2 试验仪器 试验仪器为一根长1 0 0 0 m m ，直径5 0 m m 的玻 璃管，玻璃管竖直安装，下端封闭并安装有气泡发生 器，压缩氮气从氮气瓶给到气泡发生器，产生气泡并 在玻璃管上部形成泡沫层。 1 ．3 试验程序 将矿粒放人5 0 m L 烧杯中，加入一定量的蒸馏 水浸泡3 0 m i n 待用。如矿粒表面需要提高疏水性， 则加入配好的浓度为5 ％的丁基钠黄药溶液，搅拌 3 m i n 使硫化矿矿粒表面疏水化待用。用量筒量取 6 5 0 m L 水，加入起泡剂松醇油5 0 m g 搅拌3 m i n ，将 带有起泡剂的水加入玻璃管中。通入氮气，调节充 气量使泡沫层厚度保持在2 0 0 m m 。将预先准备好 的矿粒给到泡沫层的表面，同时记录在2 0 0 m m 泡沫 层中的沉降时间。同种矿粒测定2 0 次，计算平均沉 降速度。 2 试验结果与分析讨论 2 ．1 矿物颗粒粒度对沉降速度的影响 2 ．1 ．1 方铅矿颗粒在泡沫层中的沉降速度与粒度 的关系。表1 为不同粒度的方铅矿颗粒在泡沫层中 的沉降速度。从表1 中的测试数据看出，方铅矿颗 粒在泡沫层中沉降时，粒度越粗，速度越快，粒度越 细，速度越慢。这一试验结果的变化关系是容易理 解的，矿粒粒度粗时，受到的重力大，气泡对颗粒的 沉降阻力不足以克服颗粒的重力，所以，粒度越粗的 矿粒，在泡沫层中的沉降速度越快。然而当粒度小 到0 ．2 5 m m 左右时，沉降速度有加快的趋势。 万方数据 第4 期文书明等几种矿物颗粒在泡沫层中的沉降速度 5 5 2 ．1 ．2 钛磁铁矿颗粒在泡沫层中的沉降速度与粒度 的关系。表2 为不同粒度的钛磁铁矿颗粒在泡沫层 中的沉降速度。表2 结果显示，钛磁铁矿颗粒在泡沫 度较粗时，随着矿物颗粒粒度的减小，沉降速度变慢， 但当粒度减小到某一临界值时，随着粒度的减小，沉 降速度反而增加。对于钛磁铁矿，这一临界粒度在 层中沉降时，具有与方铅矿颗粒相似的规律，即在粒 0 ．5 m m 左右，比方铅矿颗粒的临界粒度要大一些。 表2 不同粒度的钛磁铁矿颗粒在泡沫层中的沉降速度 T a b l e2 S e t t l i n gv e l o c i t yo ft i t a n o m a g n e t i t ep a r t i c l e si nf r o t hl a y e r s 2 ．1 ．3 黄铁矿颗粒在泡沫层中的沉降速度与粒度 的关系。表3 为不同粒度的黄铁矿颗粒在泡沫层中 的沉降速度。黄铁矿颗粒在泡沫层中的沉降速度试 验结果表明，同方铅矿和钛磁铁矿一样，也存在一临 界粒度范围，在该临界粒度范围以上，粒度越粗，沉 降速度越快，粒度越细，沉降速度越慢。在该临界粒 度范围以下，随着粒度的减小，沉降速度反而增加。 对于黄铁矿，临界粒度范围较宽，为1 ．O ～0 ．2 5 m m ， 且在粒级范围的颗粒，在泡沫层中几乎不沉降，沉降 速度为0 。 表3 不同粒度的黄铁矿颗粒在泡沫层中的沉降速度 T a b l e3S e t t l i n gv e l o c i t yo fp y r i t ep a r t i c l e si nf r o t hl a y e r s 颗粒在泡沫层中沉降时，泡沫层处于一个动态 平衡状态，即泡沫层中的气泡在不断地兼并、破裂， 泡沫层厚度趋向于不断变薄，但充气装置产生新的 气泡，补充进泡沫层，又不断使泡沫层变厚，二者处 于平衡，泡沫层保持一个恒定的厚度。在稳定但处 于动态的泡沫层中，气泡的兼并、破灭将产生一定量 水分，这些水分顺着气泡间的间隙向下流动。对于 粒度较粗的矿粒，在泡沫层上受到气泡拱抬，阻力来 源于气泡，这种颗粒的向下沉降，一方面迫使阻碍它 的气泡破裂，一方面靠自身的重力排开气泡，然后从 气泡间沉降。这两个过程均将使颗粒的沉降受阻， 所以。粒度大的颗粒，沉降速度快，粒度小的颗粒，沉 降速度慢。然而当粒度减小到某一临界值时，颗粒 的沉降速度随粒度的减小反而加快，这是由于粒度 小于该临界值时，颗粒沿气泡问的间隙随水流直接 向下沉降，受到气泡的阻力小，故沉降速度变快。 2 ．2 表面疏水前后矿物颗粒在泡沫层中沉降速度 2 ．2 ．1 表面疏水前后方铅矿颗粒在泡沫层中沉降 速度。表4 为表面疏水前后方铅矿颗粒在泡沫层中 的沉降速度。从表4 的试验结果可以看到，对于粗 粒的方铅矿颗粒，表面疏水后的沉降速度高于疏水 前的沉降速度。对于细粒级的方铅矿颗粒，表面疏 水后的沉降速度低于疏水前的沉降速度。细粒方铅 矿颗粒表面疏水后，沉降速度下降的试验结果是可 以理解的，这是由于颗粒表面疏水后，与气泡的附着 力增加，当这种颗粒加到泡沫层中时，颗粒首先附着 于某一气泡上，只有当该气泡破裂或气泡矿粒集合 体的重力大于气泡的浮力，颗粒才向下沉降，所以颗 粒将受到气泡很大的阻力，沉降速度因疏水性的增 加而显著下降。对于粗粒的方铅矿，出现了疏水性 增加，沉降速度反而加快的现象，这一现象通过大量 的试验得到了证明。要说明这一现象，需要从矿粒 与气泡接触稳定性分析人手，试验中发现，一颗粒度 大、质量大、表面疏水的方铅矿颗粒与一个气泡接触 时，气泡快速破裂，这种破裂现象为“刺破”现象，而 同样的颗粒，不疏水时与气泡接触，气泡显示出弹性 变形，只有当气泡被压缩至严重变形时才出现破裂。 这一现象足以说明疏水性、大密度的粗粒在泡沫层 中的沉降速度比未疏水时快的规律，这一规律很好 的解释了方铅矿的浮选中，要求较细的磨矿细度这 一事实。 万方数据 5 6 有色金属第5 8 卷 2 ．2 ．2 表面疏水前后黄铁矿颗粒在泡沫层中的沉中的沉降速度。 降速度。表5 为表面疏水前后黄铁矿颗粒在泡沫层 表5 表面疏水前后黄铁矿颗粒在泡沫层中的沉降速度 T a b l e 5S e t t l i n gv e l o c i t yo fh y d r o p h o b i ep y r i t ep a r t i c l e si nf r o t hl a y e r s 黄铁矿颗粒表面疏水后，沉降速度变慢，在试验 的整个粒级范围内均显示出同样的规律。这是由于 黄铁矿颗粒的密度远小于方铅矿，疏水性粗粒对气 泡的“刺破”效应不明显，而疏水性颗粒与气泡间的 附着力占主导地位。在粒度为1 r a m 左右，疏水的黄 铁矿颗粒就难以沉降，大量被捕着于泡沫层中。 2 ．2 ．3 钛磁铁矿颗粒在含黄药的水中浸泡后在泡 沫层中的沉降速度。表6 为钛磁铁矿颗粒在含黄药 的水中浸泡后在泡沫层中的沉降速度。 表6 钛磁铁矿颗粒在含黄药的水中浸泡后在泡沫层中的沉降速度 T a b l e 6S e t t l i n gv e l o c i t yo ft i t a n o m a g n e t i t ep a r t i c l e sa c t e dw i t hx a n t h a t ei nf r o t hl a y e r s 黄药与钛磁铁矿颗粒不发生作用，钛磁铁矿的 表面不会因为黄药的添加而改变，但试验结果显示 出黄药的添加，使钛磁铁矿颗粒的沉降速度加快，这 一现象存在于从粗到细的整个粒级之中。由于钛磁 铁矿颗粒表面没有疏水，这种沉降速度加快的现象 就不能通过疏水性粗粒的“刺破”效应得以解释。生 产实际中，黄药的添加会使气泡变脆，当黄药的用量 较高时，泡沫层的稳定性变差，试验中出现的钛磁铁 矿颗粒在含黄药的水中浸泡后，在泡沫层中的沉降 速度变快，可能就是黄药的存在，使气泡稳定性变差 的结果。 3结论 矿粒在泡沫层中的沉降，粒度越粗，沉降速度越 快，粒度越细，沉降速度越慢，然而当粒度细到某一 临界值时，沉降速度反而随粒度的减小而增加，在所 研究的粒级范围内，存在一个沉降速度最小的临界 粒度。矿粒表面疏水化后，在泡沫层中的沉降速度 发生明显的变化，对于粒度较细的方铅矿颗粒和黄 铁矿，疏水化后沉降速度显著变慢，甚至达到沉降速 度为零的程度。对于粗粒的方铅矿颗粒，疏水化后， 沉降速度反而变快，这是由于疏水化的大密度粗粒 方铅矿对气泡的“刺破”效应产生的结果。钛磁铁矿 颗粒在黄药溶液中浸泡后，在泡沫层中的沉降速度 在研究的整个粒级范围内均加快的现象，这是由于 黄药使气泡稳定性变差的结果。 参考文献 [ I ] 托尔雷里JP ．柱体外气泡一矿浆接触对细粒浮选的影响[ J ] ．国外金属矿选矿，2 0 0 0 ， 2 2 3 2 8 ． 下转第6 0 页，C x n t i n u e do nP ．6 0 万方数据 6 0 有色金属第5 8 卷 R e s e a r c ho nF l o t a t i o no fC o r e da n dG r a v e lC o b a l t - r i c hC r u s tf r o mP a c i f i cO c e a n S H A OG u a n g - q u a n ，W UP e i r a n ，L 儿，W a n - f e n g ，Z H A N GX i n p i n g ，B A IX i u m e i B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n e r a l M e t a l l u r g y ，B e O i n g1 0 0 0 4 4 ，C h i n a A b s t r a c t T h ef l o t a t i o nt e c h n o l o g yo fc o r e da n dg r a v e lc o b a l t ．r i c hc r u s tf r o mt h eP a c i f i cO c e a ni si n v e s t i g a t e d ．T h e c o b a l t ．r i c hc r u s ti se f f e c t i v e l ys e p a r a t e df r o mt h eb e d r o c kg a n g u eb yt h ef l o w s h e e to fo n er o u g h e rt w oc l e a n e r s t h r e es c a v e n g e r sw i t ht h eh i g h ．e f f i c i e n c yc o l l e c t o rY H Sa n dr e g u l a t o rT H ．I ti si n d i c a t e db yt h er e s u l t so ft h e c l o s e dc i r c u i tf l o t a t i o nt e s tt h a tt h eg r a d e so fC oa n dM na r ei n c r e a s e df r o m0 ．3 3 9 ％a n d1 2 ．7 1 ％i nt h ec r u s tt o 0 ．5 2 0 ％a n d1 9 ．5 4 ％i nt h ec o n c e n t r a t e ，t h er e c o v e r i e so fC oa n dM na r eu pt o9 6 ．9 6 ％a n d9 7 ．2 2 ％，r e s p e c - t i v e l y ．T h ey i e l do fc o n c e n t r a t ei s6 3 ．2 3 ％。a n dt h et a i l i n g sd o m i n a n t l yc o n s i s t i n go fb e d r o c kg a n g u ei sa b o u t 3 6 ．7 7 ％． K e y w o r d s m i n e r a lp r o c e s s i n g ；c o b a l t r i c hc r u s t ；f l o t a t i o n ；s e a b e dr e s o u r c e ；r e a g e n t 上接第5 6 页，C o n t i n u e df r o mP ．5 6 E x p e r i m e n to nS e t t l i n gV e l o c i t yo fM i n e r a lP a r t i c l e si nF r o t hL a y e r s W E NS h u r u i n g ，Z H O UL i ，W A N GL u n ，Z H O UX i n g - l o n g F a c u l t yo fL “aa n dR e s o u r c eE n g i n e e r i n g ，K u n m i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，K u n m i n g6 5 0 0 9 3 ，C h i n a A b s t r a c t T h es e t t l i n gv e l o c i t i e so fg a l e n a ，t i t a n o m a g n e t i t ea n dp y r i t ei nt h ef r o t hl a y e r sa r ed e t e r m i n e d ，a n dt h ee f f e c t so ft h ep a r t i c l es i z ea n dt h es u r f a c eh y d r o p h o b i c i t yo nt h es e t t l i n gv e l o c i t yi nt h ef r o t hl a y e r sa r ei n v e s t i g a t e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h e r ei sc r i t i c a lp a r t i c l es i z ei nt h et e s tr a n g e ．T h ec o a r s e ri st h ep a r t i c l es i z e ，t h e h i g h e ri st h es e t t l i n gv e l o c i t yi nt h ef r o t hl a y e r sa b o v et h ec r i t i c a lp a r t i c l es i z e ，a n dv i c ev e r s a ．A n dt h es t r o n g e r i st h es u r f a c eh y d r o p h o b i c i t yo ft h ef i n eg a l e n a ，p y r i t ep a r t i c l e s ，t h es l o w e ri st h es e t t l i n gv e l o c i t yo ft h ep a r t i c l e s i nt h ef r o t hl a y e r s ．T h i ss e t t l i n gr e g u l a ro ft h em i n e r a lp a r t i c l e si sf lf o u n d a t i o no fs e p a r a t i n gm i n e r a l si nt h e f r o t hl a y e r sa c c o r d i n gt ot h es u r f a c eh y d r o p h o b i c i t yo fm i n e r a lp a r t i c l e s ． K e y w o r d s m i n e r a lp r o c e s s i n g ；s e t t l i n gv e l o c i t y ；f r o t hl a y e r s ；m i n e r a lp a r t i c l e s ；s u r f a c eh y d r o p h o b i c i t y 万方数据