空腔谐振式浮选柱在胶磷矿选矿中的动力学参数研究.pdf

2 0 1 3 年第1 期有色金属 选矿部分 6 5 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 3 ．0 1 ．0 1 6 空腔谐振式浮选柱在胶磷矿选矿中的动力学参数研究 夏敬源，李耀基，杨稳权 云南磷化集团有限公司，昆明6 5 0 6 0 0 摘要针对胶磷矿浮选特点，选择胶磷矿浮选中较为成熟的反浮选工艺流程，对昆阳某中低品位磷矿开展了处理量 5 0 谢空腔谐振式浮选柱半工业试验，在试验中研究了空腔谐振式浮选柱的柱体截面高度、充气量、浮选柱液位和冲洗水量 等参数对胶磷矿选别品位的影响，找到了最佳的浮选柱动力参数，为浮选柱设备在胶磷矿选矿中的大规模应用奠定了技 术基础。 关键词空腔谐振浮选柱；选矿；浮选动力学 中图分类号T I 4 5 6文献标志码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 3 0 1 - - 0 0 6 5 - 0 5 F l o t a t i o nK i n e t i c sR e s e a r c hO nP h o s p h a t eO r em e s s i n gw i t hC a v i t y 曩电s D 衄n c eF l o t a t i o nC o l u m n 脚J i n o y u a n ，口Y a o j i ，Y A N GW e n q u a n Y u n n a nP h o s p h a t eC h e m i c a lG r o u pC o ．，L t d ．，K u n m i n g6 5 0 6 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t A c c o r d i n gt o t h ef l o t a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so ft h ep h o s p h a t eo r e ，s e m i - i n d u s t r i a lt e s t 5 0t ／d r a wo r e w a sc a r r i e dt ot r e a tal o wg r a d ep h o s p h a t eo r eo fK u n y a n gb yC a v i t yr e s o n a n c ef l o t a t i o nc o l u n m ． D u r i n gt h et e s t ，t h ep a r a m e t e r se f f e c t so ft h ec o l u n mh e i g h t ，a i rf l o w ，p u l pl e v e la n dw a s hw a t e rf l o w o n t h ep h o s p h a t ec o n c e n t r a t eg r a d ew e r ei n v e s t i g a t e d ．A f t e rt h a tt h eo p t i m u md y n a m i cp a r a m e t e r sf o rf l o t a t i o n c o l u m nw e r eo b t a i n e d ，a n di tc o u l dp r o v i d et h et e c h n i c a ls u p p o r tf o rt h el a r g e - s c a l ea p p h c a f i o no ff l o t a t i o n c o l u m nt ot r e a tt h ep h o s p h a t eo r e s ． K e yw o r d s c a v i t yr e s o n a n c ef l o t a t i o nc o l u m n ；b e n e f i c i a t i o n ；f l o t a t i o nk i n e t i c s 浮选柱在胶磷矿选矿方面的应用国内还处于研 究阶段，国外浮选柱在磷灰石矿选矿应用较多， 1 9 9 5 年已经在巴西G o i a s f e r t i l 磷矿开始采用，随后 A r a f e r t i l 和F o s f e r t i l 等磷矿山大规模应用，达到了 较好的浮选效果，产生明显的经济效益；国内磷矿 的柱浮选技术上与国外相差较大，因此，进行磷矿 柱浮选新技术的产业化应用研究是很有必要的。 美国艺利制造公司加拿大C P T 分公司制造的 C P T 浮选柱发泡器种类分为S l a m J e t 发泡器、气，水 气体分散器、空腔谐振式气体分散器、M i c r o c e l 微 泡发生器等几种型式【1 ] 。由于空腔谐振充气器能产 生高强度的紊流矿化效果，可以大幅度地提高细粒 级的回收效果，因此选择空腔谐振式发泡器浮选柱 目云南省科技攻关及高新技术发展计划项目 2 0 0 6 G G l 8 期2 0 1 2 0 4 一l l修回日期2 0 1 2 - 0 9 2 l 介夏敬源 1 9 6 7 一 ，男，湖南武冈人，教授级高级工程师。 为区别其它类型浮选柱称为空腔谐振式浮选柱 进行胶磷矿的5 0 稍半工业试验，进行相应的磨矿 浓细度、。药剂用量、。加药地点、浮选作业浓度、 ．p H 值等工艺参数的研究，同时重点探索了浮选柱 高度、泡沫层高度、充气量、洗水量等动力学参数 对胶磷矿选别效率方面的影响，找到最优的浮选柱 动力学条件，取得较好的选矿指标。 I 胶磷矿浮选特点 云南省磷矿资源丰富，但是9 0 ％以上都是中低 品位磷矿石，该类型矿石属于难选胶磷矿，有上百 亿吨的中低品位胶磷矿亟待选矿开发利用。该类型 胶磷矿的工艺矿物学特点决定了选矿开发利用的难 万方数据 6 6 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年第1 期 度，是世界公认的难选矿种之一。主要有以下几方 面的原因 1 云南胶磷矿矿石结构复杂，脉石矿物与胶 磷矿嵌布紧密，矿石需要细磨才能使有用矿物和脉 石矿物分离，因此胶磷矿磨矿细度要求高。 2 胶磷矿与脉石矿物镶嵌关系，常呈假鲕状、 球粒状、鲕状或砂屑状结构产出，晶粒较细小， 属细粒嵌布。尾矿品位的降低相对变质磷灰石磷矿 要难。 空 3 低品位胶磷矿含较高碳酸盐、硅酸盐等脉 石矿物，要提高精矿品位和质量，必须剔除碳酸 盐、硅酸盐等有害杂质，选矿原则工艺流程、药剂 制度要比其他类型的磷矿石复杂。 4 胶磷矿中的磷酸盐、硅酸盐、碳酸盐等有 用矿物和脉石矿物可浮性相近，因此，需要进行浮 选药剂以及高效浮选设备的研制[ 2 ] 。 F i g ．1 2 空腔谐振式浮选柱的结构及原理 。 空腔谐振式浮选柱结构示意图如1 所示，是一 种逆流浮选设备，其柱体部分主要由捕收区、精选 区、循环区三大部分组成。工作原理为将经过浮 选药剂处理后的浮选人料 矿浆 由距浮选柱顶部 以下约1 ～2m 处给人，在浮选柱底部安装有空腔 谐振发泡器，发泡器由外部空压机给人一定压力的 空气进入循环泵管后注人浮选柱体，经过空腔谐振 发泡器后产生微泡，微泡在冲力和浮力作用下自由 上升，而矿浆中的矿物颗粒在重力作用下下降，上 升的气泡与下降的矿物颗粒在捕收区接触，在药剂 作用下，在浮选柱上部形成4 5 0m l n 左右的矿化泡 沫层，在泡沫层上加冲洗水流来除去因夹带而进入 泡沫层的亲水性杂质，使被泡沫夹带的粗颗粒矿 物从泡沫中脱落，从而达到目的矿物和脉石分离的 目的[ 3 J 。 3空腔谐振式微泡发生器结构及原理 喷嘴是空腔谐振式微泡发生器的关键部件，喷 嘴结构的微小变化都将改变微泡发生器流场，对微 泡的生成及矿化有很大的影响。将矿浆与空气混合 好后加压输送至喷嘴人口。在喷嘴的作用下，矿浆 形成射流，速度变大，流体压力能转化为动能，静 压减小，溶于矿浆中的空气以微泡的形式析出，在 射流产生的紊动作用下，与矿粒碰撞吸附，并增长 兼并。同时在射流的作用下，之前未溶于矿浆中以 连续相存在的空气掺入到矿浆中。矿浆从喉管高速 图1空腔谐振式浮选柱结构图 S t r u c t u r eo fc a v i t yr e s o n a n c ef l o t a t i o nc o l u m n 喷出后进入扩散管，与气体之间存在滑移速度，形 成速度间断面，射流核心区静压与速度保持不变， 而射流边界层的纵向速度沿中心轴线向边界逐渐减 小。在扩散管前半段，气体和矿浆之间存在横向动 量传递，形成一定的速度梯度，产生的剪切力切割 大涡流，增加微泡与矿粒的碰撞概率，提高了矿粒 与微泡的附着率。在扩散管后半段，随着速度的降 低，矿浆掺气率减小，射流过程中掺人的空气以微 泡形式析出。同时随着压力的增大，微泡被迅速分 散，分布趋于均匀，有利于微泡的矿化。结构图如 图2 所示[ 4 J ，工作原理图如图3 所示[ 5 ] 。 图2 空腔谐振式微泡发生器基本结构 F i g ．2 S t r u c t u r eo fm i c r o - b u b b l eg e n e r a t o r 1 入射端口；2 喷嘴；3 扩散管；4 - - 出口 』高压空气 篓三萎八三二二二1高压空气矿浆流 浆 三 j 高压空气矿浆流 流l j r ～＼孓 万方数据 调浆桶X B l 0 0 ，咖1 0 0 0 1 0 0 0 ，V O ．6m 3N I ．1k W4 厦门市程功矿业设备有限公司 浮选柱西9 1 0 x 6 0 0 04 加拿大CP I ．公司 立式砂泵 K M L S S S O T ，Q 1 6 - 2 4m 弧，H 8 - 1 9m ，N 4k W 3 昆明冶金新材料股份有限公司 浓硫酸计量泵 M B l 6 P P 3 2 ，仁2 3I J h ，H 1 2 0m l 成都媵云科技有限公司 药剂恒流泵 Z T 6 0 - 6 0 0 ，Q 6L ／r a i n ，N 8 0W ，，l - 6 0 - 6 0 0r ／m i n 6 保定兰格恒流泵有限公司 浮选柱底流泵 2 0 A L ，Q 为m 弧，．i ；f 三1 7 ．5m ，N I ．5k w 6 石家庄强大泵业集团有限公司 泡沫泵 2 Q V - A F ，q - - 8m 孙。磊『- 1 7 ．5H i ，N I1k w 2 石家庄强大泵业集团有限公司 4 动力学参数研究[ 6 ] 为了考察浮选柱动力学参数 充气量、截面高 度、液位 泡沫层 和冲洗水量 对胶磷矿选矿效 果的影响，选择云南滇池周围地区有代表性的昆阳 磷矿进行测试。半工业试验研究的规模为5 0 们， 选矿工艺流程是一次粗选作业和两次精选作业。 粗选、精选1 、精选2 作业分别采用一台9 1 0 x 6 0 0 0 I T i m 浮选柱o 5 0 们半工业试验研究工艺流程见图4 ，试验 中采用主要设备明细如表1 所示。Y P 3 、Y P 4 作为 磷矿抑制剂，Y P 2 3 作为磷矿捕收剂。 磨矿细度 原矿 总尾矿 图4 浮选柱半工业试验工艺流程 F i g ．4 F l o w s h e e to fs e m i - i n d u s t r i a lt e s t 4 ．1 浮选柱充气量与品位变化关系 在工艺流程、药剂制度、浮选柱液位高度与洗 水量等条件不变的情况下，考察3 台浮选柱充气量 变化与精矿品位变化情况。固定两台浮选柱充气 量，另外一台浮选柱充气量设定不同充气量取样， 充气量每2 个小时变换一次，每半小时取一次样， 一小时两个样合并制样化验P 2 0 5 百分含量。结果 如图5 所示，其中充气量为直接从仪表中读取数据。 堡 g 咯 S g 充气量／ m ，h 。1 图5 浮选柱充气量变化与精矿品位关系 F i g ．5 R e l a t i o nb e t w e e na i rf l o wo ff l o t a t i o nc o l u m n a n dc o n c e n t r a t eg r a d e 从图5 可以看出，每台浮选柱充气量与精矿 P z 0 5 品位的关系。综合试验现象和流程特点，粗选 浮选柱充气量在3 ．0m 3 ／h 左右较为适宜，精选浮选 柱l 充气量控制在3 。6m 3 ／h 左右较为适宜，精选浮 选柱2 充气量控制在3 ．2m 他左右较为适宜，因此 在7 2h 流程时各浮选柱充气量以上述参数为准。 4 ．2 浮选柱不同截面高度与品位的关系 为了考察浮选柱高度对精矿品位的影响，在选 别过程中3 台浮选柱不同高度截面取样，判断浮选 柱的相对最佳高度，浮选柱高度与精矿品位的关系 见图6 。 从浮选柱高度与品位的关系图可以分析得出 随着浮选柱高度的增加，t 2 0 ，品位逐渐降低，粗选 浮选柱高度点在2 ．3 0 、3 ．3 5 、4 ．4 0m 处时，品位变 化较大，在2 ．2 5 3 ．5 0m 处，选矿效率较高；而精 1 浮选柱和精2 浮选柱在2 ．3 0 、3 ．3 5 、4 ．4 0m 处时， 在3 。0 0 3 ．5 0m 处，品位变化不大，选矿效率较高， 在3 ．5 0m 以上时选矿效率较低，品位呈下降趋势。 万方数据 6 8 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年第1 期 堡 翘 喀 浮选柱高度，m 图6 浮选柱高度变化与精矿品位关系 F i g ．6R e l a t i o n s h i pb e t w e e nc o h n mh e i g h ta n d c o n c e n t r a t eg r a d e 4 ．3 浮选柱液位 泡沫层 高度与精矿品位变化 关系 ’ 浮选柱的液位是浮选柱最重要的操作参数。在 工艺流程、药剂制度和浮选柱充气量、洗水量等条 件不变的情况下，考察3 台浮选柱液位变化与精 矿品位变化情况。浮选柱液位 泡沫层 设定不 同液位取样，浮选柱液位 泡沫层 每1 个小时变换 一次，每半小时取一次样，一小时两个样合并制样 并化验P 2 0 5 、M g O 的含量。以浮选柱上溢流堰处为 高度“0 ”n l m ，有效测量高度为9 2 8H i m ，测试图 如图7 所示。 蓬 趟 咯 2 5 0 3 0 03 5 04 0 0 4 5 05 0 0 5 5 0 液位高度／m 囱7 浮选柱泡沫层高度与精矿品位关系 ～ -jf’ F i g ．7R e l a 6 0 n s h i pb e t 宅e nf r o t hh e i g h ta n d ‘c o n c e n t r a t eg r a d e 由图7 粗选浮选柱、精选1 浮选柱、精选2 浮 选柱泡沫层高度与精矿品位的关系可以看出，粗选 浮选柱的选矿效率较高，精选1 浮选柱选矿效率其 次j 精选2 淖选柱的选矿效率较低。粗选浮选柱分 析浮选柱泡沫层高度在一3 0 0m m 至_ 4 I D om m 之间， 浮选的分选性较好；精选1 浮选柱泡沫层高度一3 0 0 m m 至堋m m 之间时，浮选柱的分选性较好；精 选2 浮选柱随着泡沫层高度的增加，浮选柱的分选 性增加，j 但增加的效果不明显，因此，综合考虑到 工艺和浮选指标的要求，粗选浮选柱泡沫层高度控 制在3 0 0n l ／n ，精选1 浮选柱泡沫层高度控制在 3 4 0m i l l ，精选2 浮选柱泡沫层高度控制在4 0 0m m 较为适宜。 4 ．4 浮选柱冲洗水量与品位变化情况 在确定给矿量、给水量、给药量、浮选柱参数 条件不变的情况下，考察3 台浮选柱冲洗水量变化 与精矿品位变化，浮选柱冲洗水量设定多个冲洗水 量水平，冲洗水量每1 个小时变换一次，每半小时 取一次样，- - d , 时两个样合并制样化验P 2 0 ，。冲洗 水量和品位的变化见图8 。 堡 趟 曙 冲洗水量／ m 3 h 。1 图8 浮选柱冲洗水量变化与精矿品位关系 F i g ．8R e l a t i o n s h i pb e t w e e nw a s hw a t e rf l o wa n d c o n c e n 眦eg r a d e 1 从浮选柱冲洗水量与品位的关系分析当 粗选浮选柱冲洗水量为0 ．6 0 0 ．8 0m 弧时，精矿品 位此时最高，因此，根据精矿品位和回收率指标 的要求，确定粗选浮选柱的冲洗水量控制在o ．6 0 。 0 ．8 0m 讥。 2 精1 浮选柱冲洗水量为0 ．9 1 ．6 0m 3 ／h 时， 精矿品位此时最高，因此，根据精矿品位和回收率 指标的要求，确定精1 浮选柱的冲洗水量控制在 1 ．3 8 1 ．3 9m Ⅶ。实际在调试过程中冲洗水量控制 在1 ．3 8m ％。 3 当精2 浮选柱冲洗水量为1 ．2 ～1 ．4 0m Ⅶ 时，精矿品位最高，因此，根据精矿品位和回收率 指标的要求，确定精2 浮选柱的冲洗水量控制在 1 ．3 9 O 。5m 弧，实际在调试过程中冲洗水量控制在 1 ．3 9m ‰。 5 结论 通过对充气量、截面高度、液位 泡沫层 和 冲洗水量等浮选柱动力学参数的研究，找到了空腔 谐振式浮选柱的最优控制条件，为浮选柱在胶磷矿 选矿大规模应用奠定了基础。 n如∞拶凹勰勰打”撕 2 l O 9 8 7 6 5 4 0 ∞如∞四凹凹凹凹拶 万方数据 2 0 1 3 年第1 期夏敬源等空腔谐振式浮选柱在胶磷矿选矿中的动力学参数研究 矽 参考文献 [ 1 ] 史帅星，姚明钊。曹亮．气泡发生器的流体动力学性能 研究[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 0 6 3 4 2 - 4 5 ． [ 2 ] 柏中能．对云南中低品位磷矿选矿的认识和建议[ J ] ．云 南化工，2 0 0 7 ，3 4 5 2 3 2 5 ． [ 3 ] 夏敬源，杨稳权，柏中能．浮选柱在云南胶磷矿选矿中的 应用研究[ J ] ．矿冶，2 0 0 9 ，1 8 1 1 0 1 4 ． [ 4 ] 李敏，李浙昆，邹昶方，等．混流式微泡发生器流场数值 分析[ J ] ．矿山机械，2 0 0 9 ，3 7 1 7 8 3 一跖． [ 5 ] 云南磷化集团．中、低品位磷矿柱浮选新技术开发昆阳 磷矿5 0 1 吨，日柱浮选工业试验研究报告[ R ] ．昆明云南 磷化集团，2 0 0 8 ． o ／＼ 八蜍 石＼ ／孔 石八 ／n ／乱 ‘八 矗、 ／佘 ／佘 ／佘 ／n ‘卜 ／佘 ／佘 ／佘 ／斗 ／佘 ／玉 ／佘 ／仝 ／n ／≯竺／斗 ／斗 命 ／孓 ／≯ ／≯ ／玉 ／≯ ／≯ 上接第“页 流场内的流动平滑而无漩涡特征， 流、稳流设计合理。 证明定子的导 [ 4 ] K i l a n d e rJ ，R a s m u s o nA ．E n e r g yd i s s i p a t i o na n dm a c r o 3 随着叶轮转速的增加，浮选机内整体的流 场结构并未发生本质改变，说明一定转速范围内浮 选机均可以提供适合矿物浮选的流体动力学环境。 随叶轮转速的增加，P I V 测试的径向、轴向速度变 化趋势一致，速度大小逐渐增大。 参考文献 [ 1 ] 沈政昌，刘惠林，刘承帅．国内外大型浮选机的应用与进 展E J ] ．金属矿山，2 0 1 0 增刊 5 3 7 5 4 4 ． [ 2 ] 阎超，于剑，徐晶磊，等．C F D 模拟方法的发展成就 与展望E J ] ．力学进展，2 0 1 1 ，4 1 5 ，5 6 2 5 8 9 ． [ 3 ] 李岩。王海文，郭辉．皮托管测速技术在低速水洞流 场校测中的应用[ J ] ．实验流体力学，2 0 0 9 9 1 0 4 ．1 1 2 ． i n s t a b i l i t i e si nas t i r r e ds q u a r et a n k i n v e s t i g a t e du s i n g8 1 1 L EP I V a p p r o a c ha n d ．L D Vm e a s u r e m e n t s [ J ] ．C h e m i c a l E n g i n e e r i n gS c i e n c e , 2 0 0 5 ，6 0 2 4 6 8 4 4 - 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