BGRIMM浮选柱技术的发展.pdf

2 0 0 6 年第6 期有色金属 选矿部分 3 3 B G R I M M 浮选柱技术的发展 沈政昌1 2 ，陈东2 ，史帅星z ，卢世杰2 ，孟丽z 1 ．北京科技大学，北京1 0 0 0 8 3 ；2 ．北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 4 4 摘要评述了北京矿冶研究总院近5 0 年来B G R I M M 浮选柱技术的发展概况，着重分析了几种技术上比较成熟的 B G R I M M 浮选柱，特别对最近l o 年研制成功的浮选柱作了详细介绍，包括K Y Z A 型顺流喷射浮选柱、K Y Z J 型机械搅拌 浮选柱、K Y Z E 型浮选柱、K Y Z - B 型浮选柱和磁浮选柱等的工作原理、结构特点和应用情况，证明B G R I M M 浮选柱在技术 和应用上始终处于国内领先水平。 关键词浮选柱；充气器；应用 中图分类号T D 9 2 7文献标识码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 0 6 0 6 0 0 3 3 0 5 北京矿冶研究总院 B G R I M M 自6 0 年代以来， 致力于系列浮选设备技术的研究及推广应用。近5 0 年来，B G R I M M 系列浮选柱研究的总体思路在于立 足国内实际，充分调研分析现有浮选柱存在的问题， 研制多种型号的浮选柱，简化浮选柱结构，增强其自 动控制功能，提高浮选柱对不同粒级各种矿物的适 用性及浮选柱大型化等方面进行了大量的研究工 作，分别确定了最佳技术参数，制定了合理的技术方 案。最近几年，B G R I M M 系列浮选柱在多样化、大型 化、系列化和利用综合力场等应用研究方面又迈出 了开创性步伐，其中包括微泡浮选柱、旋流充气式浮 选柱、K Y Z A 型顺流喷射浮选柱、K Y Z J 型机械搅 拌浮选柱、K Y Z E 型浮选柱、K Y Z B 型浮选柱和磁 浮选柱等形成了具有鲜明特点的B G R I M M 浮选柱 技术。 1B G R I M M 浮选柱技术特点 1 ．1 微泡浮选柱 微泡浮选柱如图l 所示，其槽体形状根据用户 要求可方，可圆。底部装有一组微孔材料制成的充气 器，上部设有给矿分配器，给入的矿浆均分布在柱体 的横断面上，缓缓下降，在颗粒下降过程中与气泡碰 撞，实现矿化。浮选柱内浮选区的高度远大于其他浮 选机，矿粒与气泡碰撞和黏着的概率大。 浮选区内浆气流的湍流程度较低，黏附在气泡 上的疏水性矿粒不易脱落。浮选柱的泡沫层可达数 十厘米，二次富集作用特别显著，且可向泡沫层淋水 加以强化，往往一次粗选便可获得高质量的最终精 矿。这种浮选柱的最显著特点也是正压微孔充气和 气泡与颗粒的逆流碰撞矿化。适合酸性和中性矿浆 收稿日期2 0 0 6 0 6 2 6修回日期2 0 0 6 0 7 2 1 作者简介沈政吕 1 9 6 0 一 ，男，江苏常熟人，研究员。 给矿 矿 图1 微泡浮选柱 F i g 1M i c r o b u b b l ef l o t a t i o nc o l u m n 选矿。 1 9 6 5 年北京矿冶研究总院采用橡胶扎孔充气 器解决了充气器结垢堵塞问题，在用浮选柱对铜和 重晶石矿物的浮选中均获得理想指标。重晶石浮选 铁矿反浮选 浮选柱铁精矿品位4 1 ．5 4 ％，回收率 9 6 ．5 5 ％，而用浮选机时，铁精矿品位4 1 ．4 7 ％、回收率 9 6 ．3 9 彩“。1 9 6 6 年，北京矿冶研究总院和赤马山铜矿 首先用浮选柱代替浮选机用于生产，其粗选柱 3 0 0 0 m mx 2 0 0 0 m mx 7 8 8 0 m m ， 扫选柱3 0 0 0 m m 2 0 0 0 m m x 6 8 8 0 m m 。同年，北京矿冶研究总院和柴河 铅锌矿又把浮选柱用于生产，用5 台①2 2 0 0 m m x 4 5 0 0 m m 浮选柱作粗、扫选。随居引，华铜铜矿、新冶 铜矿、谷里铜矿、冯家山铜矿、德兴铜矿、车江铜矿、 大姚铜矿、衡东铅锌矿、桓仁铅矿、青城子铅矿、锡铁 山锑矿、金堆城钼矿、五龙金矿、浏阳磷矿以及向山 硫铁矿等几十个金属矿山先后用浮选柱代替浮选 机，还有许多非金属矿山也采用了浮选柱。但由于当 万方数据 3 4 有色金属 选矿部分2 0 0 6 年第6 期 时选矿厂用电无法保证，经常停车，造成金属的大量 流失，经过十多年的使用纷纷下马。 1 ．2 旋流充气式浮选柱 旋流充气式浮选柱不是传统利用小孑L 、微孑L 发 生气泡的浮选柱。其结构如图2 。 矿浆管风管 图2 旋流充气式浮选柱示意图 F i g2C y c l o i n d u c e da i rf l o t a t i o nc o l u m n 该浮选柱的充气器类似于旋流器的结构[ 3 ] ，具 有一定压力的液相流，通过进浆管沿切线方向进入 简体，并沿其内壁涡旋。压缩空气由中心气管进入筒 体。空气作为一股中心气流在液相流的作用下，随液 相旋转。涡旋的液相流对中心气流产生剪切作用，当 两相流流体从喷嘴喷出时，就在喷嘴之外形成了大 量均匀而细小的气泡，并喷散在浮选柱中。该类型的 浮选柱在德兴铜矿进行了对比工业试验，充气器不 存在破裂、结垢问题，产生的气泡细小，液面平稳易 于操作；停车不放矿，也不会淤死。但是使用旋流充 气浮选柱每台需要配备一台矿浆泵。 1 ．3 K Y Z A 型顺流喷射型浮选柱 北京矿冶研究总院研制的向下顺流喷射型浮选 柱利用射流作用引入空刽4 ．圆锥形收缩管和喇叭 管在空室中间相连接，当高速水流由圆锥形收缩管 流向喇叭管时，由于水流断面逐渐缩小，在圆锥形收 缩管出口处形成较大流速，致使该处压强降低至大 气压强以下，在空室中形成负压，使空气从外部进入 到空室中。在分选槽底部安装了一个反射假底，其作 用在于将高速水流所携带的空气粉碎成气泡，进而 弥散到整个分选槽。向下顺流喷射型浮选柱作为一 种新型的浮选设备，产生的气泡直径较小，空气保有 量较高，空气分散比较均匀，且结构简单、操作方便、 无运动部件，根据现有研究结果，向下顺流喷射型浮 选柱可以取得较好的选别指标。 图3向下顺流喷射型浮选柱结构简图 F i g3 S t r u c t u r eo fd o w n w a r dc o n c u r r e n t e j e c t i o n f l o t a t i o nc o l u m n 该浮选柱利用射流作用引入空气，其结构简单、 经济且选别效率高于传统逆流浮选柱，矿浆和气泡 同向流动，迫使气泡克服浮力向下运动，为气泡和矿 浆接触创造理想的条件。顺流浮选柱相对于逆流型 浮选柱具有容易操作、生产效率高等优点。浮选柱工 作原理为圆锥形收缩管和喇叭管在空室间接相连。 当水流高速由管流向管时，由于水流断面逐渐缩小， 在管出口处形成较大流速，致使该处压强降低至大 气压强以下 即形成真空 ，形成负压。 该浮选柱作为一种新型的浮选设备，其结构简 单、操作方便、无运动部件。 1 ．4K Y Z - J 型机械搅拌式浮选柱 一k ～_ ‘ 、 』n 掣 、， 队㈤ 图4 机械搅拌式浮选柱结构简图 F i g4 S t r u c t u r eo fA g i t a t i o nf l o t a t i o nc o l u m n 该浮选柱将我院非常成功的机械搅拌式浮选机 的工作机理引人到浮选柱中。该设备具有5 1 可充人 足量空气，使空气在矿浆中充分地分散成大小适中 万方数据 2 0 0 6 年第6 期沈政昌等B G R I M M 浮选柱技术的发展 3 5 的气泡，保证槽内有足够的气一液分选界面，增加矿 粒与气泡碰撞、接触和黏附的机会；叶轮一定子系统 所产生的流体动力学状态满足浮选动力学的要求， 以利于粗粒矿物与气泡集合体的形成和顺利上浮， 建立一个相对稳定的分离区和平稳的泡沫层，减小 矿粒的脱落机会；叶轮搅拌力适中，矿浆循环畅通， 槽底不会有沉砂，同时保证较粗矿粒能充分悬浮；定 子有利于叶轮产生的旋转矿流变成径向矿流，形成 细微空气泡，稳定液面，防止翻花现象的发生并降低 能耗；槽深大，延长气泡上升距离，以增加矿粒与气 泡的碰撞机会；充气量易于调节，操作简单方便；可 在全负载下开、停车；通过控制给气、加药、补水、调 节液面，可迅速改变浮选过程，实现自动化控制。 1 ．5K Y z - E 型浮选桂胡 K Y Z E 型浮选柱的充气系统采用了外部发泡 系统，充气器由高压水对透过微孔材料高压空气进 行剪切而形成微泡，水气比高达2 5 左右，充气器结 构如图5 。形成气泡尺寸小于1 m m ，气体分配系统灵 活，可采用仅用底层充气系统，也可采用底层和中层 两层布置的充气系统。进料由柱的上部给入给料分 配盘，气体从柱的底部给人，气泡与矿粒通过逆流碰 撞完成矿化。泡沫产品从上部排出，尾矿从底部排 出。在上部设计了冲洗水装置，在内部设计了稳流 板。该型浮选柱设计了先进的液位控制系统和充气 量控制系统，设计了视频回路可以在线监测控制。 水 水气混 合体 空气 图5K Y Z E 型充气器结构简图 F i g5 S t r u c t u r eo fK Y Z - EA e r a t o r 1 ．6K Y Z B 型浮选柱 K Y Z B 型浮选柱是在近四十年技术积累的基 础上开发的适合我国矿山矿物加工特点的浮选柱， 其主要特点如下7 ] 1 保证浮选柱内能充人足量空气，使空气在矿 浆中充分地分散成大小适中的气泡，保证柱内有足 够的气一液分选界面，增加矿粒与气泡碰撞、接触和 黏附的机会。 2 气泡发生装置所产生的气泡满足浮选动力 学的要求，利于矿物与气泡集合体的形成和顺利上 浮，建立一个相对稳定的分离区和平稳的泡沫层，减 小矿粒的脱落机会。 图6K Y Z B 型浮选柱系统结构示意图 F i g6 S t r u c t u r eo fK Y Z - Bf l o t a t i o nc o l u m n l 一风机；2 一风包；3 一减压阀；4 一转子流量计；5 一总水管；6 - , G 风管；7 一 充气器；8 - 排矿；9 一尾矿箱；1 0 一气动调节阀；1 1 - 仪表箱；1 2 一给矿管； 1 3 一推泡器；1 4 一喷水管；1 5 一测量筒 3 给矿器保证矿浆均匀地分布于浮选柱的截 面上，速度较小不会干扰已经矿化的气泡脱落。 4 气泡发生装置优化空间上的分布，可以消除 气流余能，形成细微空气泡，稳定液面，防止翻花现 象的发生；喷射气泡发生器，采用了耐磨的陶瓷衬 里，使用寿命长；微孔气泡发生器采用不锈钢烧结粉 末，形成的气泡大小均匀，浮选柱内空气分散度高。 该气泡发生器可以再生并重复使用 适用于酸陛和 中性矿浆 。． 5 泡沫槽增加推泡锥装置，缩短泡沫的输送距 离，加速泡沫的刮出。 6 充气量易于调节，操作简单方便。 7 合理安排冲洗水系统的空间位置和控制冲 洗水量大小，提高泡沫堰负载速率，泡沫可以及时进 人泡沫槽，利于消除泡沫层的夹带，提高精矿品位。 8 尾矿箱可以根据不同选矿厂的处理量和选 矿工艺进行设计，即保证尾矿速度小于矿化气泡的 上升速度又具有最优的处理量，避免矿化气泡从尾 矿夹带排走；又大于尾矿管内矿粒的沉降速度，避免 矿物颗粒把尾矿管堵死。 9 通过控制给气、加药、补水、调节液面，可迅 速改变浮选过程，实现自动化控制。 浮选柱气泡发生器产生的气泡能均匀地分布于 槽内矿浆中，最大充气量 清水 可达2 ．5m 3 ／m 2 m i n ；液面平稳，为选别创造了良好条件，喷射气泡发 万方数据 3 6 有色金属 选矿部分2 0 0 6 年第6 期 生器，采用了耐磨的陶瓷衬里，使用寿命长；喷射气 泡发生器结构示意图见图7 。喷射气泡发生器的工 作原理是高压气体从喷嘴的喉径内高速冲出，经过 矿浆的剪切作用，形成大量的小直径的气泡。喷射气 泡发生器的设计既要保证产生大量的小气泡又要保 证气泡在柱体内分散均匀，同时还要能够尽量消除 高速气流所具有的余能，降低气流对矿浆的强紊流 搅动。 2 图7 喷射气泡发生器结构示意图 F i g7 S t r u c t u r eo fe j e c t i o na i r b u b b l es p a r g e r 1 一喷嘴；2 - 定位器；3 - 针阀；4 - 调整器；5 - 密封盖 矿浆液面自动控制系统技术性能先进，工作稳 定可靠，液位计采用了先进的超声波传感器，是非接 触、无磨损测量，测量精度高。控制器功能强，配置灵 活，具有自适应、自整定模式，在线整定方便，整机防 水、防尘。气动执行器工作可靠，故障率低、维护简 单、无死区，调节性能优良。整个控制系统配置合理， 工作稳定，操作简单，它可根据浮选工艺要求自动调 节浮选柱泡沫层厚度，控制精矿产率，使浮选作业始 终满足工艺要求。充气量自动控制系统工作稳定可 靠，气动阀门调节性能优良，无死区。这两个系统是 K Y Z 浮选柱可靠运行的有利保障和提高选别指标的 有效手段。 K Y Z B 0 9 1 2 和K Y Z B 1 2 1 2 浮选柱在河南嵩县 丰源钼业公司进行了工业应用，直径分别为9 0 0 m m 和1 2 0 0 m m ，高度都为1 2 0 0 0 m m 。采用了喷射气泡发 生器，K Y Z 一0 9 1 2 浮选柱安装了4 个气泡发生器， K Y Z 一1 2 1 2 浮选柱采用了8 个气泡发生器。该钼选 厂E l 处理能力为3 0 0 0 t ，浮选柱用来进行精选作业。 原矿钼品位在0 ．1 ％左右，其中以氧化钼形式存在的 钼品位在0 ．0 3 4 ％左右，近6 个月的生产结果表明， 最终精矿平均品位不小于4 9 ％，精矿中铜品位小于 0 ．2 5 ％，整个浮选作业的回收率在8 0 ％以上 氧化钼 除外 ，完全达到了设计的目标。 1 ．7 磁浮选柱 本设备主要用于强磁性矿物与非磁性脉石矿物 的分离，此装置采用脉冲交变的电磁磁场，磁场脉冲 时间和磁场强度在一定范围内任意可调；随磁场强 度的变化，磁性颗粒形成“分散一团聚一分散”的状态 并不断地交替变化，这样使得磁性絮凝物在脉冲磁 场作用下受到强烈破坏，非磁性和弱磁性颗粒在浮 力、重力以及上升水冲洗力作用下与磁性颗粒分离， 最终使脉石矿物脱离磁链，并被气泡捕获后上升到 溢流槽，作为尾矿排出，而磁性颗粒在磁力和重力作 用下从底部排矿口排出。脉冲交变磁场能够很好地 解决磁选过程中发生的磁团聚，保证了精矿的品位。 脉冲电磁线圈还能够抑制磁性矿物进入泡沫区。图 8 为北京矿冶研究总院研制的新型磁浮选柱引。 图8 磁浮选柱结构示意图 F i g8 S t r u c t u r eo fm a g n e t i cf l o t a t i o nc o l u m n 1 一溢流槽；2 一脉冲电磁线圈；3 - 分选柱；4 一脱磁线圈；一5 - 充气管；6 一 排矿L 1 ；7 - 进水管；8 - 空气分散器；9 一给矿管 由于磁场对强磁性矿物有很强的作用力，磁性 矿物在经过磁场区时，受到磁场的吸引力，很难被气 泡带人浮选泡沫，起到了强抑制剂的作用，这有利于 磁性矿物的回收。研究表明 1 对同种矿物，磁浮选 装置与浮选槽在相同捕收剂用量和浮选时间条件 下，磁浮选装置的分选指标明显优于浮选槽的分选 指标精矿品位比浮选槽平均提高0 ．5 ％～1 ．0 ％，尾矿 品位比浮选槽平均降低1 5 ％～2 0 ％，回收率比浮选槽 平均提高5 ％。1 5 ％。 2 对同种矿物，与磁选管试验 指标对比可以看出，磁浮选装置的精矿品位比磁选 管高1 ．1 3 ％左右，尾矿品位比磁选管高5 ．4 4 ％，回收 率比磁选管低O ．5 8 ％。由于磁选管是公认的精确测 量仪器，对磁铁矿与脉石矿物的分选精度很高，但可 以看出磁浮选装置的试验指标与磁选管基本是相当 的。 3 对于弓长岭选矿厂一选车间的二磁铁精矿， 通过磁浮选装置一次分选，与实际的反浮选一磁选流 程相比，铁精矿品位提高1 ％，精矿中S i O 含量降低 1 ．2 ％，尾矿品位降低3 ％。 万方数据 2 0 0 6 年第6 期沈政昌等B G R I M M 浮选柱技术的发展 2 结语 与其它浮选设备相比，浮选柱具有很多优点，归 纳起来主要有 1 泡沫厚度、气泡大小和数量等调 节方便； 2 流程简单 一次作业相当于浮选机几次 作业的效果 ； 3 适宜创造气泡和颗粒动态碰撞以 及气泡、颗粒结合体静态分离环境，有利于各种粒级 特别是微细粒的选别； 4 便于引入其它力场，强化 分选； 5 易于实现自动控制和大型化； 6 设备结构 简单，没有运动部件，容积大，占地面积小，基建投资 比浮选机节省； 7 能耗低，操作简单，易损件少，药 剂用量少，生产成本低。 B G R I M M 浮选柱历经5 0 年的发展，积累了丰富 的技术开发经验。随着矿产资源日益贫杂，对浮选柱 技术提出了更高的要求。B G R I M M 将不断吸收国内 外先进的技术，增强自主创新能力，促进国内浮选柱 技术的发展。 参考文献 [ 1 ] 蒋承基．浮选柱研究[ J ] ．有色金属，1 9 6 6 6 ，3 9 4 4 ． [ 2 ] 韩寿林．浮选柱的过去、现在和将来[ J ] ．矿冶，1 9 9 3 2 3 3 - 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