浮选工艺流程发展历史与趋势.pdf

8 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年增刊 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 ．z 1 ．0 0 2 浮选工艺流程发展历史与趋势 谭明，史帅星，杨丽君，赖茂河 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 1 6 0 摘要自浮选应用于工业生产至今，浮选技术取得了辉煌的发展。本文以时间为线索，简单概述了不同时期浮 选工艺流程发展的特点，并展望了未来浮选工艺流程的发展趋势。 关键词浮选工艺流程；发展历史；发展趋势 中图分类号T D 9 2 3 ；T D 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 S O 一0 0 0 8 0 4 自2 0 世纪初，浮选开始在工业生产上应用， 后经过不断发展成熟，逐渐取代重选，成为最重要 而高效的矿物分离方法。目前，全世界范围内约有 2 0 亿t 矿石是经过浮选工艺处理的。本文回顾了浮 选工艺流程发展历史与未来发展趋势。 1 浮选工艺流程发展历史 浮选工艺流程的确定和变革一方面依赖于入选 矿石性质的变化，另一方面受到不同时期选矿工艺 理论和装备技术水平的制约。浮选工艺发展可以简 单地划分三个历史时期，第一个时期，2 0 世纪初 至2 0 世纪5 0 年代；第二个时期，2 0 世纪6 0 年代 至2 0 世纪末；第三个时期，2 1 世纪初至现在。 1 ．12 0 世纪初至2 0 世纪5 0 年代 2 0 世纪以前，人类利用的金属主要是金、银、 铜和铅等，含此类金属的矿物密度均较大，易于通 过重选的方法实现目的矿物与脉石矿物分离。然 而，随着工业生产的发展，急需大量的各种工业原 材料供应，单一重选工艺已经远不能满足工业生产 发展的需要。因此，矿石选别工艺技术水平亟待提 高，而浮选法的适时出现大大提高了矿石处理量和 分选效率。这一时期浮选工艺发展的主要特点是生 产规模扩大、浮选基础理论建立和浮选设备开发。 1 ．1 ．1 生产规模扩大E l i 1 8 8 0 年，B r o k e nH i l l 建厂初期，主要采用冶 炼的方法处理氧化矿石。后来，随着氧化矿石减 少，主要是硫化铅、锌、银矿石，用重选的方法分 离铅和银，但是由于锌与脉石矿物密度相近，重选 工艺分离效果不好，后来还尝试过磁选工艺从尾矿 中选别锌，但是效果仍不好。直至1 9 0 2 年，采用 浮选工艺选别锌取得了重大突破。一开始是采用全 油浮选工艺，到1 9 1 3 年，选择性浮选才开始正式 应用，这大大提高了选别效果，生产规模得到了成 倍地增加。 美国K e n n e c o t t 铜业公司C o p p e r t o n 选矿厂 1 9 0 4 年建厂时处理量只有3 0 0t ／d ，主要采用重选 工艺选别铜，1 9 0 8 年和1 9 0 9 年又新建了两座大的 重选厂，处理量达到60 0 0t ／d 。浮选法成功应用于 工业生产后，1 9 2 3 年每个选厂的处理达到4 00 0 0 们，至1 9 2 6 年处理量又达到了5 00 0 0t ／d 。 1 ．1 ．2 浮选理论建立I s , - 3 ] 。 正如D ．W ．F u e r s t e n a u 撰文所述那样，浮选法 并不是起源于理论研究，而是生产经验积累的结 果，大量的理论研究用来解释现有工艺的性能，而 浮选理论的建立是基于实验室试验研究敏锐观察和 分析的结果。 1 9 0 4 年发表的真空一油浮选专利是泡沫浮选认 识的起点，利用矿浆中溶解的空气浮起黏附在油滴 上的矿物颗粒。随后，1 9 0 5 年发表了矿物分离专利， 采用油性起泡剂，通过搅拌使气泡弥散在矿浆中。 1 9 1 9 年，表面化学家朗格缪尔发表了“浮选 表面现象的机理”一文，指出通过油酸的单分子层 吸附可以改变水中固体矿物颗粒的接触角，从而改 变矿物颗粒表面的润湿性。 1 9 2 5 年，科勒尔发现黄原酸盐可以作为硫化 矿物捕收剂，并迅速应用于工业生产，极大地提高 了硫化矿石的浮选效果。自此后，黄原酸盐与硫化 矿物的作用机理成为研究的重点，先后提出了著名 收稿日期2 0 1 3 1 0 2 5 作者简介谭明 1 9 8 5 一 ，男，江西九江人，硕士，助理工程师，主要从事选矿工艺和浮选设备的研究。 万方数据 2 0 1 3 年增刊谭明等浮选工艺流程发展历史与趋势 9 的矿物颗粒表面发生化学反应溶度积假说和矿 物颗粒表面双电层理论等。 随着研究的不断深入，浮选理论清晰地建立起 来。这一时期的研究成果概括成一点而言就是人们 清楚地认识了浮选过程是怎样发生的，即浮选是矿 浆中气泡与矿物颗粒经过碰撞，发生矿化作用后， 矿物颗粒黏附在气泡表面，随气泡浮升至矿浆表 面。通过添加不同浮选药剂，可以调整不同矿物表 面的润湿性，从而选择性地使目的矿物发生矿化作 用，而尽量减少非目的矿物发生矿化作用。因此， 浮选是一个气一液一固相互作用的物理及物理化学 过程。 1 ．1 ．3 浮选设备开发 随着浮选在工业生产中应用，浮选设备的研究 开发也逐渐兴起，很多不同种类的浮选机相继涌 现，但是很快很多浮选设备就被市场淘汰。当时， 应用最广泛的浮选机如M i n e r a l sS e p a r a t i o n 浮选机、 C M l o w 浮选机、F a g e r g r e nW e m c o 浮选机、F a h r e n w a l dD e n v e r 浮选机、米哈诺布尔浮选机和A g i t a i r 浮选机等[ 4 ] 。浮选机单槽容积较小，最大仅为2 ～3 m 3 。因此，浮选工艺流程中浮选机台数众多，选矿 厂占地面积较大。例如，M a g n a 选矿厂拥有10 4 0 台浮选机，其中粗选作业6 1 6 台，扫选作业3 3 6 台， 精选作业1 8 台，另外7 0 台浮选机用于钼分选E l i 。 1 ．22 0 世纪砷年代至2 0 世纪末 随着新发现单一矿体减少，越来越多的矿体呈 多金属复杂嵌布，另外，一些老矿山，随着采矿深 入，矿石性质发生变化，采用简单浮选作业流程已 不能适应工业生产的需要。 1 ．2 ．1 浮选工艺流程复杂化 对于多金属硫化矿的浮选历来是采用传统的优 先浮选流程或混合浮选流程。随着浮选工艺理论和 技术的发展，等可浮流程、异步浮选流程逐渐涌现 并不断发展成熟。 德兴铜矿是一个以铜为主，伴生硫、钼、金、 银等多种有价元素的特大型斑岩铜矿。从1 9 6 5 年 建矿初期至今，在这漫长的生产实践中，浮选流程 不断改进和完善。目前，采用一段全混合开路浮 选、粗精矿再磨、铜硫分离的原则浮选流程，与建 矿初期的一段优先浮选原则流程相比，更适合矿石 性质，提高了精矿品位和选矿回收率[ 5 ] 。 凡口铅锌矿选矿厂自1 9 6 8 年投产以来主要选 矿工艺流程经多次变革，经历了铅锌混选、有氰分 离，无氰粗磨优先，细磨高碱，新型组合药剂快速 浮选四个浮选工艺的发展阶段。目前，生产工艺流 程选别水平达到了国内外同类矿山的先进水平[ 6 ] 。 柿竹园钨钼铋萤石多金属矿，历经数十年科技 攻关，最终确定了以主干全浮流程为基础、以螯合 捕收剂为核心的选别技术柿竹园法，成功地实 现了此类复杂矿石的选别分离，并获得了多项关键 技术创新成果，如钼铋等可浮一铋硫混浮一分离浮 选工艺，黑钨矿和白钨矿混合浮选等[ 7 ] 。 1 ．2 ．2 浮选机种类丰富 浮选机是实现浮选过程的重要设备，浮选机性 能直接影响着浮选工艺指标的好坏。这一时期，浮 选机技术繁荣发展，通过浮选机结构优化设计，市 场上相继推出了更高效的浮选机，可以适应于不同 选矿工艺条件。例如，国内的X C F 浮选机、K Y F 型浮选机、J J F 型浮选机、B F 型浮选机和G F 型浮 选机等，国外的O K 型浮选机、T a n k c e l l 型浮选机、 R S C T M 型浮选机、D o r r O l i v e r 型浮选机和J a m e s o n 浮选机等[ s | 。随着这些技术先进、成熟的浮选机应 用于工业，大大丰富了浮选工艺流程设备配置。 另外，针对粗颗粒和细颗粒浮选回收难问题， 开发了专用粗粒浮选机和专用细粒浮选机。目前， 国内粗颗粒浮选机主要有C L F 型和C G F 型浮选机。 C L F 型浮选机已成功应用于磁选尾矿综合回收铜、 磷和钾盐等。C G F 一2 型浮选机应用于某锂云母分 选，显著提高了0 ．2m m 以上粗颗粒的回收率[ 9 ] 。 对于细粒浮选回收，浮选柱的出现，显著改善 了微细粒矿物的浮选效果，尤其是对于小于2 0 斗m 矿物颗粒。一般而言，浮选柱对于微细粒的分选效 果比浮选机好。然而，M I N 公司研制的J a m e s o n 浮 选机和M i n n o v e x 浮选机对微细粒矿物颗粒同样具 有很高的选别效果。例如，X s t r a t a 公司应用I s a 磨 机- J a m e s o n 浮选槽组成的浮选工艺回路，I s a 磨机 产出‰1 2 恤m ，由于采用非铁质惰性磨矿介质， 可以产出清洁的矿物颗粒表面，然后配置J a m e s o n 浮选槽快速浮选，提高了微细颗粒矿物浮选分离效 果，与常规球磨机一浮选机流程相比，精矿铅回收 率提高5 ％，铅品位提高5 ％。另有研究表明， 当磨矿细度氏1 0 m 以下时，磨矿细度每减少 1 斗m ，锌回收率提高1 ％[ m ] 。 1 ．2 ．3 浮选机大型化 为适应矿石品位下降，处理量增加，选矿成本 不断提高，随之而来大规模选厂的兴建必须大幅提 高浮选机的处理能力。在保证工艺性能和槽体内固 体矿物颗粒悬浮的同时，使用大型浮选机的浮选工 万方数据 1 0 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年增刊 艺流程的好处包括降低能耗、减少选矿厂占地面 积、简化操作管理和减少维护成本等。浮选机大型 化经历了相当长的一段发展时期，浮选机单槽容积 的发展历程见图1 。 ’ 、 娶 枯 罨 则 处 年份 图1浮选机单槽容积的发展历程 从图1 ，不难发现，在相当长的一段时间内，浮 选机大型化发展速度缓慢，而进入2 0 0 0 年后，浮选 机大型化发展迅速。目前，单槽容积大于3 0 0m ，浮 选机已在国内外多个选矿厂安装应用。例如，2 0 0 9 年，中铝秘鲁T o r o m o c h 项目采购了B G R I M M 公司 生产的2 8 台3 2 0m 3 浮选机。2 0 0 9 年，F LS m i d t h 生 产的两台S u p e r C e l l s T M 一3 0 0 在美国K e n n e c o t tC o p p e a o n 选矿厂进行了工业试验，并成功应用在铜钼 混浮流程。2 0 1 3 年，中国黄金乌山二期安装了 B G R I M M 公司生产的2 8 台3 2 0m 3 浮选机也已正式 投人生产。 浮选机单槽容积最大多少合适，业内仍没有形 成共识。然而，应用大型浮选机伴随而来的矿浆短 路概率增加和槽体深度增加而导致粗粒级回收率不 高的事实，这些都是必须加以重视的问题。因此， 即便对于大型选矿厂，在考虑选用大型浮选机时， 也不一定是单槽容积越大越好。另外，还有一点需 指出的是，大型浮选机对于一些复杂难处理矿石分 离工艺流程并不适用。 1 ．32 1 世纪初至现在 出于工业生产环保节能和选厂管理水平要求越 来越高，为了得到更好的选别指标，一方面，采用 自动化控制程度更高的浮选机，实现了浮选作业精 细化管理水平，从而大大降低了劳动强度，改变了 传统凭借操作经验为主的浮选作业控制方式；另一 方面，浮选动力学研究重新引起人们的重视，重点 关注矿物浮选速率与矿物性质和浮选设备性能参数 的关系。 例如，现在大型浮选机都配置了液位自动控制 系统，通过P L C 触摸屏，实现在线检测和操作， 并提高了控制精度，有利于选别指标的提高。 M e t s o 公司研制的V i s i o F r o t 装置能够监测泡 沫层的移动速度、泡沫层表面气泡尺寸和分布情 况、泡沫层颜色和气泡的矿化程度等，然后根据这 些测量数据来编制工艺过程自控系统。如今，在世 界范围内2 0 多家选矿厂成功应用了5 0 0 套，提高 了金属回收率[ 12 | 。 早期，浮选动力学研究主要偏重于工艺条件变 化和矿石性质变化对浮选速率的影响。目前，以 “P 9 ”项目成立的研究团队，经过数十年的研究， 终于在近些年来成功推出了商业化的浮选过程优化 与模拟软件“J K S i m F l o a t ”。该研究成果是基于浮选 速率与矿物的可浮性、泡沫回收率和气泡表面积通 量相关[ 13 | 。此软件用于R e dd o g 选厂诊断浮选工 艺流程在生产过程中存在的问题时效果较好[ 1 引。 2 浮选工艺流程发展趋势 自浮选工艺应用于工业生产，距今已超过1 0 0 年，浮选工艺技术逐渐发展成熟，已经成功应用于 有色金属、黑色金属、稀贵金属、水处理、生物分 离及其他各方面。随着世界范围内矿石资源不断贫 化、粒度嵌布细和共生关系复杂等因素，同时社会 对于清洁和节能生产的要求，浮选工艺流程面临着 更为严峻的挑战。因此，浮选工艺技术未来发展应 加强以下方面的研究。 1 继续加强浮选理论研究，借鉴其它学科的 发展，深入微观认识气泡、矿物颗粒和药剂的作用 机理。如此，可以针对性地设计选择性好、高效性 的浮选药剂。 2 继续改进浮选机结构设计，尤其是对于叶 轮一定子结构的优化，提高矿浆和气泡的搅拌和分 散均匀程度，减少大型浮选机短路概率，同时进一 步降低功耗。 3 继续提高浮选工艺过程控制水平，虽然目 前工业生产已成功应用了液位自动控制、气量自动 控制、自动加药系统和在线检测分析系统，但是这 些并没有实现系统集成，并且需要更加智能的系统 评价浮选过程各种影响因素的作用。 参考文献 [ 1 ] L y n c hAJ ，H a r b o r tGJ ，N e l s o nMG ．H i s t o r yo fF l o t a t i o n [ J ] ．A u s t r a l i a T h eA u s t r a l a s i a nI n s t i t u t eo fM i n i n ga n d M e t a l l u r g y ，2 0 1 0 ． [ 2 ] 胡为柏．浮选[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 9 0 ． 万方数据 2 0 1 3 年增刊谭明等浮选工艺流程发展历史与趋势 1 1 [ 3 ] D ．w ．富尔斯特瑙．浮选百年[ J ] ．国外金属矿选矿，2 0 0 1 3 2 - 9 ． [ 4 ] 沈政昌．浮选机发展历史及发展趋势E J ] ． 矿部分 ，2 0 1 1 增刊 3 4 - 4 6 ． [ 5 ] 陈秋兰．德兴铜矿浮选流程沿革评述[ J ] ． 矿部分 ，2 0 0 4 1 2 4 2 7 ，5 ． 有色金属 选 有色金属 选 [ 6 ] 宣道中，刘侦德，戴晶平．凡口铅锌矿分选工艺发展三十 年[ J ] ．有色金属，1 9 9 8 ，5 0 增刊 1 3 2 3 ． [ 7 ] 孙传尧，程新潮，李长根．钨铋钼萤石复杂多金属矿综合 选矿新技术柿竹园法[ J ] ．中国钨业，2 0 0 4 ，1 9 5 8 - 1 3 ． [ 8 ] 沈政昌．浮选机理论与技术[ M ] ．北京冶金工业出版 社，2 0 1 2 ． [ 9 ] 余悦，董干国，杨丽君．C G F 一2 型宽粒级机械搅拌式浮 选机工业试验研究[ J ] ，有色金属 选矿部分 ，2 0 1 3 4 6 9 - 7 3 [ 1 0 ] A ．A ．w 乌明森．I s a 磨机一J a m e s o n 浮选槽回路可提供快 速无铁污染浮选工艺[ J ] ．国外金属矿选矿，2 0 0 6 1 1 2 4 ，4 4 ． [ 1 1 ] 李长根．澳大利亚蒙特艾萨锌铅银铜矿山[ J ] ． 矿产综合利用，2 0 1 2 5 6 4 6 9 ． [ 1 2 ] A ．A ．拉符利涅科等．浮选设备的生产现状与主要发展 方向[ J ] ．国外金属矿选矿，2 0 0 7 1 2 4 - 1 2 ． [ 1 3 ] ，H a m sMC ．T h eu s eo ff l o t a t i o np l a n td a t at os i m u l a t e f l o t a t i o nc i r c u i t s ，i nP r o c e e d i n g so fS A I M MM i n e r a l P r o c e s s i n gD e s i g nS c h o o l [ J ] ．J o h a n n e s b u r g ，1 9 9 8 9 3 - 4 ． [ 1 4 ] R u n g eKC ，H a r r i sMC ，F r e wJA ，e ta 1 ．F l o a t a b i l i t y o fS t r e a m sA r o u n dt h eC o m i n c oR e d D o g L e a d C l e a n i n gC i r c u i t ．S i x t h M i l lO p e r a t o r ’C o n f e r e n c e [ MJ ． A u s t r a l i a A u s t r a l a s i a nI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ， 1 5 7 - 1 6 3 ， ／兮 ／夺 ／孓 ．／≯ ／≯ ．／玉 ／孓 ／夺 ／≯ ／舍 ／仝 ／夺 ／孓 ／夺 ／斗 ／兮 ／佘 ／玉 矗、 ／仝 ／昏 ‘、 ／＼ ／乱 厶＼ ／i ＼ ／佘 石卜 ／乱 ／八 ／乱 ／乱 ／乱乡拿 上接第7 页 E n g i n e e r i n g ，2 0 1 1 ，2 4 3 ／4 1 8 1 1 8 7 ． [ 1 7 ] F a r b e rBY ，D u r a n tB ，B e d e s iN ．E f f e c to ft h em e d i a s i z ea n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so nm i l l i n ge f f i c i e n c y a n d m e d i a c o n s u m p t i o n [ J ] ．M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ， 2 0 1 1 。2 4 3 ／4 3 6 7 3 7 2 ． [ 1 8 ] A n d e r s o n lGS ，S m i t hDT ，S t r o h m a y rSJ ．I s a M i l l T M t e c h n o l o g y i nt h ep f i m a r y 刚n d i n gc i r c u i tlc ] ／／M a j o r K ，F l i n t o f fBC ，K l e i nB ，e ta 1 ．P r o c e e d i n g so f a n I n t e r n a t i o n a lC o n f e r e n c eo n A u t o g e n o u sG r i n d i n g ， S e m i a u t o g e n o u sG r i n d i n g a n dH i g hP r e s s u r e G r i n d i n g R o l lT e c h n o l o g y2 0 11 ．V a n c o u v e r 。C a n a d a ，2 0 11 1 - 1 4 ． [ 1 9 ] S i n n o t tM ，C l e a r yPW ，M o r r i s o nRD ．S l u r r yF l o w i nat o w e rm i l l [ J ] ．M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 1l ，2 4 2 1 5 2 1 5 9 ． [ 2 0 ] S i n n o t tMD ，C l e a r yPW ，M o r r i s o nRD ．I sm e d i a s h a p ei m p o r t a n tf o rg r i n d i n gp e r f o r m a n c ei n s t i r r e d m i l l [ J ] ．M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 11 ，2 4 2 1 3 8 1 5 1 ． [ 2 1 ] 郑描，刘威．V T M 立磨机在银山选矿厂的应用[ J ] ． 有色设备，2 0 1 3 2 3 8 - 4 0 ，6 4 ． [ 2 2 ] A r b a i nR ，O t h m a nM ，P a l a n i a n d yS ．P r e p a r a t i o n o f i r o no x i d e n a n o p a r t i c a l sb y m e c h a n i c a l m i l l i n gl JJ ． M i n n i n gE n g i n e e r i n g ，2 0 11 ，2 4 1 1 - 9 ． [ 2 3 ] 武东卫，李志波，任云鹏，等．废钢破碎机的理论研 究与设计计算[ J ] ．矿山机械，2 0 1 2 ，4 0 9 7 2 7 6 ． 万方数据