铝土矿柱浮选泡沫稳定性与分选效果关系的研究.pdf

中图分类号 U D C 硕士学位论文 学校代码 Q 三三 密级公珏 铝土矿柱浮选泡沫稳定性与分选效果关系的研究 S t u d yo nt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n b a u x i t ec o l u m n f l o t a t i o nf r o t hs t a b i l i t ya n df l o t a t i o np e r f o r m a n c e 作者姓名 学科专业 研究方向 学院 系、所 指导教师 张文才 矿业工程 矿物加工工程 资源加工与生物工程学院 欧乐明教授 答辩委员会主席 中南大学 二O 一三年七月 万方数据 学位论文原创性声明掣删 本人郑重声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研 究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特N , D N 以标注和致 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得中南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均己在论文中作了明确 的说明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 作者签名墨堂童盈 日期之里g 年上月堡日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解中南大学有关保留、使用学 位论文的规定即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版；本人允许本学位论文被查阅和借阅；学校可以 将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 复印、缩印或其它手段保存和汇编本学位论文。 保密论文待解密后适应本声明。 作者签名 至兰塞茎 日期吐年王月堡曰 翩签名础 日期4 年上月』绸 万方数据 摘要 铝土矿柱浮选泡沫稳定性与分选效果关系的研究 摘要泡沫层稳定性和浮选效果密切相关，研究各种因素对泡沫层稳 定性的影响规律，以及泡沫层稳定性和铝土矿柱浮选效果的关系，对 于提高浮选柱的分选性能和铝土矿资源的利用率具有重要意义。 论文以动态泡沫层稳定性参数和浮选水回收率表征泡沫层稳定 性，在气．液两相体系和气．固．液三相体系下研究了各种浮选条件对泡 沫层稳定性的影响规律，以及铝土矿柱浮选泡沫层稳定性和分选效果 的关系。 系统揭示了浮选柱中表观气速、表观液速、起泡剂种类和浓度、 电解质种类和浓度等因素与两相泡沫稳定性的关系规律。起泡剂浓度 越大，表观气速越高，组成电解质离子水化程度越强，两相泡沫层越 稳定。 铝土矿柱浮选三相泡沫稳定性的影响因素有表观气速、浮选浓 度、磨矿细度、油酸用量、碳酸钠用量、六偏磷酸钠用量等。铝土矿 柱浮选时，铝土矿浮选泡沫层稳定性随表观气速、颗粒浓度、油酸用 量、碳酸钠用量的增加而增加。 铝土矿柱浮选中泡沫层稳定性影响分选效果；通过调整柱浮选泡 沫层的稳定性，对铝硅比1 ．6 5 的原矿，一次柱浮选获得了铝硅比6 ．0 7 ， 回收率为5 1 ．2 4 ％的分选指标。图4 5 个，表1 2 个，参考文献6 5 篇。 关键词浮选柱；铝土矿；泡沫层；稳定性；分选效果 分类号T D 9 2 3 万方数据 S t u d yo nt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n b a u x i t ec o l u m nf l o t a t i o n f r o t hs t a b i l i t ya n df l o t a t i o np e r f o r m a n c e A b s t r a c t T h ef l o t a t i o nf r o t h i s s t r o n g l y r e l a t e dw i t ht h ef l o t a t i o n p e r f o r m a n c e ．T h es t u d yo nt h ef a c t o r si n f l u e n c i n gt h ef r o t hs t a b i l i t ya n d i t si n f l u e n c eo nt h es e p a r a t i o no fr e a lo r e sp a v e st h ew a yf o rt h ec o l u m n o p e r a t i o no p t i m i z a t i o na n db a u x i t er e c o v e r ye n h a n c e m e n t ． U s i n gd y n a m i cf r o t hs t a b i l i t ya n df l o a t a t i o nw a t e rr e c o v e r ya s 士r o t l l s t a b i l i t yi n d i c a t o r ，t h i sp a p e rs t u d i e dt h ei n f l u e n c eo fd i f f e r e n tf l o t a t i o n p a r a m e t e r so nf r o t hs t a b i l i t yi nb o t ht w op h a s ea n d t h r e ep h a s es y s t e m A n df i n a l l y ，t h i sp a p e rd e t e r m i n e dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nf r o t hs t a b i l i t y a n db a u x i t ec o l u m nf l o t a t i o np e r f o r m a n c e ． T h i sp a p e rs y s t e m a t a c i a l l y r e v e a l e dt h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n ‘i a 。 v e l o c i t y ．s u p e r f i c i a ’1i cu i dv e l o c i t y ，f r o t h e rt y p eandsuperficial g a sv e l o c i t ys u p e r t l c l a ll l q U l Ov e l o c i t y I r o m e rt y p ez I I I U ， ， c o n c e n t r a t i o n ．e l e c t r o l y t et y p ea n dc o n c e n 仃a t i o na n dt h ef r o t hs t a b i l i t yi n t w op h a s es y s t e m ．Ah i g h e rf r o t h e rc o n c e n t r a t i o n ，al a r g e rs u p e r f i c i a lg a s ‘ ‘t va n do e r f i c i a ‘’i o u i dv e l o c i t , w e l ls t r o ne ri o nh ydrationvelocity a n ds u p e r t i c l a ll i q u i dv e l o c i t ya sW e l la sas t r o n g e rI o nn y o i “ a t l O I l d e g r e ec a ni n d u c ea m o r es t a b l ef r o t h ． I nt h eb a u x i t ec o l u m nf l o t a t i o ns y s t e m ，t h ef a c t o r sc o n c e m m ga b o u t t h eb a u x i t ef l o t a t i o nf r o t hs t a b i l i t yi n c l u d es u p e r f i c i a lg a sv e l o c i t y ， f l o t m i o nc o n c e n t r a t i o n ，g r i n d i n gs i z e ，o l e i c a c i dd o s a g e ，s o d i u m c a r b o n a t ed o s a g e ，s o d i u mh e x a m e t a p h o s p h a t ed o s a g ea n dS O o n ．T h e f r o t hs t a b i l i t yc a nb ei m p r o v e db yi n c r e a s i n gs u p e r f i c i a lg a sv e l o c i t y ， s o l i d sc o n c e n t r a t i o na n ds o d i u mc a r b o n a t ed o s a g e ． T h ef r o t h s t a b i l i t y w i l li n f l u e n c et h eb a u x i t ec o l u m nf l o t a t i o n p e r f o r m a n c e ．U n d e rt h e m o s ts u i t a b l ec o n d i t i o n s ，t h er a wm a t e r i a l a l u m i n as i l i c ar a t i o1 ．6 2 ，w ec a ng e ta l u m i n ar e c o v e r y51 ．2 4 ％，a l u m i n a s i l i c ar a t i o6 ．0 7f l o t a t i o ni n d e x ．4 5F i g u r e s ，12T a b l e s ，6 5R e f e r e n c e s ． K e y w o r d s f l o t a t i o nc o l u m n ；b a u x i t e ；f r o t h ；s t a b i l i t y ；f l o t a t i o n p e r f o r m a n c e C l a s s i f i c a t i o n T D 9 2 3 I I I 万方数据 硕士学位论文 目录 目录 学位论文原创性声明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I V 1文献综述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 浮选柱的发展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．2 浮选柱特点和分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 ．2 ．1 浮选柱的结构和工作原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 ．2 浮选柱的分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 ．3 浮选柱的特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．2 ．4 浮选柱的操作参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．3 铝土矿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 1 ．3 ．1 铝土矿资源现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．3 ．2 铝土矿浮选研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．3 ．3 浮选柱在铝土矿浮选中的应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 ．4 浮选泡沫层⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。7 1 ．4 ．1 泡沫层的结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 ．4 ．2 泡沫层稳定性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 ．4 ．3 泡沫层稳定性的表征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 1 ．4 ．4 泡沫层稳定性影响因素⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 0 1 ．5 本课题的选题意义及研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 l 1 ．5 ．1 本课题的选题背景及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 1 ．5 ．2 本课题的研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 1 2 实验方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．1 矿样⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．1 ．1 石英矿样⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．12 2 ．1 ．2 铝土矿矿样⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 2 2 ．2 实验设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．3 实验试剂及仪器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l5 2 ．4 研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯16 2 ．4 ．1 两相体系动态泡沫层稳定性测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 6 万方数据 硕士学位论文 目录 2 ．4 ．2 浮选泡沫层含水量测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．16 2 ．4 ．3 浮选水回收率测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 7 2 ．4 ．4 表面张力测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．17 2 ．4 ．5 三相体系泡沫层稳定性和浮选分离效果的研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 8 3 气．液两相泡沫层稳定性影响因素研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 0 3 ．1 泡沫层稳定性测试方法可靠性验证⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 3 ．2 表观气速和起泡剂浓度对泡沫层稳定性的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 3 ．3 起泡剂种类对泡沫层稳定性的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 3 ．4 表观液速对泡沫层稳定性的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 3 ．5 电解质对泡沫层稳定性的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 3 ．5 ．1 不同表观气速下电解质对泡沫层稳定性的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 3 ．5 ．2 不同电解质种类对泡沫层稳定性的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 7 3 ．5 ．3 无起泡剂时电解质浓度对泡沫层稳定性的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 0 3 ．5 ．4 表面力对薄液膜 l O O n m 稳定性的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 3 ．5 ．5 离子水化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 3 3 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 4 4 三相泡沫层稳定性及其与铝土矿分选效果关系研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 4 ．1 石英颗粒对三相泡沫层稳定性的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 5 4 ．2 泡沫层稳定性和铝土矿分选效果关系研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 9 4 ．2 ．1 表观气速⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 9 4 ．2 ．2 泡沫层厚度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 0 4 ．2 ．3 磨矿细度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 3 4 ．2 ．4 浮选浓度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 4 4 ．2 ．5 油酸用量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 5 4 ．2 ．6 碳酸钠用量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 6 4 ．2 ．7 六偏磷酸钠用量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 7 4 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 9 5结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 l 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 2 攻读学位期间主要研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 7 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 8 V 万方数据 硕士学位论文1 文献综述 1文献综述 1 ．1浮选柱的发展 尽管浮选柱最早原型出现在2 0 世纪初的美国【l 】，但第一台具有现代意义的 浮选柱是由加拿大人B o u t i n 和T r e m b l a y 在1 9 6 1 年最早发明的，当时浮选柱具 有结构简单、占地面积小、技术指标好、耗能低、药剂用量低、建设周期短、维 护费用低、操作控制简单等优点，但是由于气泡发生器等技术问题，浮选柱的研 ．究在当时掀起一阵热潮后又迅速冷却下来【2 J 。 2 0 世纪8 0 年代，人们克服了气泡发生器的问题，再一次掀起了浮选柱的研 究热潮，一大批不同特点的浮选柱也应运而生【3 1 ，并且被成功地应用于各种矿石 的工业浮选、再生资源和环境保护等领域。 进入2 1 世纪，由于天然资源贫、杂、细的特点越来越突出，资源浪费已经 成为急需解决的问题。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 ／1 0 的铁、1 ／2 的锡损失在细粒级中。浮选柱由于自身特点，特别适合于微细 粒物料的分选，在所有的浮选设备中，具有很大的优势，很多从事矿物加工的工 作和科研人员都将目光投向了它。 近年来，浮选柱的研究进展主要表现在如下几个方面[ 4 - 6 1 ．． 1 高径比降低。大型浮选柱的显著特点之一就是高径比的降低，这样可以 减少占地面积。 2 充气方式完善。目前大多数浮选柱都采用外置发泡方式，外置发泡装置 。不易堵塞。 3 浮选分离的性能提高，得益于矿化方式的多样化。 相应的，人们对浮选柱技术的研究主要集中在如下几个方面给 1 高效气泡发生技术的研究【卜8 | 。 2 高效充填技术的研究。1 9 8 5 年美国D ．C ．Y a n g t 9 】教授首先研制了充填浮 选柱，这种类型的浮选柱保留了传统浮选柱的所有优点，而且气泡在柱体中由下 至上运动时不易兼并，柱体中流态规整。目前常用的充填方式有筛板充填I l 0 1 、 填料充填‘11 1 和混合充填【1 2 】等。 3 浮选柱数学模型、设计放大研究。任何浮选柱必须从实验室设计、研究 阶段走到工业应用中，这是新型浮现设备研制的必经之路。浮选柱建模方面的研 究，可以实现根据矿石性质和已知的操作参数预测浮选柱的分选指标， 并且对 于浮选柱的自动控制、设计优化具有重要指导意义。越来越多的人从事浮选柱建 模方面研究【1 3 】。但是，到目前为止，人们在浮选柱建模方面的研究仍不成熟， 万方数据 硕士学位论文 1 文献综述 已提出来的浮选柱模型很少是从理论出发，而大多数是依托于浮选经验，这些经 验模型一般分为动力学模型和非动力学模型【14 1 。 1 ．2浮选柱特点和分类 1 ．2 ．1 浮选柱的结构和工作原理 图1 ．1 是国产浮选柱结构示意图。从图中可以看出，一个完整的浮选柱包括 柱体、发泡器、给矿分配器以及其它的辅助设备。矿浆给入浮选柱后，由于均布 器的作用，均匀分布在浮选柱整个横断面上。向下运动的固体颗粒和向上运动的 气泡碰撞，实现颗粒在气泡上的粘附。浮选柱的浮选区高度较大，而且浮选区内 存在一种适合分选的“静态紊流分选环境”，因此回收率较高。浮选柱内的泡沫层 厚度较大，可以添加冲洗水强化二次富集作用，往往一次粗选便可获得高质量最 终精矿1 1 5 J 。 ■7 } ■一 囊精瑞区 、b r l l I 捕收嚣 豢糍 一豢 鐾薹塞i j 鬻瓣j ≯。一 图1 1 浮选柱结构示意图 F i g ．1 1T h ed i a g r a mo ff l o t a t i o nc o l u m n 1 ．2 ．2 浮选柱的分类 按照柱体高度、充气方式、矿化方式的差异，可以对浮选柱做如下分类1 1 6 - 1 8 1 。 1 根据浮选柱柱体高度划分。可以分为高柱型浮选柱和矮柱型浮选柱。 2 根据浮选柱泡沫生产方式划分。浮选柱可以分为空气分割型 如旋流 充气浮选柱 、空气射流型 如C P T 浮选柱 、气．液混合型 如中国矿业大 学研制的旋流．静态微泡浮选柱 等。 3 根据浮选柱泡沫产生方式划分。柱分选设备可分为逆流碰撞矿化型 如 全泡沫浮选柱 、旋流碰撞矿化型 如旋流充气浮选柱 、管流或离心碰撞矿化 万方数据 硕士学位论文1 文献综述 如J a m e s o n 浮选柱 和多种矿化组合型 如中国矿业大学研制的旋流．静微泡 浮选柱 。 1 ．2 ．3 浮选柱的特点 相对于其他浮选设备，浮选柱具有以下优势 1 捕集区较长，泡沫层较厚，浮选效率高。 2 柱内矿浆湍流强度较低，提供“静态分选”环境，可以处理很细的物料。 3 低能耗，低药剂用量，可以节约生产成本。 4 结构简单，基建投资较少，易于实现自动控制和大型化。 表l 一1 为浮选柱与传统浮选机性能差别比较。 ‘ 表1 - 1 浮选柱与常规浮选机性能比较 T a b ．1 1C o m p a r i s o nb e t w e e nt h eP e r f o r m a n c eo fF l o t a t i o nC o l u m na n dF l o t a t i o nM a c h i n e 萎螽 结构原理 工艺操作 蓑规浮选 }j季曩茎茎茎兰大i；垂奚萎攀茎||雾选 耋；墓蓁奏耋囊蓁茎薹重 ，汪、出什、毳篓篓警拌、耄望篓鎏二 ；细N 粒N N 分选N 效, 2 果较次好g 集作用 浮选柱2 3 誓袈雪盏面积少2 3 ；凳鎏萎磊多次分选i ；嚣鬟薹i 爰橐霾i 投资少 、单机占地面积少 、单元柱实现多次分选、 r 一 ”一。。、。。 浮选柱同时具有局限性，主要表现为【3 】 1 在处理难磨或者有用矿物嵌布粒度较细的矿石时，由于有用矿物很难 充分解离，浮选柱无法显著的提高精矿品位，其在这方面的优势无法充分展现。 而且浮选柱主要局限于精选作业。 2 对矿浆化学性质非常敏感。当矿浆中的某些化学组分导致浮选柱内矿 浆粘度较大时，浮选柱泡沫层会非常稳定，二次富集作业减弱，脉石矿物夹杂变 得严重，浮选性能降低 万方数据 硕士学位论文1 文献综述 3 为了提高精矿品位，需要添加冲洗水，增加了水的耗量。气泡发生器 容易损坏。 1 ．2 ．4 浮选柱的操作参数 1 ．2 ．4 ．1 充气量 通常用表观气速 J 。 来表示充气量。J g 与气体分散性质密切相关。J 。增加， 一方面可以增加浮选柱内的气泡数量和气含率，另一方面也会使气泡的尺寸变 大，气泡兼并变得严重【1 9 】。L a p l a n t e [ 2 0 】发现浮选速率常数随着表观气速的增加会 出现极值，它将这种现象归因于气泡表面积通量和气泡尺寸的变化。表观气速增 加矿浆．气泡界面面积增加，因此浮选速率会增加。然而，气泡尺寸也会增加， 气泡和矿粒的碰撞效率降低，浮选速度也会降低。V e r a t 2 1 1 在黄铜矿和黄铁矿浮选 的过程中也观察到类似的现象。这些可以从J a m e s o n 提出的一级浮选速率常数表 达式体现出来。 K 1 ．5 e c J g ／D 6 公式 1 - 1 式中，K 为浮选速率常数，，。为表观气速，D 为气泡直径，E 为捕集率。 同时，在浮选柱所有的参数中，充气量是最敏感的参数，充气速率的变化会 对浮选柱性能产生很大影响。如果充气装置设计的不合理，气休流速太小，发泡 器容易发生堵塞，气体流速太大，发泡器产生的气泡尺寸也会增加；对于配置合 理充气装置的浮选柱，既可以产生较高的气体流速，也可产生大量尺寸较小的气 泡。 1 ．2 ．4 ．2 泡沫层厚度 浮选柱中为了实现有效的分选，矿浆．气泡界面必须保持在一定的水平。界 面太高，泡沫层较薄，精矿品位较低，相反情况下，由于矿粒在矿浆中滞留时问 较短，精矿回收率又会降低【2 2 1 。由于典型的工业用浮选柱的捕集区高度约为1 0 m ， 相对较小的变化 如O ．5 m 对浮选回收率较小，因此，泡沫层厚度的变化主要 是影响精矿的品位。B i s s h o p 指出亲水性颗粒从泡沫层进入矿浆中主要取决于泡 沫滞留时间，而M o y s [ 2 3 】则发现泡沫滞留时间直接与泡沫层高度正相关。较厚的 泡沫层可以为液体和颗粒从气泡表面返回到捕集区提供更长的时间。因此，合适 的泡沫层厚度对于获得理想的浮选效果至观重要。 1 ．2 ．4 ．3 冲洗水速度 冲洗水速度增加，泡沫层中液体含量会上升，气泡兼并降低，可用于气泡附 着的面积增加，同时，高液体含量也会增加泡沫层的厚度，因此，由于气泡和颗 粒间距离增加，颗粒和气泡碰撞的效率降低【2 4 】。因此，不同冲洗水速度既可以 提高浮选回收率也可以降低浮选回收率。F a l u t s u [ 2 5 】指出泡沫回收率在偏析速度超 4 万方数据 硕士学位论文 1 文献综述 过0 ．2 5 c m ／s 时会降低，而V e r a t 2 1 1 通过实验发现在冲洗水速度从O ．0 8 c m ／s 增加到 0 ．1 6 c m ／s 时，浮选整体回收率和泡沫回收率都会增加。总的来说，在兼顾回收率 的同时，加入适量冲洗水，可以强化二次富集作用，提高品位。 1 ．3铝土矿 1 ．3 ．1 铝土矿资源现状 铝为银白色轻金属。有延性和展性。在潮湿空气中能形成一层防止金属腐蚀 的氧化膜。铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅，居第三位，是地壳中含量最丰 富的金属元素。重量轻和耐腐蚀，是铝的两大突出特点。在国民经济发展中具有 不可替代的重要作用，被广泛应用于建筑、制造和包装等各个行业1 26 ‘。铝最主 要的来源就是铝土矿，超过百分之九十五的氧化铝都是用来生产金属铝，其他部 分主要用于一些特殊材料的制备【27 1 。 世界各国铝土矿储量都比较丰富，其中有四十多个国家储量极其丰富。截止 2 0 0 3 年世界已探明的铝土矿储量约为二百三十亿吨。世界有超过百分之七十的 铝土矿分布在几内亚、澳大利亚、巴西、牙买加、印度和圭亚那，而中国的铝土 矿储量位于第七位，约二十三亿吨【2 8 】。世界铝土矿资源中有约百分之八十五左 右为红土型铝土矿，其次为岩溶型铝土矿和沉积型铝土矿。铝土矿的主要矿石类 型为三水铝石、一水硬铝石和一水软铝石【2 9 1 。 我国铝土矿资源的一大特点就是分布比较集中，全国铝土矿资源的百分之八 十七分布在广西、贵州、河南和山西四省，有利于组建铝土矿大型开采冶炼基地 【3 0 J 。我国的铝土矿分为红土型、堆积型和沉积型。其中堆积型铝土矿最多，约 占全部储量的百分之八十八，其次为堆积型铝土矿和红土型铝土矿，分别占百分 之十一和百分之一【3 。此外，我国的铝土矿有几乎一半的储量只能采用坑内开 采，结合沉积型矿产周围岩石不稳定的特点，坑采难度大。我国铝土矿资源中一 水硬铝石型铝土矿居多，属于硅含量高铝含量高铁含量低的难于冶炼的矿石，基 建投资和生产成本均较高【3 2 J 。 1 ．3 ．2 铝土矿浮选研究现状 铝土矿的冶炼方法中，与烧结法和联合法相比，拜耳法可以降低能耗，增加 经济效益。而拜耳法要求冶炼原料的铝硅比在8 以上，有时要在1 0 以上。我国 的铝土矿多属于一水硬铝石型，超过百分之五十的铝土矿铝硅比在7 以下。因此， 在冶炼前，必须采用选矿的方法脱硅，提高铝硅比【3 引。铝土矿脱硅方法分为正 浮选和反浮选两种。 5 万方数据 硕士学位论文1 文献综述 正浮法脱硅比较典型的流程之一就是二十世纪九十年代的“多段磨矿一次选 别”工艺，采用碳酸钠作为p H 调整剂，H Z T 作为矿浆分散剂，H Z Y 作为浮选捕 收剂，最终得到了回收率为8 6 ．4 5 ％、铝硅比为1 1 ．3 9 的铝土矿精矿。张国范等人 采用新型捕收剂R L ，碳酸钠和六偏磷酸钠为调整剂，最终获得铝硅比为1 1 ．1 1 ， 回收率为9 0 ．5 2 ％的铝土矿精矿【3 训。 正浮选脱硅最主要的问题就是精矿产率大，药剂耗量高。而且，吸附在精矿 上的药剂会进一步被转入拜耳工艺中。因此，反浮选脱硅受到越来越多人的青睐。 反浮选脱硅的关键问题是强化硅酸盐矿物的捕收、强化一水硬铝石的抑制和选择 性分散矿泥。 铝土矿反浮选脱硅采用的捕收剂多为阳离子捕收剂，大致可以分为直链烷烃 类捕收剂、胺类捕收剂和铵盐类捕收剂。铝土矿反浮选土归采用的抑制剂大多数 为六偏磷酸钠，当六偏磷酸钠用量较高时，可以选择性的抑制一水硬铝石，除此 之外还有人采用聚丙烯酰胺、氧肟酸淀粉、草酸钠与柠檬酸钠为抑制剂，结果均 较为理想‘3 5 1 。 1 ．3 ．3 浮选柱在铝土矿浮选中的应用 由于浮选柱可以降低能耗和成本，易于实现分选过程自动控制，特别适用于 微细粒物料分选，而且分选性能较高，人们越来越重视浮选柱的研究和应用。尤 其是它能获得比常规浮选机高得多的富集比和回收率，且能有效地处理微细颗粒 物料，使人们对其应用研究深入了一步。周长春1 3 6 J 采用旋流静态微泡浮选柱， 通过一粗一精浮选流程，对中低铝硅比铝土矿进行脱硅试验，研究了药剂用量， 处理量和循环压力等因素对浮选的影响，浮选指标为铝硅比1 0 ．8 5 ，氧化铝回收 率8 0 ．4 3 ％。欧乐明p7 】等人利用微泡浮选柱对河南某中低铝硅比铝土矿进行了实 验室分选研究，分别进行了捕收剂、抑制剂、充气量和淋洗水等条件实验，获得 了精矿铝硅比为1 0 ．2 6 ，氧化铝回收率8 7 ．2 4 ％的实验指标。 目前，铝土矿浮选泡沫稳定性也有人进行研究。冯其明【3 8 】等人研究了起泡 溶液的表面张力、表面粘度、溶液粘度等因素对铝土矿浮选泡沫层稳定性的影响， 并且从排液和气体扩散两个方面总结了泡沫衰变机理。穆枭【3 9 1 采用泡沫半衰期 表征了泡沫稳定性，通过实验发现，与两相泡沫相比，三相泡沫具有更强的稳定 性，一水硬铝石可以降低泡沫稳定性，而且粒度越细这种效果越明显。 很明显，目前国内对铝土矿泡沫的研究主要停留在单纯对泡沫本身来研究， 很少将泡沫稳定性与铝土矿浮选分离的效果联系起来。泡沫结构和泡沫稳定性对 于精矿品位和回收率都有决定性的作用。非常稳定的泡沫很难处理，并且非常稳 定的泡沫在负载有用矿物颗粒上浮的同时，也会夹带着脉石矿物，降低精矿品位。 但是如果泡沫不够稳定的话，在负载有用矿物上浮的过程中，还没进入精矿槽之 6 万方数据 硕士学位论文 1 文献综述 前就已经破损，造成精矿回收率降低。因此，从增加精矿回收率和品位的角度来 考虑，对于任何浮选设备和操作条件都存在一个最佳的泡沫层稳定性以及相对应 的操作条件。这些条件包括，化学条件 起泡剂、捕收剂、p H 调整剂和其它的 调整剂 ，给矿 有用物料和脉石物料 中疏水性颗粒的量，给料颗粒粒度分布， 充气速度，和矿浆粘度。 1 ．4浮选泡沫层 浮选泡沫层对于浮选分离的效果起着重要作用[ 4 0 4 1 】。浮选体系泡沫层在很大 程度上决定了浮选分离的效果，泡沫层的稳定性决定了浮选回收率和产品。由于， 从泡沫层返回到矿浆体系的有用矿物量和矿浆相动力学一起决定了浮选回收率， 因此浮选泡沫层在一定程度上也决定了浮选回收率1 4 2 J 。 1 ．4 ．1 泡沫层的结构 一般来说，在浮选泡沫层体系中可以分为两个区域。当气泡最初进入泡沫层 时，气泡尺寸较小，而且由于大量液体随着气泡进入泡沫层，气含率较低，气泡 多为球形。当气泡继续上升时，由于液体会不断从泡沫层返回到矿浆中，气泡的 结构会发生变化，气泡会由球形变为多边形1 4 3 1 ，多数为十二面体。 多边形区域．气含奉较高，气泡间液膜较薄 球形区域，气含率较低，气泡间液膜较厚 矿浆 图1 _ 2 浮选柱泡沫层结构示意图 F i g ．1 - 2T h es t r u c t u r ed i a g r a mo ff r o t hz o n ei nf l o t a t i o nc o l u m n 1 ．4 ．2 泡沫层稳定性 泡沫运动性和稳定性是浮选泡沫层的两个特性。泡沫运动性包括泡沫从矿浆 ．泡沫层界面到泡沫层上表面的垂直运动，以及向精矿溢流口的水平运动。泡沫 稳定性描述的是泡沫层在运动的过程中气泡发生的过程，包括气泡的破碎、颗粒 的脱附、排液和排脉Ⅲl 。很多理论可以解释泡沫层稳定性，实际上，经过几十 年的发展，人们至少建立起了四种独立的理论【4 3 】。包括表面粘度理论、G i b b s 和 M a r a n g o n i 提出的机械动力学表面弹性理论、薄液膜的表面力理论。 7 ．．．．。．．．●。。◆▲．．．．。。．．。I 排液 气泡上升 万方数据 硕士学位论文 l 文献综述 1 ．4 ．3泡沫层稳定性的表征 泡沫层稳定性的表征方法有很多，但具体应用到工业浮选作业的主要有气体 回收率、水回收率和动态泡沫层稳定性参数。 1 ．4 ．3 ．1 气体回收率 M o y s [ 4 1 1 在1 9 9 4 年首先引入气体回收率的概念，W o o d b u m E 4 5 1 在推导一个结 合泡沫层表面特征和泡沫层动力学的半经验模型时对气体回收率做了进一步定 义。气体回收率，即以非破碎气泡的形式进入到泡沫精矿槽里面的气体占进入浮 选设备全部气体量的比例，是衡量泡沫层稳定性的重要参数，其定义公式如下 【4 6 】 a 生兰竺兰 Q 公式 1 - 2 式中，a 为气体回收率，吁为溢流泡沫速度，l 为溢流泡沫高于溢流口的 高度，L 为溢流口的宽度，Q 为充气速度。 B a n f o r d t 4 7 1 随后采用了一个类似模型将泡沫层的结构和浮选效果联系起来。 他提出固体颗粒和液体在自由流动的泡沫层中向精矿方向的流动速度与泡沫层 的结构相关，尤其是气泡表面积通量。气泡表面积通量 C o b 9 ．0 埘xS b 孝吁h w xw x S b 公式 1 - 3 因此，气体回收率可以定义为 a 肇鱼竺旦竺公式 1 - 14 L ／一一一一 ’厶儿＼。叶， DD 式中，S 和D ，分别为平均气泡表面积和泡沫溢流速度，可以通过图像分析 法获得；f 为溢流泡沫中气体的体积分数；h w 为溢流口处泡沫层高度，九大小 取决于操作条件；W 为溢流口的宽度，W 仅取决于浮选机的结构设计。气体回收 率越高说明泡沫层表面由于气泡破裂而损失的气体量较少，因此，也说明泡沫层 越稳定。 V e n t u r a ．M e d i n a t 4 8 】首先在工业上测试了气体回收率，发现对于单槽浮选作 业，气体回收率随着充气速度的增加而增加。而H a d l e r t 4 9 】却发现随着充气速度的 变化，气体回收率存在极大值，随后，他又确定了气体回收率最大时泡沫层稳定 性和浮选效果的关系。 1 ．4 ．3 ．2 水回收率 8 万方数据 硕士学位论文 1 文献综述 气泡在泡沫层中上升时，气泡表面液膜的厚度是不断变薄的，液体不断的从 气泡表面和泡沫平台区排