细粒矿物浮选技术和高效浮选柱研究进展-.doc

Series No.426 December2011金属矿山 METAL MINE 总第426期 2011年第12期 赵培培1989,女,硕士研究生,221008江苏省徐州市中国矿业大学南湖校区。 细粒矿物浮选技术和高效浮选柱研究进展 赵培培曹亦俊 中国矿业大学化工学院 摘要在分析细粒矿物浮选特性的基础上,综述了载体浮选、絮凝浮选、生物浮选、综合力场浮选等近年来应用广泛的新型细粒矿物浮选技术,并介绍了Jameson浮选柱、充填式浮选柱、旋流－静态微泡浮选柱这3种高效细粒矿物浮选柱,最后对细粒矿物浮选技术今后的研究方向进行了展望。 关键词细粒矿物浮选技术浮选柱研究方向 Study Status of Flotation Technology and High Effective Flotation Columns for Fine Mineral Zhao Peipei Cao Yijun School of Chemical Engineering and Technology,China University of Mining and Technology Abstract On the basis of analyzing the property of fine mineral flotation,some flotation technologies for fine mineral which are used widely in recent years are briefly described,such as,carrier flotation,agglomerate flotation,biological flo-tation,comprehensive force-field flotation etc;and three kinds of high effective flotation columns for fine mineral,Jameson flotation column,packed flotation column,and cyclonic-static microbubble flotation column,are introduced.Finally,the future study direction of flotation technology for fine mineral is prospected. Keywords Fine mineral,Flotation technology,Flotation column,Study direction 随着人类的不断开采,矿石资源日趋贫、细、杂化,细粒浮选问题显得越来越突出。据报道,全世界每年约有1/5的钨、1/3的磷、1/6的铜以及1/10的铁美国、1/2的锡玻利维亚损失在细泥中[1],而我国作为一个矿石资源消耗大国,每年因为矿物粒度过细无法选别而造成的损失更是相当惊人,因此加强对细粒矿物浮选技术的研究具有重要的现实意义。 1细粒矿物浮选特性 1细粒矿物在矿浆中的动量小,与气泡碰撞的几率低,难以克服与气泡之间的能垒而黏附于气泡表面,从而导致细粒矿物浮选速率和回收率低下。 2细粒矿物的大表面积和高表面能易造成目的矿物与脉石矿物之间非选择性团聚严重,影响浮选的选择性,同时会对药剂发生非选择性吸附,使浮选药剂的用量加大。 3细粒矿粒在水介质中溶解度较大,造成矿浆中离子增多,浮选矿浆溶液化学作用行为复杂,从而使浮选过程难以控制。 4细粒矿物的表面电性对浮选也有干扰作用,主要表现为矿粒罩盖和微粒互凝,这也会恶化浮选指标。 因此,对细粒矿物浮选的研究主要是着眼于以下两个方面 1提高矿粒与气泡接触及选择性附着的几率,以增强气泡与疏水性矿粒之间的矿化作用,提高目的矿物的回收率。 2抑制矿粒在气泡上的无选择性非接触黏着,克服脉石矿粒的夹杂问题,提高精矿品位。 2细粒矿物浮选技术研究进展 2.1载体浮选 载体浮选方法又称背负浮选,通过增大矿物颗粒尺寸来提高精矿回收率,其基本原理是向微细粒悬浮体系中添加适宜粒度的粗颗粒作为载体,在表面活性剂及剪切力场等动力学因素的共同作用下使细粒矿物附着有粗粒载体上,形成疏水性聚团,然后再用常规泡沫浮选法回收。根据所采用载体类型的不同,通常可将载体浮选分为同类载体浮选和异类载体浮选两种。其中异类载体浮选由于载体的制备 87 和分离比较困难,所以没有同类载体浮选应用广泛,一般只用于精选阶段脱除含量较少的脉石矿物。 国内外学者都对载体浮选技术进行了大量的研究,证明载体浮选法对细粒矿物的浮选效果远远优于常规浮选法。邱冠周等发现,载体浮选可使－5μm赤铁矿的浮选回收率大大提高[2];S.科尔等用载体浮选法从高岭土中分离明矾石的研究结果表明,载体浮选工艺优于传统浮选工艺,在优化条件下可以获得精矿SO 3 含量为1.03、高岭土回收率为57.95的优良指标[3];郭建斌对东鞍山－10μm粒级赤铁矿进行的载体浮选试验中,获得了精矿铁品位64.20、回收率90.76的分离指标[4]。 2.2絮凝浮选 絮凝浮选方法有多种,其中应用较为广泛的是选择性絮凝浮选和剪切絮凝浮选。二者的基本思想都是通过选择性地聚集细粒疏水矿物以增大“表观直径”,使疏水矿物粒度达到能够用常规方法有效地予以分选。 选择性絮凝浮选一般是通过向调整剂调整后的稳定分散的矿浆中添加高分子絮凝剂,选择性地絮凝其中某种细粒矿物,使其形成尺度较大的絮团而与其他仍处于分散状态的组分分离,达到分选细粒矿物的目的。 剪切絮凝浮选理论首先是由澳大利亚的War-ren教授在研究油酸钠溶液中细粒白钨矿的絮凝现象时提出的,其基本思想是在细粒悬浮体系中加入表面活性剂,然后通过高速搅拌产生足够大的剪切力,使吸附有表面活性剂的细粒矿物水化膜破裂而相互聚集成团,从而增大其表观直径,再用泡沫浮选法将絮片浮出。 国内外对絮凝浮选的研究也比较多。王怀法等人对高灰极难选煤泥的试验结果表明,选择性絮凝浮选是这种煤泥的一种有效分选方法,其分选效果优于常规浮选[5];英国的R.D.帕斯科和E.多尔蒂研究发现,超细赤铁矿在浮选之前先进行剪切絮凝,可显著提高浮选回收率[6];戚家伟等对极细粒煤的试验研究表明,选择性双向絮凝脱硫降灰可以获得灰分小于1的超低灰精煤,可燃体产率最高可达94.57,脱灰率为77.49,脱硫率达到87.00[7]。 2.3生物浮选 所谓生物浮选Bioflotation,是将微生物技术与传统的浮选工艺结合起来用于处理各种细粒难选矿石的一种技术。由于某些微生物含多种极性基团和非极性基,而且其表面具有很高的电负性,所以,通常所说的生物浮选更多地是将微生物作为一种新型浮选药剂,用微生物本身直接或其代谢产品间接与矿物表面发生作用,来提高浮选性能。 生物浮选国内外都有研究,属于一种新兴的具有安全、环保、低耗和高效等优点的浮选技术。N.A.阿布德尔－克哈吉克等对使用生物浮选法从沉积型磷酸盐矿石中分离碳酸盐的可能性进行了研究,结果发现使用油酸作为捕收剂的常规浮选结果不如有细菌存在时的浮选结果那么好[8];周桂英等利用微生物絮凝剂处理煤泥水的试验研究表明,草分枝杆菌对煤泥水具有较好的净化效果,可使煤泥水的各项指标均达到国家排放标准,并可回收煤泥水中的可燃物质[9];T.R.霍西尼用氧化亚铁硫杆菌对Sarcheshmeh铜矿石进行的生物浮选试验结果表明,有氧化亚铁硫杆菌存在时,黄铁矿的回收率比不存在这种细菌时低50个百分点,从而证实了这种细菌对黄铁矿的抑制效果[10]。 2.4综合力场浮选 所谓综合力场浮选是指在浮选过程中引入其他的能场来改变细粒矿物的物性,以求得到较好的浮选效果,典型的有引入离心力场的离心浮选法,引入磁场的疏水磁种浮选法、引入电场的电浮选法等。 已被大量试验证明能够高效快速浮选细粒物料的气浮水力旋流器就是一种新型的在浮选中引入离心力场的离心浮选设备,它将离心分离和加气浮选相结合,使高速旋转的矿浆与气泡发生碰撞剪切运动,强化了疏水性目的矿物与气泡的矿化作用,有利于克服细粒矿物的非选择性团聚及脉石矿粒在气泡团中的夹杂,从而达到强化细粒浮选的目的[11];付丽珠等研究发现,磁浮联合力场能促进药剂在矿物表面的吸附和矿物表面疏水性组分的转化,有利于降低泡沫黏度,减少泡沫夹带并提高目的矿物的浮选速率[12];朱红等用金属腐蚀电偶法强化煤的浮选脱硫过程,结果表明,该法能使煤和黄铁矿颗粒表面朝不同的方向改性,从而提高煤的可浮性,降低黄铁矿的可浮性,在较优试验条件下,脱硫率可达61.39,并能脱出部分有机硫,而且其脱硫条件比较温和[13]。 3高效细粒浮选柱研究进展 浮选柱因其对细粒级物料的高分选性而在浮选领域取得了长足发展,在细粒级物料处理方面一直 97 赵培培等细粒矿物浮选技术和高效浮选柱研究进展2011年第12期 占有很稳定的地位。20世纪80年代以来的第2次浮选柱研究热潮使得一批新型浮选柱应运而生,在充气、 矿化、分离方式上都有很大改进和变革,更有利于细粒物料的分选。3.1 Jameson 浮选柱 澳大利亚的Jameson 射流浮选柱以其浮选效果好、柱体短和独特的充气矿化技术而备受青睐,为细粒物料的分选带来福音。如图1所示,它的工作原理是将调整好药剂的加压矿浆0.1 0.15MPa 用泵经给料管由浮选柱顶部打入下导管的混合头内,经过喷射嘴后形成射流而产生一个负压区,利用卷吸作用携带周围空气随矿浆一起注入下导管。在下导管中,气体被粉碎成微小气泡,同时在射流的搅拌作用下,固、液、气三相充分混合,实现气泡的矿化。然后,三相混合流从下导管底部进入分离柱内,矿化气泡携带所捕集的目的矿物上升到柱体上部的泡沫层,经冲洗水精选后从浮选柱顶部溢流进入精矿溜槽,尾矿则从浮选柱底部排出。充气搅混装置是Jameson 浮选柱独特而又关键的部件,它采用了射流泵的原理,在把加压矿浆的压能转化成动能的同时,在密封套管内形成负压区,并由空气导管吸入空气,使矿粒在下导管的高度紊动流体作用下与气泡碰撞完成矿化,省去了常规浮选柱的捕集区高度,使得浮选柱高度大大降低 。 图1Jameson 浮选柱[14] 1给料泵;2矿浆水平控制器;3压力传感线;4给水管;5供气管;6给料管;7混合头;8下导管;9冲洗水分配器;10精矿溜槽 Jameson 浮选柱虽然有其独特的优势,但也不能回避它自身存在的缺陷。由于它只是通过给料充 气,没有中矿循环,没有搅拌作用或离心运动所引起的直接紊动或剪切运动,也没有常规浮选柱所具有 的矿浆流与气流逆向运动所引起的搅动, 完全处于静态分选状态,影响了精矿的回收,尾矿也必须经过多级反复再选才能保证得到合理指标, 所以在我国未得到广泛的应用。在吸收Jameson 浮选柱先进的充气矿化装置的基础上,考虑到上述不足,张立明、周凌锋等在实验室条件下将Jameson 浮选柱的给矿改为从浮选槽体下部锥形漏斗给入,并增加了中矿选别系统。试验证明改良后的Jameson 浮选柱可获得较好的浮选指标。但是到目前为止,该新型高效细粒浮选柱只进行了实验室试验,还需要通过扩大试验做更深入的研究[15-16] 。 3.2充填式浮选柱 美国密歇根工业大学开发的充填式浮选柱除具 有传统浮选柱的优点外,还克服了传统浮选柱气泡易兼并、 易发生强烈紊流形成翻花等流态问题,并取消了易结垢堵塞的气泡发生器,在细粒物料的浮选领域也受到了追捧。该浮选柱虽然采用传统的逆流矿化方式,但通过在柱内添加充填介质层而具有其独特的优势其一,充填介质造成了许多狭窄而曲折的通道,形成了在柱体内连续分割气体成泡的新型成泡方式,无需专门的微泡发生器,而且使气泡的上升路线增长,增大了气泡与颗粒的碰撞几率和黏附效率;其二,由于充填介质层隔板之间的毛细管作用,使设备可以在采用强有力的泡沫冲洗方式的同时还能保证相对无限高的泡沫层, 这样就有利于克服细粒脉石的夹杂和脉石矿粒与目的矿粒之间的非选择性团聚,可以增强“二次富集”作用,提高精矿品位, 同时也不影响回收率。然而,由于充填材料易堵塞,使得充填材料的效果并不能真正地发挥出来,加上充填材料的造价高,以致影响了这种浮选柱在细粒物料浮选工业上的应用。3.3 旋流－静态微泡浮选柱 在多年对各类浮选方法研究与实践的基础上,中国矿业大学开发了集多种分选方式于一体的对强化细粒物料分选有重要意义的旋流－静态微泡浮选柱。如图2所示,该浮选柱将柱分选段、旋流分离段 和管流矿化段3部分结合起来, 提供了一种提高细粒物料浮选精矿品位和回收率的有效途径柱分选 段位于整个浮选柱的上部,采用逆流碰撞矿化原理,在低紊流的静态环境下进行浮选,在整个分选过程中起到粗选和精选的作用;旋流分离段与柱分选段呈上、下结构连接,形成按密度的重力分离以及在旋 08总第426期金属矿山2011年第12期 流力场背景下的旋流分离,不仅提供了一种高效的矿化方式,而且使浮选粒度下限大大降低,浮选速度大大提高, 其强回收能力在整个分选过程中起到扫选柱浮选中矿的作用;管流矿化段利用射流原理,通过引入气体并将其粉碎成泡而形成的气－固－液三 相体系,在整个分选过程中起到将中矿高度紊流矿化并使其循环的作用 。 图2旋流－静态微泡浮选柱 [17] 大量的试验研究表明旋流－静态微泡浮选柱具有选别效率高、选择性好和分选粒度下限低等特点周晓华等利用旋流－静态微泡浮选柱对某萤石矿进行浮选试验,得到了CaF 2含量大于98的优质萤石矿粉 [17] ;刘亮等利用旋流－静态微泡浮选柱对嵌 布粒度极细的极难选辉钼矿进行浮选试验,在不影响总作业回收率的情况下,将精矿品位大幅度提高达40个百分点左右 [18] ;马子龙等利用旋流－静态 微泡浮选柱对金川铜镍尾矿进行再选试验,获得了回收率为12.53、品位为3.763的镍,同时可回收品位为2.351的铜[19] ;等等。这些研究成果显 示了旋流－静态微泡浮选柱在细粒矿物浮选方面广 阔的应用前景。 4细粒浮选技术今后的研究方向 细粒浮选技术在未来很长一段时间内仍然将是 选矿界的研究热点及难点, 研究方向也会更加多元化,其中比较重要的将有以下几个方面 1细粒矿物浮选前的预处理研究将会不断加强。主要是选择性增大目的细粒矿物的“表观直径” ,以使其能够用常规浮选工艺高效选出。2新型高效细粒矿物浮选药剂的研究和开发将会不断深入。细粒矿物造成浮选环境变化复杂,用常规浮选药剂难以获得好的浮选效果,因此研究适合于细粒矿物浮选的新型药剂将会成为细粒浮选技术研究的重点之一。 3高效细粒矿物浮选设备将会不断完善。改 进浮选设备,使其有利于增大气泡与疏水性矿粒之间的碰撞几率和黏附效率, 同时克服脉石矿粒夹杂问题, 将是今后提高细粒矿物浮选效率的重要途径。4对细粒矿物浮选矿浆物理化学特性及动力学特性的研究将会不断突破。深入了解这些特性,有助于使细粒矿物浮选技术研究获得微观角度的指导和理论上的帮助。 参 考文献 [1]尚 旭,张文彬,刘殿文,等．微细粒矿物的分选技术及设备探 讨[ J ]．矿产保扩与利用,2007131-35．[2]邱冠周,胡岳华,王淀佐．微细粒赤铁矿载体浮选机理研究 [J ]．有色金属,1994,46423-28． [3]科尔S ,等．从高岭土中载体浮选明矾石[J ]．国外金属矿选 矿, 2001,38942-45．[4]郭建斌．东鞍山赤铁矿载体浮选试验研究[J ]．矿冶工程, 2003,23329-31． [5]王怀法,湛含辉,杨润全．高灰极难选煤泥的絮凝浮选试验研 究[ J ]．选煤技术,2001117-18．[6]帕斯科R D ,多尔蒂E．用油酸钠对赤铁矿进行剪切絮凝和浮 选的研究一[J ]．选矿技术, 1999141-44．[7]戚家伟,朱书全,解维伟,等．极细粒煤选择性双向絮凝脱硫降 灰实验研究[J ]．中国矿业大学学报, 2005,342156-159．[8]阿布德尔－克哈吉克N A ,等．从磷酸盐矿石中生物浮选含碳 杂质的优化[J ]．国外金属矿选矿,2008,44834-37．[9]周桂英,张 强,曲景奎．利用微生物絮凝剂处理煤泥水的试 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