浮选柱技术的应用现状及发展方向*

2015-01-17马智敏陈兴华熊道陵

现代矿业 2015年10期

关键词：浮选机微泡选矿

马智敏张辉陈兴华熊道陵

(1.平顶山华兴浮选工程技术服务有限公司；2.江西理工大学冶金与化学工程学院)

浮选柱技术的应用现状及发展方向*

马智敏1张辉2陈兴华1熊道陵2

(1.平顶山华兴浮选工程技术服务有限公司；2.江西理工大学冶金与化学工程学院)

相比传统浮选机，浮选柱具有结构简单、占地面积小、选矿回收率高等优点，可简化选矿工艺流程、提高选别指标、降低生产成本。介绍了浮选柱的结构和工作原理，归纳了目前常见的不同特色浮选柱的工作原理和特点，总结了浮选柱技术在铝土矿、铜矿石、锂辉石、铅锌矿石、黄金、铁矿石、镍矿石、钼矿石、白钨矿等选矿中的应用现状，提出浮选柱充气材料性能的提升、消泡配套设备的研发、浮选过程自动化控制的建立与完善、在二次资源选矿领域的应用等是今后浮选柱的发展方向。最后指出，随着矿产资源日益贫化，浮选柱技术将具有广阔的应用前景。

浮选柱技术选矿研究现状发展方向

随着世界经济的快速发展，矿产资源开采速度迅速提高，储量不断降低，原矿贫化日益严重。加之人们越来越重视对环境的保护，社会对选矿设备提出了更高的要求。1980年以来，高效节能的选矿设备浮选柱成为各矿业大国的研究热点，并成功应用于各矿山选厂的工业生产，以及油水分离和废水处理等环保领域，提高了浮选的经济技术指标[1-3]。我国在上世纪七十年代初对浮选柱技术进行过很多研究，但限于当时选矿技术和相应装备等水平，没有有效解决浮选柱充气方式及气泡发生器材料存在的问题，经常出现气泡发生器堵塞、参数变化敏感等情况，致使选矿指标不稳定，从而制约了浮选柱在我国选矿领域的推广应用[4]。近年来，随着对浮选柱研究的不断深化，其结构和性能等各方面都有了明显提升，使得浮选柱技术逐渐走向了成熟，具有广阔的应用前景[5-7]。

1 浮选柱的结构与工作原理

1.1 浮选柱结构

浮选柱结构简单，主要由柱体和气泡发生装置构成。柱体通常分为矿化区和精选区两部分，见图1。传统的浮选柱通常为细长筒型，一般柱高9～15 m、直径0.5～3.0 m，断面呈矩形或圆形。直径 2 m 以上的浮选柱，多在柱体内沿轴方向安装整流板[8]。

图1 浮选柱结构示意

1.2 工作原理

给矿矿浆从位于柱体上部约1/3处的给矿管给入浮选柱内，压缩空气通过内置于柱体下端的发泡器给入，在柱体内形成大量的微小气泡。另外在泡沫堰上部设置冲洗水，用于冲洗泡沫中夹带的脉石矿物，提高浮选泡沫产品的品位。矿浆在浮选柱内受到重力作用向下运动，与气泡发生器产生的缓慢上升的气泡接触，被表面活性剂作用后，其中表面疏水性矿物就会黏附在气泡表面，随气泡上浮至精选区，泡沫夹带的一些脉石矿物经冲洗水作用后脱落于精选区或泡沫区，精矿泡沫则自溢到精矿槽中。而矿浆表面的亲水性矿物则随矿浆从尾矿口排出。

浮选柱经过近50年的不断发展，整体结构不断发生变化。目前设备高度由开始的10 m已下降到5 m以下，充气方式也呈现多样化发展，气泡发生装置进一步优化，并出现了一大批各具特色的浮选柱。

目前已开发出具有不同特色的浮选柱，包括常见的传统浮选柱(Bourin浮选柱)、FCSMC浮选柱、CPT浮选柱、充填式浮选柱、Jameson浮选柱、旋流器式浮选柱、多层段浮选柱、无传动微泡浮选槽，全泡沫浮选柱，KYZ型浮选柱等[9-17]。浮选柱应用范围大，早已从最初的煤矿等领域逐渐拓展到金属矿领域，并且在逐步优化和完善其在各个矿物领域浮选。常见的浮选柱及其工作原理和特点见表1。

表1 常见的不同特色浮选柱的工作原理及特点

2 浮选柱技术的应用现状

浮选柱结构简单、占地面积小，安全节能，无机械运动部件、浮选动力学稳定，气泡相对较小、分布均匀，气泡-颗粒浮选界面大，适用于微细粒矿物的选别，并且易于实现生产自动化和设备大型化。浮选柱能有效降低浮选作业次数，简化浮选流程，且具有浮选药剂用量少、选矿指标好、浮选速度快、便于引入其他力场以强化分选等优点[18]。浮选柱技术在有色金属、黑色金属及黄金等选矿领域得到广泛应用。

2.1 在铝土矿选矿中的应用

铝土矿资源的不断开发利用，贫化现象日渐突出，高铁、高硅、嵌布粒度细是当前我国铝土矿选矿厂面临的一大难题。铝土矿采用传统浮选设备正浮选存在着精矿产率高、泡沫量大等缺点，浮选效果不理想，尤其在处理贫杂矿石时比较困难。浮选柱自身特点恰能解决该问题，并早有成功应用实例。

平顶山华兴浮选工程技术服务有限公司和郑州轻金属研究院联合开发的无传动微泡浮选槽已成功应用在铝土矿正浮选中，先后在河南、山西等地铝土矿选厂投产。采用浮选机和浮选柱联合浮选工艺，大大缩短了选矿工艺流程。在处理低品位高铝硅比的铝土矿时，无传动微泡浮选槽解决了低品位、高铝硅比的铝土矿浮选时微细粒矿物的分离富集问题，节省了大量药剂。对河南某铝土矿进行工业浮选试验，采用一段磨矿细度-0.074 mm占84%时，在原矿氧化铝品位仅57.50%、铝硅比4.20时，运行稳定期间获得精矿铝硅比6.83、氧化铝回收率85.47%浮选指标。采用两段磨矿—浮选(磨矿细度-0.074 mm占88%)原则流程，在原矿氧化铝品位仅为57.30%、铝硅比4.26时，获得精矿铝硅比7.13，氧化铝回收率85.23%的浮选指标。无传动浮选槽和浮选机的联合使用，节能降耗作用明显。相比单一使用浮选机设备，进而节能约30%、降低捕收剂用量约40%，有利于低成本生产。

2.2 在铜矿石选矿中的应用

铜矿石通常伴生有金、银、铅、锌等有价金属，性质复杂。如果采用传统的机械搅拌式浮选机优先选铜，不但工艺流程长，而且功耗大、成本高。邓小伟、李延峰[19]等通过采用旋流-静态微泡浮选柱进行1粗2精闭路流程优先选铜半工业试验，结果表明，在原矿金属矿物约占5%、脉石矿物占95%的情况下，最终可得到铜、金、银品位分别为18%、60 g/t、6 000 g/t，回收率均达50%以上的混合精矿，指标良好，并缩短了工艺流程、降低了能耗。

2.3 在锂辉石选矿中的应用

锂辉石是目前世界上主要开采利用的锂矿物资源之一。锂辉石矿物表面易风化，在矿浆中易被矿泥污染，可浮性降低。浮选锂辉石矿物时，粒度要求较粗。故采用传统的机械搅拌式浮选设备对泥化严重和粗粒的锂矿物浮选比较困难，难以获得良好的选别指标。采用浮选柱对锂辉石进行选别，对提高浮选指标、实现资源高效利用，具有重要意义。

四川某锂辉石选矿厂位于海拔四千多米的地区，空气稀薄，采用传统的机械搅拌式浮选机进行浮选，矿化效率较低，工艺指标有待提高。针对现场实际情况，采用一台φ1 500 mm试验型无传动浮选槽进行工业试验。采用粗选矿浆分流法浮选，在矿石性质、矿浆浓度、磨矿细度、药剂用量等浮选参数相同的条件下，使用无传动浮选槽对该锂辉石进行选别，同时优化设备操作参数。结果表明，无传动微泡浮选槽浮选精矿相比传统浮选机，锂品位提高了0.66个百分点，尾矿品位降低了0.12个百分点，锂辉石回收率提高了8.73个百分点。

2.4 在铅锌矿石选矿中的应用

铅锌矿矿物种类多，大多存在于硫化矿床中。随着硫化矿床开采殆尽，低品位氧化铅锌矿受到各铅锌矿山企业的关注，并对浮选工艺尤其浮选设备提出了更高的要求。该矿石氧化程度高、含泥量大，传统浮选机选别难度大、铅锌回收率低。

刘炯天、王永田[20]等采用旋流-静态微泡浮选柱对柴山某铅锌矿石进行半工业选别试验，通过优先浮铅再浮锌的工艺流程处理，获得铅精矿品位62.79%、回收率为89.81%和锌精矿品位为52.24%、回收率为90.46%的良好指标。相比传统浮选机，铅精矿和锌精矿指标都得到了提升，同时工艺流程得到简化。

2.5 在黄金选矿中的应用

金矿石选别中浸出工艺比较常见，但难处理金矿石的增加促进了浮选法选金的成功应用，且浮选设备以传统浮选机为主。国外有不少浮选柱在选金领域应用的成功案例，而国内的研究和应用很少。

王彩霞[21]等对某金矿选厂进行扩建、改进时，采用浮选机—浮选柱联合浮选，得到品位为56.58 g/t、回收率为96.74%的精矿，与单一使用浮选机相比，提高了0.4个百分点，每年增加利润200万元以上。由于该金矿开采条件改变，使金矿石中矿泥含量增多，管乐、高云[22]等采用浮选柱对某金矿石矿泥进行半工业浮选试验。浓缩机底流分流矿浆给入浮选柱，在甲基酯、黄药、11#油用量分别为90、50、50 g/t的条件下，获得了金精矿回收率为91.05%的良好指标。浮选柱浮选过程中泡沫层稳定，泡沫丰富，金精矿指标稳定，具有很大的优越性。

2.6 在铁矿石反浮选中的应用

我国铁矿资源随着工业的发展而逐渐贫化，常规的强磁、弱磁选矿工艺已不能实现铁的高效选别和资源的综合利用，阶段磨矿、粗细粒分级、重选、弱磁—强磁—反浮选等复杂工艺流程不断提出并被应用。传统浮选设备对嵌布粒度非常细、矿石性质复杂的铁矿石不仅难以获得良好的选矿指标，还会增加流程和生产成本以实现矿石的充分利用。

王伟之、陈丽平[23]等利用充填浮选柱与微泡逆流接触式浮选柱的优势，组合成充填型微泡逆流接触式浮选柱，采用1粗1精1扫流程对某TFe品位为42.15%的混磁铁精矿进行阴离子反浮选试验，最终可获得TFe为67.05%、回收率为72.77%的铁精矿，同时尾矿铁品位降低到11.25%。

为提高资源利用率，齐双飞、王葵军[24]等针对某铁选厂赤铁矿浮选尾矿进行旋流-静态微泡浮选柱和传统浮选机选别提铁对比试验。在相同的给矿条件下，浮选柱浮选最终铁精矿铁品位较浮选机高1.17个百分点、回收率高22.9个百分点，并且流程简单、能耗低。

2.7 在镍矿石选矿中的应用

我国现有的硫化镍矿石浮选工艺基本上是以传统浮选机为主体的槽式浮选，存在泡沫层薄、矿化方式单一、对微细粒难选矿物分选效果不佳等缺点。对贫、细、杂难选硫化镍矿石选别中，常出现细粒级回收率低、工艺流程长、选矿成本高等问题。既造成了镍矿资源的严重浪费，又限制着矿山企业经济效益的增长，制约我国镍工业的发展。浮选柱浮选可很好地解决这些问题，表现出对微细粒硫化镍矿石的浮选优势。

传统浮选柱结构和充气方式简易，在浮选贫细硫化镍矿石时回收率低，只适用于精选作业，而在粗扫选作业时易被传统浮选机取代。浮选柱经选矿工作者不断改进，自身优点和浮选优势更加突出。马子龙[25]在分析金川镍矿石成分、嵌布粒度、单体解离度等条件后，采用具有我国自主知识产权的旋流-静态微泡浮选柱进行阶段磨矿—阶段选别的柱式强化浮选，最终尾矿镍品位较传统浮选降低0.01个百分点，镍金属回收率提高0.67个百分点。

2.8 在钼矿石选矿中的应用

钼矿物天然可浮性较好，传统浮选即有较好的选别指标，但对氧化程度和矿泥含量高的钼矿石，传统浮选机缺乏强有力的回收机制，钼金属损失量大。浮选柱选别能较好地解决该问题，并且能在同等条件下提高钼金属回收率。

内蒙古某钼矿氧化程度严重，李振、刘炯天[26]等以微泡浮选柱为主体设备对其进行全流程浮选试验。结果表明，硫化钼精矿品位大于40%、氧化钼精矿品位大于6%，总精矿钼品位大于70%，指标良好，实现了硫化钼与氧化钼的分离。相比传统浮选机，浮选柱在钼矿选矿领域具有回收能力强、富集比高、流程短等显著优势。

2.9 在白钨矿选矿中的应用

白钨矿天然可浮性较好，通常与辉钼矿等硫化矿伴生，其中脉石矿物较为复杂。一般采用单一浮选或重选—浮选回收白钨矿，工艺流程长而复杂。传统浮选机浮选所需浮选设备多，自动化程度低。

洛阳栾川某白钨矿选矿厂采用5台改良型浮选柱，采用1粗2精2扫精选流程进行工业试验。初次试验获得了钨品位大于40%、回收率为93.96%的钨精矿，比传统浮选指标高出15%。经后续改造，白钨精矿品位高出2.98%、回收率高1.13%，尾矿钨品位降低0.015%。结果表明浮选柱应用于低品位白钨矿的精选是可行的，指标较好，提高了生产效率[27-28]。

3 浮选柱技术的发展方向

(1)气泡发生装置的优劣是整个浮选柱质量高低的关键。由于充气材料质量水平低，气泡发生装置长时间使用易出现堵塞、磨蚀等问题，限制了浮选柱技术在我国选矿领域的规模化应用。因此，研制出耐磨、耐冲击、耐腐蚀的新型充气材料是浮选柱在选矿领域得到更全面应用的必要条件，从而取代传统浮选机成为泡沫浮选的主要选矿设备。

(2)由于氧化矿浮选时泡沫产率大，采用浮选柱浮选时，传统消泡水消泡不彻底，致使搅拌槽可使用体积变小，易出现跑槽、冒槽现象。与浮选柱相配套的消泡设备也是其应用推广的一个先决条件。

(3)浮选过程自动化控制对于浮选柱技术的发展具有积极意义。大力发展PID与PLC系统，建立并优化给药系统、冲洗水控制系统及泡沫层检测系统(液面控制系统)，使浮选柱在浮选生产过程中更加自动化、智能化将是今后重要的研究内容[29]。

(4)浮选柱技术无论是在黑色金属还是有色金属选矿等领域均已有所突破，工业应用效果非常理想。随着矿产资源的逐渐减少，二次资源利用获得良好的发展空间[30]。如何利用浮选柱的特点，将其应用拓展到二次资源选矿领域是选矿工作者将要面对的一项重要课题。

4 结语

浮选柱技术的发展促进着矿产资源的高效开发利用，随着矿产资源的日益贫化，更加高效节能的浮选柱设备在选矿领域发挥着越来越重要的作用。针对不同矿物的性质，浮选柱浮选过程中入选矿浆浓度、充气量、液面控制等参数的控制还有待进一步研究。与此同时，浮选柱零部件制造材料、配套设备、自动化控制系统等研究是推动浮选柱技术在各矿产选矿领域以及二次资源选矿领域应用的驱动力，是我国矿产资源得以综合利用重要的前提条件。

[1] 刘惠林，杨保东，向阳春，等. 浮选柱的研究应用及发展趋势[J].有色金属：选矿部分，2011(S1)：202-207.

[2] 李小兵，刘炯天，王兴涌，等.溶气析出式浮选柱处理含油废水的试验研究[J].中国矿业大学学报，2005,34(4)：462-466.

[3] 李中秋，肖瑜，龚秋实.浮选柱法在含油废水处理中的应用[J]. 水科学与工程技术,2012(4):7-10.

[4] 朱友益，张强，卢寿慈.浮选柱技术的研究现状及发展趋势[J].冶金矿山设计与建设,1996(6):3-7.

[5] Peng Felicia F. Yu xiong.Pico-nano bubble column flotation using static mixer-venturitube for Pittsburgh No. 8 coal seam[J]. Mining Science and Technology，2015(3):347-354.

[6] 叶喜平,饶耀华.KYZB3010浮选柱柱体的开发[J].铜业工程,2012(6):52-53

[7] 魏永玺,刘谊兵.新型浮选柱工作原理及在铜、钼浮选中的应用[J]. 价值工程,2012,31(3):32-32.

[8] 程敢,曹亦俊,徐宏祥,等.浮选柱技术及设备的发展[J].选煤技术,2011(1):66-69.

[9] 谢领辉 ,李晓英.预浮选式浮选柱处理高浓度煤泥水的试验研究[J].选煤技术，2012(2)：12-15.

[10] 张海军,刘炯天,韦锦华,等.FCSMC浮选柱提铁降硅工业试验研究[J].矿冶工程,2008,28(2):31-34.

[11] 赵晓朝. 浮选柱在银浮选中的应用与实践[J].湖南有色金属,2015,31(1):13-16.

[12] 丘盛华,毛佐国,刘子帅,等.用充填式浮选柱处理某锌矿石的试验研究[J].云南冶金,2014,43(4):16-19.

[13] 道林,E C ,周延熙，等.用浮选柱反浮选铁矿的研究[J]. 国外金属矿选矿,2001,38(2):33-36.

[14] 郑礼全,郑钢丰,朱金波.旋流器式浮选柱的研究[J].选煤技术,2003(3):16-17.

[15] 周杰强，马俊伟，陈湘清，等.无传动浮选槽在铝土矿浮选脱硅中的应用研究[J].轻金属,2014(1):4-8.

[16] 郑钢丰,朱金波.浅谈浮选柱的研究现状及发展趋势[J].煤炭技术，2002,21(11):43-45.

[17] 卢世杰. KYZ型浮选柱机理研究[J].有色金属：选矿部分，2002(1)：20-23.