我国浮选技术发展趋势的探讨

陈 瑜

(辽宁科技大学，辽宁 鞍山 114001)

0 引言

通过翻阅历史，远古时期的祖先们对选矿以及浮选已经有了一定的认知，并且也掌握了一些方法。例如，湖南衡阳出土的商代青铜牛尊标志我国商朝就已形成矿石拣选工艺，同时在中国古代就能够开采、利用自然金、自然铜、滑石和朱砂等材料。此外，在《天工开物》的插图中也展现了“河池山锡”与“淘洗铁砂”的画面。近代的中国，湖广总督张之洞主建了汉阳铁厂、机械重力选矿厂和铅锌浮选厂。而到了现代的中国，在继承先辈们的传统与经验的同时，我们也初步取得了一些成果：我国拥有世界上规模最大的选煤厂—中国山西省平朔煤矿安家岭选煤厂；我国规模最大的选矿厂—江西德兴铜矿大山选矿厂；在20世纪，我国由泡沫浮选法和氰化物抑制等方法发展了优先浮选工艺，再到以黄药为代表的合成浮选药剂，使得浮选技术得到了重大的发展。

1 浮选技术的发展

浮选是能够使矿物颗粒有选择性地向气泡附着的一种选矿方法，机理是利用矿物表面不同的物理化学性质，主要影响表面性质的因素包括：吸附、润湿性、氧化、分散、溶解、表面电性和絮凝等。浮选技术作为矿物分选工艺之一，是通过矿物表面润湿性的差异来进行区分物料。主要的浮选技术有全油、表层和泡沫三种浮选形式，其中，全油浮选和表层浮选因为它们都在两相的界面发生作用，故也称之为界面浮选。随着社会发展、技术进步，浮选的定义也在随时更新，其设备与时俱进地更新，新技术的融合也极大地提升了选矿的效率与精度。通过总结，浮选技术近年来有以下趋势：

1)浮选设备大型化：通过大型机器设施来减少选矿厂日处理量所需的时间，节俭能耗，节约成本。

2)浮选设备节能化：通过叶轮-定子系统(符合浮选动力学[1-3])和空气的设计，使得矿粒表面与气泡得碰撞概率有了较好提升，进一步提升脉石矿物的回收率，降低电耗与机器各零件的损坏程度[4]。

3)浮选设备自动化[5]：根据浮选过程的特殊性，我们发现可以运用的检测仪器有浮选机液位传感器、浮选机页面自动控制系统、射流浮选柱的检测与控制系统、微泡浮选柱计算机监控系统、泡沫数字图像控制[6]等。

4)浮选领域扩大化：由于需要浮选得矿石浸染粒度细、有用成分较低，因此，我们将浮选领域扩大，以新型、作用力强型的浮选方法使过程最佳化，达到最好的分选效果，来提高经济效益。例如，我国在造纸工业中的废纸脱墨技术效果显著[7-9]。

2 浮选工艺的发展

2.1 浮选原理

浮选原理是依靠各种矿物原料颗粒表面所具有的亲水性、疏水性、中等亲水性或经浮选药剂作用来选别矿物，它发生在一个气液固三相界面上。疏水就是在固、液、气三相界面有选择性地聚集，通过向其中增添捕收剂，使目标矿物的疏水性增强，促使矿物分离。

也可以从动力学的角度来理解浮选过程的基本原理。当矿物颗粒在气泡的碰撞中，气体逐渐集合，在浮选槽中急剧上升，最终形成狂化泡沫。与此同时，部分集聚体还需要经历脱落减缓的过程。

以直接完成浮选过程的“浮选机”为例，内部结构自上而下包括泡沫区、分离区、搅拌区。分离区需与泡沫区、搅拌区形成较为明显的界限，保证足够的高度和容积，保证矿物颗粒向气泡附着，实现矿物分选。

2.2 浮选过程

浮选大致包括磨矿、分级、调浆以及粗选、精选、扫选作业等过程。其中粗选是指产出粗精矿；精选是指产出精矿；混合-分离浮选是指将有用矿物浮出后再行分离的过程；优先浮选(也称选择浮选)是指将不同矿物先后浮选的过程。

矿物颗粒的浮选过程基本上是在矿物、水和气泡(即固体、液体和气体)三相界面上进行和完成的。在这一过程中，能够进行浮选的关键是：一是要注意气泡与脉石矿物得碰撞概率，但即使有机会碰撞，它不会黏附在气泡上，所以被遗留在最初的矿浆之中。在这里，需要注意气泡既是脉石矿物与有用矿物分选的重要媒介，同时也是运输的主要工具；二是尽可能增加气泡和有用矿物的碰撞，使得拥有矿物能够牢牢地黏附在气泡上，使得有用矿物能够漂浮在矿浆表面；三是要注意矿物表面润湿性，矿物表面湿润性的不同能够导致矿浆能否析出足够多的体积小、性质稳定的气泡。

工业生产过程中，需要针对产品需求以及矿石特性的区别，以不同的浮选流程和差异化的药方来对待。

关于铅锌矿的浮选：采取混合浮选方案时，先通过黄药将锌、铅矿物浮出；再通过氰化物、硫酸锌等试剂抑制混合精矿中的锌矿物，进而选出铅矿物。采取选择浮选方案时，采用氰化物、硫酸锌等试剂抑制闪锌矿，再采取黄药浮选方铅矿；最后通过硫酸铜活化进而实现黄药浮选闪锌矿。目前国内多数选矿厂采用亚硫酸及相关盐类试剂替代氰化物实现浮选。

关于铜矿的浮选：氧化铜矿通常包括两种类型，一是先以硫化钠试剂进行活化后，再通过加入黄耀实现浮选，二是直接用脂肪酸实现浮选。对于硫化铜矿物的浮选，国内通常采用石灰作为调整剂、松醇油作为起泡剂、黄药作为捕收剂，以及其它试剂共同处理后进行浮选，实现脉石及共生硫化铁矿物的有效分离。大多数矿石是采用选择浮选的办法。

关于磷灰石及萤石的浮选：国内通常采用水玻璃等作为脉石抑制剂，将氧化石蜡或油酸等作为捕收剂，实现浮选。

关于铁矿的浮选：在铁矿浮选中，有两类浮选。反浮选铁矿是采用阴离子捕收剂对钙离子活化的石英进行浮选，或通过阳离子胺类捕收剂对活化的石英进行浮选；正浮选铁矿是采用塔尔油、石油磺酸盐或油酸作为捕收剂(可以兼起泡剂)，对褐铁矿和赤铁矿等矿物进行浮选；除上述外，国内通常也采用絮凝-脱泥-反浮选的技术工艺实现对细粒浸染铁矿石的处理。

关于石墨和煤泥的浮选：通常，国内常用醇类试剂作为起泡剂，再用以煤油为代表的中性油料作为捕收剂实现浮选。

关于锡、钨矿泥的浮选：对有锡石或黑钨矿的细泥，国内通常采用以苯乙烯磷酸或油酸为代表的试剂作为捕收剂，再以水玻璃作为脉石抑制剂，实现回收作用的浮选。

2.3 浮选工艺及设备

目前为止，关于浮选技术的原理及理论体系基本相同，较为常用的方法是泡沫浮选法。具体工艺流程为，将矿石以磨碎或破碎的方式，使得矿物能够分解为单体颗粒；再浮选除所需要大小的颗粒，对颗粒研磨成矿浆；再按照比例配入各种浮选药剂进行调和搅拌，从而扩大不同矿物颗粒的可浮性；再将调和后的矿浆泵入浮选槽，加以充气和搅拌，使气泡与矿浆内的颗粒充分碰撞和接触；气泡能够将可浮性较好的矿粒进行黏附，共同上升为固、液、气三相形成的矿化泡沫层；矿化泡沫层再通过矿浆面溢出或机械刮取方式，经脱水干燥处理后，形成精品矿。该方式能够起到将有用的矿物颗粒留存于矿浆，而浮选出无用的矿物颗粒的作用。例如，从铁矿石中浮出石英等。

国内常用的浮选设备发展历程已有百余年历史。浮选技术水平日益得到提高，其应用范围随着科技进步不断得到拓展，基本满足了水处理、非金属、金属等多领域、多方面的需求与应用。因此，选矿工艺中浮选机性能的好坏将直接影响浮选效果的高低，与我国的浮选经济指标也有着千丝万缕的联系。

现介绍我国几种典型的浮选工艺设备—浮选机：

1)XJM浮选机和XJM-S浮选机，目前已经成为我国在煤泥浮选方面的重要浮选设备。

2)BF型浮选机，使我国自吸式浮选机技术迈上了新台阶。

3)FJCA型浮选机，可在入选不同矿井的不同原料时，仍能在精矿、尾矿等方面满足生产的需求。

4)BGR IMM系列浮选机，其中KYF-200浮选机为我国目前容积最大、矿化气泡回收最快的浮选机。

在选矿生产中，浮选机的地位是不可小觑的。随着浮选技术的先进与成熟，浮选工艺流程设备也愈加丰富。

3 结语

近年来，随着我国资源类矿石的减少与原生矿石的贫化，社会对环境清洁的要求，使得浮选技术与工艺被不断地提出新的要求，也将面临更大的挑战。

1)机器设备的大型化的维护与改进仍将成为新的热点问题。

2)浮选技术的自动化虽然已普遍采用，但仍有相关技术问题亟待解决。

3)浮选技术与工艺在环保方面的二次利用还需进行设计理念的更新。

因此，必须要做到如下几点：

1)持续不断地发展新的浮选工艺和大型浮选设备；

2)深入探究作用力强，选择性好，毒性小的多种化学浮选药剂；

3)继续研究浮选数学模型以及自动控制，使得浮选过程最佳化，达到最好的分选效果，以提高各个选厂的经济效益；

4)进一步从多个领域深入探索浮选的作用机理，发展以及完善浮选理论体系。