浮选柱用于细粒锡石浮选的试验研究

陈子凯，杜令攀，蔡贵红

(1.云南锡业股份有限公司大屯锡矿，云南 个旧 661018;2.云南磷化集团/国家磷资源开发利用工程技术研究中心，云南 昆明 650600;3.云南华迅达智能科技有限公司，云南 昆明 652103)

锡是人类生产和生活中不可缺少的一种重要金属，也是人类最早发现和使用的金属之一。锡具有熔点低、耐腐蚀和易改变其他金属性能的优点，广泛应用于核发电、飞机发动机等技术领域。目前，世界各国对锡的需求不断增长，锡的消费水平已成为衡量一个国家工业发展水平的指标之一，因此加强锡资源的开发利用具有重要意义[1]。锡石的主要选别方法为重力选矿法，具有成本低、能耗小、精矿富集比高等优点，但重力选矿工艺难以回收细粒级锡石，而细粒级锡石浮选工艺可有效解决此难题，且占地面积小，回收率高。

云南某选矿厂硫化矿、氧化矿泥矿锡石浮选流程于2017年建成投产。相比与重选工艺，锡精矿金属产出量多，锡实收率高，经济效益显著[2]。该选厂使用传统浮选机进行锡石浮选，锡精矿品位能达到6%～6.5%。近年来，随着锡金属市场价格上升，对锡石浮选锡精矿含锡品位要求日益增高，对浮选富集比要求也提高。本研究使用浮选柱代替浮选机对锡石浮选粗精矿进行精选，浮选柱一次浮选代替原有流程精选一、精选二、精选三等多次作业，探索浮选柱应用于锡石浮选的可行性。

1 选别试验研究

浮选柱与浮选机相比，在选别锡石等大比重矿物时，浮选机通过提升叶轮搅拌强度，使矿物悬浮，这是浮选机的分选特点，它捕收能力较强，但由于较强的搅拌使得细泥矿石选择性较差，在细粒锡石浮选中难以获得较高富集比[3]。浮选柱对细粒物料的选别作用机理与浮选柱有较大不同，其选别效果也有较大差别。以某选厂锡石浮选物料为研究对象，进行浮选柱与传统浮选机的试验研究，对比二者的选别效果。浮选柱结构如图1。

图1 浮选柱结构示意图

1.1 试验研究方案

本研究对每个物料进行多次试验后，以最佳条件参数为标准，再进行重复验证试验。多次重复验证试验的结果取平均值进行对比分析，具有代表性。

试验设备为小型试验浮选柱1台，型号为XLC-75，规格为φ75 mm×2000 mm(见图2)，空压机1台，30 L搅拌桶1个。同时，以1.5升小型浮选机进行对比试验。

图2 试验室浮选柱示意图

该小型试验浮选柱，是模拟工业浮选柱设备自主制作而成，可在连续试验过程中调节充气量、给矿量、矿浆液位、给矿浓度等参数。试验时，浮选柱采用蠕动泵连续给矿，连续分选；浮选柱工作正常后再按规范要求同时进行试验精、尾矿样的采取[4]。浮选柱试验程序为：

1)按试验要求，调整浮选柱结构参数。将浮选柱注入三分之一清水，开启气泡发生器，使之产生稳定的气泡。调节泡沫冲洗水，查对各工作参数至预定值。

2)按浮选条件制备矿浆及添加药剂。搅拌一定时间后，开始给矿，进行柱浮选试验。

3)浮选柱操作趋于稳定后，开始取浮选柱原、精、尾矿样，分别进行制样、化验分析。

4)取样结束后，停止给矿；开启浮选柱下部阀门进行排尾。与此同时，泵送清水冲洗浮选柱和管道。

1.2 试验数据及分析

1.2.1 氧化矿锡石浮选结果与分析

氧化矿锡石浮选入选物料粒度较细，自身含泥大，虽然通过旋流器等设备进行机械脱泥，但混入的泥质部分对锡石浮选指标影响较大。通过对不同作业点矿样进行粒度检测分析，各作业点矿样粒度组成相似，粒度分布图如图3所示。

图3 氧化矿物料粒度分布

氧化矿锡石浮选试验流程为一次柱选，产出精矿和尾矿，流程如图4。浮选机使用传统1.5 L试验用浮选机，流程与浮选柱流程相同。

图4 浮选柱试验流程

1)氧锡石浮选斜板底流锡精矿一次浮选柱选别试验指标：该矿样含泥较大，对充气量等参数较为敏感，通过多次重复试验，气量2.0 L/min，液位25，给矿量280 mL/min，给矿浓度20%时，可得到较好试验指标。试验结果见表1。

表1 斜板底流锡精矿浮选柱和浮选机的试验结果对比

从表1看出，浮选柱用于斜板底流细粒级锡精矿精选时：一段浮选柱精选可把含锡3.99%(质量分数，下同)锡精矿品位提高至13.26%，回收率为73.45%。在相同入选物料下，用试验室1.5 L浮选机刮出的锡精矿品位为11.59%，回收率仅67.69%。说明该细粒级物料用浮选柱提质效果要明显优于浮选机。斜板底流物料由于粒度细，物料含泥较大，使用浮选机很难获得较高的富集比，如果降低精矿产率，则可使富集比进一步提升，但回收率会明显下降。使用浮柱选别该物料时，充气量变化对试验指标较为敏感，通过多次试验可知，2.0 L/min为最佳条件。

试验发现，与浮选机相比，浮选柱气泡发生器可产生大量0.4 mm～0.6 mm的微气泡，且均匀分布于柱体，微细粒小于45 μm的矿粒选别正需要这种小气泡[5]。在微泡推动下，有用矿物被带至泡沫区。整个矿浆体系动能相对较小，气泡与颗粒逆向运动，使得在低紊流度下具有较高的相对速度，且矿粒不易脱落，提高了矿粒附着率，因此泡沫矿化几率高于传统浮选机。所以，在选别细粒锡石物料时，在相同给矿条件及精矿品位相同的条件下，浮选柱相比于浮选机往往能得到较高的回收率指标。

2)氧锡石浮选精Ⅱ泡沫一次浮选柱选别试验的指标：该矿样适当提高浮选液位，降低给矿浓度可得到较好指标，最佳参数为气量1.2 L/min，液位20，给矿量280 mL/min，给矿浓度12%。试验结果见表2。

表2 氧锡石浮选精Ⅱ泡沫浮选柱和浮选机的试验结果对比

从表2看出：取氧锡石浮选精选Ⅱ泡沫作为入选物料，在回收率相近的情况下，浮选柱的精矿品位高于浮选机8.16个百分点。该物料同样具有粒度细、含泥高的特点，且该物料中含大量褐铁矿等杂质，由于褐铁矿对锡石捕收剂的作用，在实际生产过程中往往得不到较高的精矿品位且消耗大量药剂。通过多次探索性试验，该物料使用浮选柱进行选别时，在控制充气量0.8～1.2 L/min的条件下，在充气较小的条件下，适当降低给矿浓度，可有效避免杂质进入泡沫区，使褐铁矿与锡石分离得更好[6]。

在试验过程中观测发现，浮选柱在选别过程中由于微泡对细粒矿石的选择性较强，负载有用的矿物颗粒的矿化气泡浮升而进入精选区，在柱体顶部聚集而形成较厚的矿化泡沫层。泡沫层被冲洗水流清洗，使被夹带而进入泡沫层的脉石颗粒从脉石中脱落。在此过程中，既避免强力搅拌使泥质脉石上浮，同时气体分散成微泡增加与矿粒碰撞的几率，这对提升精矿品质起到的关键作用[7]。

3)为进一步验证浮选柱对于氧化矿锡石浮选的选别效果，以现生产流程中氧锡石浮选精Ⅰ泡沫与粗选泡沫分别进行对比试验。试验结果见表3、表4。

表3 精Ⅰ泡沫浮选柱和浮选机的试验结果对比

表4 粗选泡沫浮选柱和浮选机的试验结果对比

该矿样在小气量、低液位条件下，精矿富集比和回收率均较高；随着充气量加大，精矿富集比和回收率均下降明显。最佳条件参数为：充气量1.2 L/min，液位20，给矿量280 mL/min，给矿浓度12%。

该矿样给矿品位较低时，柱选时应适当开大充气量，精矿产率和回收率均有提高，且尾矿品位呈下降趋势。最佳条件参数为：充气量1.8 L/min，液位20，给矿量280 mL/min，给矿浓度20%。从表3、表4中结果看出：同一矿样，在回收率相近时，浮选柱提升精矿富集比的优势较为明显，而粗泡由于入选品位低，可通过适当增加充气量以提升其各项指标。

对于氧化锡石矿物料，由于有用矿物比重大、粒度较细且含泥较大的性质，为达到比重较大的锡石能够在槽体悬浮而利于分选，传统浮选机的强烈机械搅拌作用使得矿浆体系有较大动能，导致矿泥易于进入浮选机泡沫区，影响精矿品质。浮选柱由气泡发生器产生大量微泡，微泡适宜于细粒级矿泥的选别，在微泡作用下，有用矿物被带至泡沫区，整个矿浆体系动能相对较小，能起到分离泥质矿物的作用[8]。同时，大量气泡能够负载比重较大的矿物到达泡沫区，且较厚泡沫层使精矿得到二次富集，从而相比浮选机可获得更高品位的精矿。

1.2.2 硫化矿锡石浮选结果与分析

硫化矿锡石浮选处理物料为(流程中)溢流部分细粒锡石，粒度同样较细。通过对不同作业点矿样进行粒度检测分析，各作业点矿样粒度组成相似。粒度分布如图5所示。

图5 浮选柱试验流程

硫化矿锡石浮选试验流程为一次柱选，产出精矿和尾矿，流程如图6。浮选机使用传统1.5 L试验用浮选机，流程与浮选柱流程相同。

图6 浮选柱试验流程

1)硫锡石浮选(1#硫化矿)精Ⅱ泡沫一次浮选柱选别试验指标。根据多次探索验证，浮选柱给矿量为280 mL/min，给矿浓度为15%，液位为20，充气量1.2 mL/min时，可得到较好试验指标；充气量过大，精矿产率增加，锡富集比降低，精矿品位降低。试验结果见表5。

表5 硫锡石浮选精Ⅱ泡沫(1#硫化矿)浮选柱与浮选机的试验结果对比

硫化物料由于硫、铁等杂质过高，不宜使用较大的充气量。充气量提高同样会使物料富集比降低。适当增加给矿速率，提高液位，可得到较好指标。

2)硫锡石浮选(2#硫化矿)精Ⅱ泡沫一次浮选柱选别试验指标。给矿量为280 mL/min，给矿浓度为12%，液位25,充气量为1.2ml/min时，可得到较好的试验指标。试验结果见表6。

表6 硫锡石浮选(2#硫化矿)精Ⅱ泡沫浮选柱与浮选机的试验结果对比

从表5、表6看出，对于硫化矿物料，浮选柱试验的精矿品位及回收率都大幅高于浮选机的试验指标，浮选柱能有效提升硫化矿锡石浮选作业回收率及精矿富集比。对于硫化矿物料，除自身含泥的特点外，矿石中的硫、铁等元素均是影响锡石浮选的主要因素。浮选机在选别过程中为了使有用矿物悬浮而被气泡捕收，采用强烈搅拌，使得泡沫层受泥质矿物及硫、铁等杂质的污染而难以提升富集比。

从氧、硫两种物料的不同作业点、不同矿样试验研究中发现：使用浮选柱进行浮选，不仅能有效提升精矿富集比，而且能够比浮选机试验获得更高的精矿回收率。通常，一次柱选可替代多次浮选机精选作业。浮选柱的优点是：通过气泡发生器产生大量微泡，适合细粒级矿粒的分选，同时大量气泡兼能满足大比重锡石的负载能力；浮选柱减少了搅拌装置，使得矿浆体系呈低紊流状态，矿化泡沫不易破裂；气泡运动方向与给矿方向相反，使得未被捕收的矿粒在连续下降过程中不断被气泡冲击而得到扫选，提升了二者的相对速度，加速了气泡矿化速率，有利于回收率的提升；有用矿物在上升过程中被水流冲洗，产生二次富集，有利于提升精矿富集比。

2 工业应用探索

在小型试验较为成功的基础上，2021年12月，该选厂硫化矿系统新安装了1台Φ1.8 m×7.5 m的工业浮选柱，替代原锡石浮选精选一、精选二、精选三作业。目前，正在进行工业调试，测试不同充气量、浮选液位、给矿浓度及给矿量等参数对回收率和富集比的影响。

3 结论

1)浮选柱已广泛应用于有色金属的选别，但在锡选矿行业中还应用较少。本研究使用浮选柱对细粒锡石进行了浮选试验。较之传统浮选机，浮选柱能够有效提升精矿富集比，同时也提升精矿锡回收率。这一成果对于世界锡选矿行业来说有着重要意义。

2) 对于锡石等细粒大比重矿物，相较于传统浮选机，浮选柱具有以下优势：①低紊流矿浆体系，矿粒不易脱落，泡沫层不易被污染；②泡与矿粒相对速度较大，具有较强矿化几率；③大量均匀的微气泡适宜捕收微细粒矿物；④气泡发生器产生的大量气泡能够负载锡石等大比重矿物进入泡沫区；⑤在微泡的不断上升作用下，由于泡沫破裂而脱落的有用矿物不断被泡沫碰撞而得到扫选，有利于提升有用矿物回收率；⑥较厚泡沫层厚度，可使泡沫冲洗得到二次富集等优势而适宜细粒锡石浮选。

3)影响浮选柱工作性能的参数较多，主要为矿浆原矿品位、矿浆含泥量大小以及矿石粒度组成、给矿浓度、浮选机充气量、给矿量大小、浮选液位等等。任何参数变量，都有可能对最终指标产生较大影响，因此需要根据不同原矿性质设定相应的工作参数，才能达到理想指标。

4)在工业应用中，由于现场条件与小型试验条件差别较大，需要对浮选柱各项参数及矿浆条件进行逐一调试，当二者参数均达到最佳参数时，浮选柱能够体现其优势。