露天采矿技术２００５年第２期。选矿口二程・浮选柱的发展与生产实践

刘广龙（金川集团公司选矿厂，甘肃金昌７３７１０４）

摘要：介绍了浮选柱发展历史、工作原理和主要技术参数，结合国内外研制进展和生产实践，分析其优势与局限性，在此基础上提出浮选柱的发展方向。关键词：选矿；浮选柱；精矿；品位中图分类号：ＴＤ　９２３文献标识码：Ｂ文章编号：１６７１一９８１６　（２００５）　０２一００２９一０４

１前言 浮选工业化进程已有１００年历史，在工艺、药剂和设备３方面都取得很大进展。但随着矿物加工领域品位低、嵌布粒度细、矿物组成复杂的难选矿石所占比例日益增大，传统浮选机的局限性日益剧增。为提高浮选作业技术经济指标，矿业发达国家纷纷将研究目光投向富集比大、产能高、投资小、运行费用低的浮选柱，在基础理论、结构、发泡方式和自动控制与检测等方面取得了长足进展，使浮选柱在２０世纪６０年代后逐渐成为研制和使用热点。 富集比取决于浮选时间和浮选柱工艺原理。其工艺效果与气泡特性、矿物粒级密切相关。分选细粒级矿物群是浮选柱的最大优点，其分选的适宜粒级为０．００１一０．１００　ｍｍ。粒级过粗，质量大，易从气泡上脱落；粒级过细，质量轻，表面活性高，会吸附大量药剂和无选择性地ａ附在其它矿粒表面而恶化浮选过程。２浮选柱工作原理与技术参数 浮选柱为竖立长筒形结构，一般柱高９一１５　ｍ，直径０．５一３．０　ｍ，断面为矩形、圆形或上方下圆形， 收稿日期：２００４－１２－０７ 作者简介：刘广龙（（１９７３－），男，甘肃镇原人，选矿工程师，主要从事选矿科研、技改和生产管理等工作，发表技术、管理论文４０余篇．以圆筒形居多。圆筒形柱体底部一般为圆锥体。圆筒形浮选柱主要由筒体、给矿机构、气泡发生器和精尾矿排矿装置组成。直径２．０　ｍ以上的浮选柱内轴向多安装有整流板，矿浆从上部约１／３处位置给入，通过在柱内设置的分布器，从底部导入空气。气体发生器产生的微泡在浮力作用下自由上升，而矿物颗粒在重力作用下自由下降，上升的气泡与下降的矿粒在捕收区接触碰撞，疏水性矿粒被捕获、附着于气泡上且矿化（捕收区）；载有有用矿物的矿化气泡继续浮升进入精选区，并在柱体顶部聚集成厚度Ｉｍ左右的泡沫层，冲洗水清洗泡沫层中被夹带的脉石颗粒，从而获得高品位泡沫产品（精选区）；没有在气泡上附着的矿粒作为尾矿从下部排出。２．１常规浮选柱 常规浮选柱采用逆流浮选原理，在柱底部装有可从外部拆装检修的气体分散器或气泡发生器。气泡发生器（分散器）主要有多孔文丘利管式、在线混合器式和涡旋气泡式３种类型，全过程在“正偏流”条件下进行。２．２矮型浮选柱 矮型浮选柱高度约ｌｍ，是常规浮柱的１／１０，也是该类浮柱的结构特点之一。另一技术特点是矿浆与空气的接触方式与常规浮柱截然不同，经调浆的矿浆用泵送入下降导管顶部的混合头，在此形成负压区，从而使空气吸入并产生气泡，形成稳定的气、液、固三相混合流，并沿下降导管向下运动而进入分选槽。气泡对矿粒的捕收过程发 ２９露天采矿技术２００５年第２期生在下降导管中，矿浆在下降导管中停留时间极短（约１０ｓ），气泡矿化非常快，柱体只起到矿化与分离作用，因此可大大减小柱体的高度。２．３浮选柱参数 浮选柱参数较多，作为浮柱设计、制造、选型、安装和使用过程中必不可少的参数主要有承载能力、表观给矿速率、充气荷载和泡沫堰负荷。 （１）承载能力。承载能力是指泡沫区单位槽面积所能承载的最大精矿量，单位为ｔ／　（ｈ＂ｍ２），该参数与被选矿物的粒度和密度成正比，受品位的影响较大。 （２）表观给矿速率。表观给矿速率表示浮柱捕收区矿浆向下流动速度，为给矿矿浆体积与浮柱截面比值，单位为ｃｍ／ｓ， （３）充气荷载。充气荷载是指单位体积的充气气体从柱中带出的最大固相质量，单位为ｋ留ｍ３． （４）泡沫堰负荷。泡沫堰负荷是指单位长度泡沫堰单位时间内从柱中排出的矿化气泡最大量，单位为ｔ／　（ｈ＂ｍ）。３浮选柱的发展及国外应用概况 在浮选工艺中强烈搅拌与浮选分离是一对矛盾。强烈搅拌不仅使设备叶轮磨损严重和消耗大量电能且使泡沫层极不稳是，尤其在精选阶段使得精选效率很低。因此浮选柱应运而生，其实质是一种具有柱型槽体的无机械搅拌充气式浮选机。 加拿大在１９６１年发明了浮选柱，经过多年的研究完善于１９８３年成功用于莱斯加斯佩矿山钥精选。很快成为钥精选的标准设备。其后世界主要国家也进行了浮选柱的研究与制造，使该方法得到广泛的应用。３．１浮选柱分类 早期浮选柱可分为加拿大型、Ｆｌｏｔａｉｒｅ（佛洛泰尔）型（美国），Ｌｅｅｄｓ型（英国）和。ＪＩ型（俄罗斯）４大类。２０世纪８０年代后，随着发泡器、给料方式的逐步改进和流体动力研究成果（如射流理论）的应用，降低柱体高度取得较大进展。近年，充气方式出现了喷射和剪切法，采用喷射原理的有ＵＳＢＭ／Ｃｏｍｉｎｃｏ和Ｍｉｎｎｖｅｘ浮柱，３０应用剪切原理的有Ｍｉｃｒｏｃｅｌ和Ｐｎｅｕｍａｔｉｃ浮柱。属于矮型浮柱类的还有德国的“自由喷射浮选机”、俄罗斯的“串接充气浮选机”。 加拿大研制的接触型浮柱，用水一气喷射充气器使空气与水作用产生气泡，浆气混合是在柱外安装的接触槽中进行，尔后进入浮选柱。接触槽压力０．７一２．７个大气压，槽内矿浆流速３　ｍ／ｓ，以防气泡兼并。Ｃｏｍｉｎｃｏ Ｅｎｇｎｉｅｅｒｉｎｇ　Ｓｅｒｖｉｃｅ公司研制的水一气喷射充气器，在柱外产生气一水混合物，通过多孔金属管分散到柱中，在３００一６００ｋＰａ下运转，气泡直径０．３一０．４　ｍｍ，因多孔金属管可更换因而浮柱运转率高。该类设备在北美、南美和南非有广泛应用。 Ｆｌｏｔａｉｒｅ型（美国Ｄｅｉｓｔｅｒ　Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ公司）充气器是把加压空气从外部分散器通过柱内的充气板分散到槽内，在３００一４８０　ｋＰａ和气水流量比约３０倍情况下运转，产生Ｏ．ｌｍｍ左右微小气泡。该类浮柱在欧、非各地应用较多。 Ｌｅｅｄｓ浮选柱是下部充气且具有Ａｇｉｔａｉｒ型叶轮机构的浮柱，将搅拌机构用于浮柱中，可改善粗粒浮选效果。Ｗｅｍｃｏ－Ｌｅｅｄｓ浮柱内安装有比重不同的棒，可提高精选效果。Ｈｙｄｒｏｃｈｅｍ浮柱的中央有垂直轴，在轴上可设置数个（最多８个）叶轮，并在叶轮间安装固定盖板，以隔开搅拌区。 俄罗斯气升式浮选柱的关键部件为充气器，其充气装置随着浮柱容积的不同有所变化。气升式充气器可促进矿浆循环和形成液气混合体，对逆流、顺流或混合状态浮柱都适用。从上部或上部和中心同时给浆，通过改变充气器的空气流量及压力可调节泡沫的二次矿化过程及精矿的质量与产率。泡沫在环形溜槽中通过泡沫溢流散板自流排矿，泡沫排出速度的变化依靠安装在柱中心的推泡板和内部流槽装置来实现。借助阀箱和闸板槽间隔室使矿液面保持在固定水平。 充填介质浮选柱没有发泡器，在柱内装有多层波形介质以构成更多有规则的迁回曲折通道，空气从下部进入，经过通道时形成均匀气泡并携带疏水矿粒上浮。 搅拌式浮选柱是浮柱与浮机的优化产物，可改善粗颗粒的悬浮，有利于提高＋＋１５０ｉｌｍ粒级回收率。以加拿大研制的多层搅拌浮柱为代表，在露天采矿技术２００５年第２期

金矿获得成功应用。 电解浮选柱在其底部装有电极，靠电解水产生的微小氢气泡、氧气泡碰撞并附着疏水颗粒上升，对细粒级浮选效果特好。 在旋流浮选柱内矿浆以一定压力沿切线方向给入，空气从柱的多孔壁进入，泡沫产品通过内螺旋运动向上排出，粗粒级从底部排出，设备生产率高，但内壁磨损严重。３．２浮选柱在国外应用情况 目前世界上很多国家都采用了浮选柱选矿技术。采用该技术提高了精选矿的品位和回收率。如波里拉斯（Ｐｏｌａｒｉｓ）选厂应用浮柱使方铅矿精矿品位从７６％提高到７９．３％．　Ｌｏｓ　Ｂｒｏｎｃｅｓ安装的Ｄ６一８浮柱，使铜精矿品位提高１．５％， 加拿大鹰桥公司斯特拉斯康纳选厂处理萨德伯里地区５个矿山的硫化铜镍矿石，原矿铜、镍品位分别为１．４％，１．５％。该厂利用氰化法，在ｐＨ二１２．０一１２．５条件下，从镍黄铁矿、磁黄铁矿和

非硫化矿物脉石中分离黄铜矿。１９８９年，该厂用２台Ｄ２．１浮柱代替浮机，铜精矿中镍由０．７８％降至０．４８％．　１９９３年又安装了１台Ｄ３．０浮柱，使铜精矿产量增加５４％，铜精矿平均含镍０．３７％，累计含镍降至０．４２％。浮柱相对浮机的铜品位提高１．９％、回收率下降１．２７％；平均镍品位由０．８７％降到０．５１％，回收率下降幅度为４２．５％． 巴布亚新几内亚奥克特迪采矿公司对浮机和Ｄ３．７浮柱进行对比试验，结果是浮柱流程铜精矿品位提高４．５％，铜、金回收率提高０．１％，１．８％．智利拉埃斯康迪达选厂原矿铜品位２．８５％，为半自磨＋浮选流程，１９９４年使用２ｍｘ２ｍｘ１２ｍ充填式浮柱进行试验，入选粗精矿含铜１６％，经浮柱后铜精矿品位４７％、回收率７５％。美国亚利桑那州塞浦路斯矿业公司西耶里塔（Ｓｉｅｒｒｉｔａ）铜选厂处理斑岩型铜矿石，经浮柱与浮机进行平行试验，在回收率相当情况下，浮柱铜精矿品位２８％－２９％，而浮机为２６％一２７％．按比例放大等）未能得到解决和造成选别指标低、操作管理困难等因素，进入８０年代，除几家洗煤厂仍在用之外，大部分选厂将浮柱拆除。国内研制的向下顺流喷射浮选柱利用射流原理引人空气，圆锥形收缩管和喇叭管在空室中间相连，当高速水流由圆锥形收缩管流向喇叭管时，因水流断面逐渐缩小，在圆锥形收缩管出口处形成较大流速，致使该处压强降至大气压以下，在空室中形成负压，使空气从外部进入空室。在分选槽底部装有反射假底，其作用是将高速水流所携带的空气粉碎成气泡，进而弥散到整个分选槽。该类浮柱产生的气泡直径小、空气保有量高、空气分散均匀且结构简单、操作方便、无运动部件，根据现有研究结果，其用于有色重金属分选可以取得较好指标。 国内某单位用矮型浮柱对铜绿山铜铁矿石（铜品位１．１４％）进行试验，获得铜精矿品位２４．９９％和回收率９０．７５％的良好指标。浮柱相当于该矿用普通浮机二次粗选、二次扫选、一次中矿再选、三次精选的选别指标。某厂从国外引进１台Ｄ２．４　ｘ　１０　ｍ浮柱替代二步铜硫分离一系列精二作业２台浮机，与对比系列精二作业比，铜精矿品位提高４．９７％，铜、金回收率提高３．８９％，４．０６％；与对比系列精四作业比，铜精矿品位提高０．２７％。二步铜精矿品位及总铜精矿品位达到２２．０９％，２５．４３％，与对比系列累计值比，二步铜精

矿、总铜精矿品位提高０．３３％，０．１６％，铜、金回收率提高０．１８％，２．８３％。浮柱精矿中＋＋４００目各粒级产率、铜品位和回收率均比浮机高，浮柱系列总回收率比对比系列高２．１３％，说明浮柱中矿浆与气泡对流碰撞比浮机中矿浆与气泡同步旋转的矿化效果好。

５浮选柱特点

４国内研制应用情况 我国从２０世纪６０年代开始使用，７０年代初用户达２０多家，但由于技术问题（充气器、控制、 优点：①创造适宜的气泡和颗粒动态碰撞以及气泡、颗粒结合体静态分离环境，具有富集比大、回收率高、运行费用低、特别适合于处理微细粒级及易于自控和大型化；②浮选速度快、简化浮选流程，不仅能减少浮选作业次数（段数），还能代替联合流程，例如采用充填介质浮柱取得与 ３１