氣溶膠浮選技術(shù)及其應(yīng)用現(xiàn)狀

徐 濤,孫春寶,閻志強(qiáng),米麗平,羅盛康,王 彪,趙留成

(北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083)

國(guó)內(nèi)礦產(chǎn)資源形勢(shì)比較嚴(yán)峻，需浮選處理的礦石中的有用成分含量越來(lái)越低，浸染粒度越來(lái)越細(xì)，礦石越來(lái)越復(fù)雜難選。礦產(chǎn)資源的貧、細(xì)、雜特點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)浮選工藝提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。復(fù)雜多金屬礦的分離和細(xì)粒物料的選收，仍然是浮選領(lǐng)域的主要研究課題[1]。礦產(chǎn)資源的嚴(yán)峻形勢(shì)，迫使浮選理論體系、浮選工藝及設(shè)備需要不斷的改進(jìn)和發(fā)展，才能適應(yīng)難選礦石的需要，從而讓浮選工藝能夠更好地為礦山服務(wù)。

浮選加藥方式對(duì)浮選意義重大，浮選加藥方式的改進(jìn)，對(duì)提高浮選效果具有極大地促進(jìn)作用。將氣溶膠技術(shù)引入浮選中，氣溶膠浮選是對(duì)浮選工藝的一個(gè)改進(jìn)和創(chuàng)新，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

1 氣溶膠簡(jiǎn)述

氣溶膠是指固體微粒或(和)液體微粒懸浮于氣體介質(zhì)中所形成的多相分散體系[2-5]。這個(gè)分散體系必須由兩部分組成：一是被懸浮的微粒物，即分散相；二是承載微粒物的氣體，即分散介質(zhì)。所以，氣溶膠是包含分散相(微粒物)和分散介質(zhì)(氣體)二者在內(nèi)的統(tǒng)一整體。一般氣溶膠的氣體介質(zhì)都是指空氣。氣溶膠可以來(lái)自被風(fēng)揚(yáng)起的細(xì)灰和微塵、海水濺沫蒸發(fā)而成的鹽粒、火山爆發(fā)的散落物以及森林燃燒的煙塵等天然源，也可以來(lái)自化石和非化石燃料的燃燒、交通運(yùn)輸以及各種工業(yè)排放的煙塵等人為源。

氣溶膠在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、軍事學(xué)方面都已得到廣泛的應(yīng)用。例如，醫(yī)學(xué)方面，氣溶膠應(yīng)用于治療呼吸道疾病的粉塵型藥的制備，因?yàn)榉蹓m型藥粉更能夠被呼吸道吸附而有利于疾病的治療；噴霧干燥可提高產(chǎn)品質(zhì)量，已廣泛用于醫(yī)藥工業(yè)與洗衣粉的生產(chǎn)；農(nóng)業(yè)上，農(nóng)藥的噴灑可提高藥效、降低藥品的消耗；利用氣溶膠進(jìn)行人工降雨，可大大改善旱情；消防上，氣溶膠滅火器[6]具有滅火效率高，適應(yīng)性強(qiáng)，工程造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)；在軍事方面，如煙霧彈[7]之類，還可以制造氣溶膠煙霧來(lái)防御激光武器；環(huán)境科學(xué)方面，如用衛(wèi)星檢測(cè)火災(zāi)；科研人員還利用氣溶膠液體分散相的液滴，作為微小反應(yīng)器制備均勻膠體粒子[8]。另外，造紙方面，J.MAIOLO和R.PELTON也將氣溶膠技術(shù)運(yùn)用到紙漿浮選脫墨[9-11]上。

2 氣溶膠浮選技術(shù)概述

目前，國(guó)內(nèi)和國(guó)外對(duì)氣溶膠浮選相關(guān)報(bào)道和文獻(xiàn)很少。不過，根據(jù)對(duì)相關(guān)知識(shí)的研究，可將氣溶膠浮選簡(jiǎn)單理解為：將浮選藥劑以氣溶膠的形式給入浮選系統(tǒng)中，作為浮選作業(yè)的一種浮選技術(shù)。其中，氣相介質(zhì)一般為空氣。實(shí)際上，氣溶膠浮選應(yīng)用的是氣溶膠加藥技術(shù)。這一方法是根據(jù)浮選熱力學(xué)原理和氣體介質(zhì)吸附過程理論為基礎(chǔ)制定的。氣溶膠浮選系統(tǒng)應(yīng)包括：氣溶膠發(fā)生裝置、氣溶膠檢測(cè)儀、氣溶膠傳送裝置和浮選裝置。

氣溶膠浮選所利用的氣體分散相，可以是起泡劑或捕收劑，甚至可以是抑制劑、活化劑和調(diào)整劑。傳統(tǒng)的浮選藥劑加入方式，是將藥劑加入到液相里；而氣溶膠加藥方式，是把藥劑加入到氣相里。這種加藥方式，可使浮選藥劑充分分散，具有提高藥劑作用效果、加快浮選速度、減少藥劑消耗量、提高浮選指標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)。影響氣溶膠浮選的氣溶膠膠體特性主要是：分散相的濃度和粒度、分散相的分散性和分散相的穩(wěn)定性等。

雖然為數(shù)不多的研究機(jī)構(gòu)或研究工作者曾經(jīng)對(duì)氣溶膠浮選做過研究，但是研究的都不夠深入，不夠全面，只是停留在改善某種礦石的浮選效果試驗(yàn)表面上，并大都只是將氣溶膠浮選與傳統(tǒng)浮選做一簡(jiǎn)單對(duì)比，尚未進(jìn)行深入研究。因此，對(duì)氣溶膠浮選技術(shù)還需進(jìn)一步研究，明確氣溶膠浮選技術(shù)內(nèi)在機(jī)理，認(rèn)清氣溶膠浮選的優(yōu)勢(shì)與不足，總結(jié)出氣溶膠加藥技術(shù)在浮選各階段的適用情況，方能讓該技術(shù)能夠更好的為礦山服務(wù)。

3 氣溶膠浮選技術(shù)在浮選領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，氣溶膠加藥技術(shù)在浮選中的應(yīng)用較少，并且大都用于煤礦浮選，很少應(yīng)用于有色金屬浮選，尚未發(fā)現(xiàn)在鐵礦石選礦中的應(yīng)用。經(jīng)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，現(xiàn)對(duì)氣溶膠浮選應(yīng)用實(shí)例簡(jiǎn)單列舉如下。

3.1 在煤礦浮選中的應(yīng)用

煤炭科學(xué)研究總院唐山分院的一些研究工作者們，對(duì)傳統(tǒng)浮選機(jī)做了較大地改進(jìn)，其中包括使用了氣溶膠加藥技術(shù)這一項(xiàng)。如賈俊會(huì)、劉鴻功研制的XJX-T8型浮選機(jī)[12]，如圖1所示。丁立親、劉鴻功等人研制的XJX-T12型浮選機(jī)[13]，如圖2所示。

這兩種浮選機(jī)均采用氣溶膠加藥方式，其氣溶膠發(fā)生原理基本相同，都是通過葉輪離心力作用產(chǎn)生負(fù)壓，浮選藥劑與空氣接觸彌散成氣溶膠。經(jīng)驗(yàn)證，該加藥方式可大大提高藥劑的分散度，并且能夠產(chǎn)生活化氣泡，浮選速度得到較大提高。

圖1 XJX-T8型浮選機(jī)1-攪拌機(jī)； 2-槽體； 3-新型中礦箱； 4-刮板機(jī)； 5-液面自動(dòng)控制； 6-葉輪； 7-錐形循環(huán)筒； 8-穩(wěn)流板； 9-中心入料管； 10-氣溶膠加藥裝置

圖2 XJX-T12型浮選機(jī)1-中空加藥斗； 2-大皮帶輪； 3-機(jī)架； 4-進(jìn)氣孔； 5-定子加藥斗； 6-套筒； 7-中空軸； 8-槽體(包括中礦箱)； 9-入料循環(huán)筒； 10-葉輪； 11-定子； 12穩(wěn)流板

肖擁軍和王筠在“XJX-TA8浮選機(jī)在華豐礦選煤廠的應(yīng)用”[14]一文中介紹，該浮選機(jī)的應(yīng)用為選廠創(chuàng)造了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。而該浮選機(jī)采用的是氣溶膠加藥方式，經(jīng)驗(yàn)證，該加藥方式石藥劑充分分散，大大減少了浮選藥劑柴油的消耗。

明成利在“XJX-TA-B16型浮選機(jī)在唐山礦選煤廠的應(yīng)用”[15]一文中介紹，該浮選機(jī)采用的是氣溶膠與電磁閥自動(dòng)加藥兩套裝置，保證了加藥的擴(kuò)散性和經(jīng)濟(jì)性。

開灤集團(tuán)有限責(zé)任公司錢家營(yíng)礦業(yè)公司的張小會(huì)和李云升在“錢家營(yíng)礦業(yè)公司選煤廠浮選系統(tǒng)的改造實(shí)踐”[16]一文中介紹，改造后的浮選機(jī)各槽都為分段加藥配備了定子加藥孔和中空軸加藥孔，使藥劑以氣溶膠的形式分別加入葉輪上下層。使新鮮煤漿和底部循環(huán)的煤漿獲得與空氣、藥劑再次接觸的機(jī)會(huì)，加快分選速度。

俞宏珍在“XY-3.5礦漿預(yù)處理器在選煤廠的應(yīng)用”[17]一文中介紹，由于攪拌桶對(duì)礦漿的攪拌能力過弱，對(duì)浮選機(jī)的準(zhǔn)備情況不理想，因此，他所在的選煤廠自制了一臺(tái)XY-3.5礦漿預(yù)處理器來(lái)代替3臺(tái)XBT-19型攪拌桶供1組XPM-16型和3組XPM-8型浮選機(jī)使用。該礦漿預(yù)處理器工作原理是：使藥劑與空氣彌散制成氣溶膠，然后覆蓋浮選藥劑的微氣泡與疏水性好的煤粒黏附，使煤粒表面進(jìn)一步疏水達(dá)到預(yù)礦化，預(yù)處理的礦漿進(jìn)入到浮選機(jī)中浮選。該裝置如圖3所示。

圖3 XY-3.5預(yù)處理器結(jié)構(gòu)示意圖1-筒體； 2-錐形混流管； 3-轉(zhuǎn)子； 4-定子； 5-套筒； 6-進(jìn)藥管； 7-軸承體； 8-傳動(dòng)軸； 9-進(jìn)氣管； 10-電動(dòng)機(jī)； 11-出料管； 12-進(jìn)料管； 13-稀釋水管

該氣溶膠加藥預(yù)處理技術(shù)在該廠使用后，每月指標(biāo)顯示藥劑總量節(jié)約0.13 kg/t，產(chǎn)率提高0.07%，精煤灰分降低0.12%，尾煤灰分提高0.22%。

3.2 在有色金屬浮選中的應(yīng)用

氣溶膠在有色金屬中的應(yīng)用很少。遼寧省冶金研究所氣溶膠試驗(yàn)小組在“氣溶膠浮選特性的探討”[18]一文中介紹，他們?cè)诒P石鎳礦選礦廠進(jìn)行了氣溶膠浮選試驗(yàn)研究，并自制氣溶膠發(fā)生器見圖4，氣溶膠的輸送裝置見圖5。試驗(yàn)證明，氣溶膠加藥方式，具有可強(qiáng)化鎳礦的浮選過程，提高鎳礦礦物的可浮性，加快浮選速度，增強(qiáng)藥劑作用效果和提高浮選指標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)。

有些文獻(xiàn)記載，將氣溶膠加藥技術(shù)應(yīng)用于銅鉛礦石粗選階段，對(duì)氣溶膠浮選進(jìn)行研究，得出氣溶膠浮選優(yōu)于普通浮選的結(jié)論。

I. M. Flint在“浮選柱的氣溶發(fā)泡法”[19]一文中介紹，將起泡劑通過超聲波氣溶發(fā)泡器，以氣溶膠的形式加入到浮選柱內(nèi)，發(fā)泡時(shí)產(chǎn)生的氣泡比傳統(tǒng)方法產(chǎn)生的氣泡要小得多，且起泡劑的消耗量也比傳統(tǒng)方法少的多。

圖4 氣溶膠法小型試驗(yàn)設(shè)備示意圖1-V7型噴筆； 2-壓力風(fēng)； 3-氣溶膠穩(wěn)定控制器； 4-氣溶膠； 5-XFD單槽浮選機(jī)

圖5 氣溶膠輸送方式及其設(shè)備聯(lián)系示意圖1-壓力風(fēng)； 2-濾油器； 3-藥劑箱； 4-輸藥管； 5-壓力表； 6-壓力風(fēng)檢查裝置； 7-壓力風(fēng)管； 8-HJH3型發(fā)生器； 9-6A浮選機(jī)

4 氣溶膠浮選技術(shù)存在的不足

在過去，氣溶膠浮選技術(shù)存在一些不足：氣溶膠發(fā)生器及其輸送裝置本身設(shè)計(jì)與制造存在問題；氣溶膠的生產(chǎn)效率低，所產(chǎn)氣溶膠穩(wěn)定性不高，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化；由于氣溶膠相關(guān)設(shè)備的引入及其能耗，可能導(dǎo)致成本的增加。這些不足，極大地限制了氣溶膠浮選技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展。

5 結(jié)論與展望

氣溶膠浮選技術(shù)雖然得到一定的應(yīng)用，但是從總體來(lái)看，該技術(shù)一直沒有受到重視，這是由于技術(shù)本身存在的一些不足，導(dǎo)致該技術(shù)很少應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。現(xiàn)在氣溶膠發(fā)生器比較成熟，并配有精密的氣溶膠測(cè)量?jī)x器，且現(xiàn)有技術(shù)條件也可以生產(chǎn)大型的氣溶膠發(fā)生器產(chǎn)品，因此，過去存在的問題基本可以解決，氣溶膠浮選技術(shù)的前景將是光明的。鑒于該技術(shù)對(duì)浮選具有極大地促進(jìn)作用，對(duì)該技術(shù)進(jìn)行深入研究，并推廣應(yīng)用是很有必要的。

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