浮選柱技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展方向*

馬智敏 張 輝 陳興華 熊道陵

(1.平頂山華興浮選工程技術(shù)服務(wù)有限公司；2.江西理工大學(xué)冶金與化學(xué)工程學(xué)院)

浮選柱技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展方向*

馬智敏1張 輝2陳興華1熊道陵2

(1.平頂山華興浮選工程技術(shù)服務(wù)有限公司；2.江西理工大學(xué)冶金與化學(xué)工程學(xué)院)

相比傳統(tǒng)浮選機(jī)，浮選柱具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積小、選礦回收率高等優(yōu)點(diǎn)，可簡(jiǎn)化選礦工藝流程、提高選別指標(biāo)、降低生產(chǎn)成本。介紹了浮選柱的結(jié)構(gòu)和工作原理，歸納了目前常見(jiàn)的不同特色浮選柱的工作原理和特點(diǎn)，總結(jié)了浮選柱技術(shù)在鋁土礦、銅礦石、鋰輝石、鉛鋅礦石、黃金、鐵礦石、鎳礦石、鉬礦石、白鎢礦等選礦中的應(yīng)用現(xiàn)狀，提出浮選柱充氣材料性能的提升、消泡配套設(shè)備的研發(fā)、浮選過(guò)程自動(dòng)化控制的建立與完善、在二次資源選礦領(lǐng)域的應(yīng)用等是今后浮選柱的發(fā)展方向。最后指出，隨著礦產(chǎn)資源日益貧化，浮選柱技術(shù)將具有廣闊的應(yīng)用前景。

浮選柱技術(shù) 選礦 研究現(xiàn)狀 發(fā)展方向

隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，礦產(chǎn)資源開(kāi)采速度迅速提高，儲(chǔ)量不斷降低，原礦貧化日益嚴(yán)重。加之人們?cè)絹?lái)越重視對(duì)環(huán)境的保護(hù)，社會(huì)對(duì)選礦設(shè)備提出了更高的要求。1980年以來(lái)，高效節(jié)能的選礦設(shè)備浮選柱成為各礦業(yè)大國(guó)的研究熱點(diǎn)，并成功應(yīng)用于各礦山選廠的工業(yè)生產(chǎn)，以及油水分離和廢水處理等環(huán)保領(lǐng)域，提高了浮選的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)[1-3]。我國(guó)在上世紀(jì)七十年代初對(duì)浮選柱技術(shù)進(jìn)行過(guò)很多研究，但限于當(dāng)時(shí)選礦技術(shù)和相應(yīng)裝備等水平，沒(méi)有有效解決浮選柱充氣方式及氣泡發(fā)生器材料存在的問(wèn)題，經(jīng)常出現(xiàn)氣泡發(fā)生器堵塞、參數(shù)變化敏感等情況，致使選礦指標(biāo)不穩(wěn)定，從而制約了浮選柱在我國(guó)選礦領(lǐng)域的推廣應(yīng)用[4]。近年來(lái)，隨著對(duì)浮選柱研究的不斷深化，其結(jié)構(gòu)和性能等各方面都有了明顯提升，使得浮選柱技術(shù)逐漸走向了成熟，具有廣闊的應(yīng)用前景[5-7]。

1 浮選柱的結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 浮選柱結(jié)構(gòu)

浮選柱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要由柱體和氣泡發(fā)生裝置構(gòu)成。柱體通常分為礦化區(qū)和精選區(qū)兩部分，見(jiàn)圖1。傳統(tǒng)的浮選柱通常為細(xì)長(zhǎng)筒型，一般柱高9～15 m、直徑0.5～3.0 m，斷面呈矩形或圓形。直徑 2 m 以上的浮選柱，多在柱體內(nèi)沿軸方向安裝整流板[8]。

圖1 浮選柱結(jié)構(gòu)示意

1.2 工作原理

給礦礦漿從位于柱體上部約1/3處的給礦管給入浮選柱內(nèi)，壓縮空氣通過(guò)內(nèi)置于柱體下端的發(fā)泡器給入，在柱體內(nèi)形成大量的微小氣泡。另外在泡沫堰上部設(shè)置沖洗水，用于沖洗泡沫中夾帶的脈石礦物，提高浮選泡沫產(chǎn)品的品位。礦漿在浮選柱內(nèi)受到重力作用向下運(yùn)動(dòng)，與氣泡發(fā)生器產(chǎn)生的緩慢上升的氣泡接觸，被表面活性劑作用后，其中表面疏水性礦物就會(huì)黏附在氣泡表面，隨氣泡上浮至精選區(qū)，泡沫夾帶的一些脈石礦物經(jīng)沖洗水作用后脫落于精選區(qū)或泡沫區(qū)，精礦泡沫則自溢到精礦槽中。而礦漿表面的親水性礦物則隨礦漿從尾礦口排出。

浮選柱經(jīng)過(guò)近50年的不斷發(fā)展，整體結(jié)構(gòu)不斷發(fā)生變化。目前設(shè)備高度由開(kāi)始的10 m已下降到5 m以下，充氣方式也呈現(xiàn)多樣化發(fā)展，氣泡發(fā)生裝置進(jìn)一步優(yōu)化，并出現(xiàn)了一大批各具特色的浮選柱。

目前已開(kāi)發(fā)出具有不同特色的浮選柱，包括常見(jiàn)的傳統(tǒng)浮選柱(Bourin浮選柱)、FCSMC浮選柱、CPT浮選柱、充填式浮選柱、Jameson浮選柱、旋流器式浮選柱、多層段浮選柱、無(wú)傳動(dòng)微泡浮選槽，全泡沫浮選柱，KYZ型浮選柱等[9-17]。浮選柱應(yīng)用范圍大，早已從最初的煤礦等領(lǐng)域逐漸拓展到金屬礦領(lǐng)域，并且在逐步優(yōu)化和完善其在各個(gè)礦物領(lǐng)域浮選。常見(jiàn)的浮選柱及其工作原理和特點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 常見(jiàn)的不同特色浮選柱的工作原理及特點(diǎn)

2 浮選柱技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

浮選柱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積小，安全節(jié)能，無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件、浮選動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定，氣泡相對(duì)較小、分布均勻，氣泡-顆粒浮選界面大，適用于微細(xì)粒礦物的選別，并且易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化和設(shè)備大型化。浮選柱能有效降低浮選作業(yè)次數(shù)，簡(jiǎn)化浮選流程，且具有浮選藥劑用量少、選礦指標(biāo)好、浮選速度快、便于引入其他力場(chǎng)以強(qiáng)化分選等優(yōu)點(diǎn)[18]。浮選柱技術(shù)在有色金屬、黑色金屬及黃金等選礦領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

2.1 在鋁土礦選礦中的應(yīng)用

鋁土礦資源的不斷開(kāi)發(fā)利用，貧化現(xiàn)象日漸突出，高鐵、高硅、嵌布粒度細(xì)是當(dāng)前我國(guó)鋁土礦選礦廠面臨的一大難題。鋁土礦采用傳統(tǒng)浮選設(shè)備正浮選存在著精礦產(chǎn)率高、泡沫量大等缺點(diǎn)，浮選效果不理想，尤其在處理貧雜礦石時(shí)比較困難。浮選柱自身特點(diǎn)恰能解決該問(wèn)題，并早有成功應(yīng)用實(shí)例。

平頂山華興浮選工程技術(shù)服務(wù)有限公司和鄭州輕金屬研究院聯(lián)合開(kāi)發(fā)的無(wú)傳動(dòng)微泡浮選槽已成功應(yīng)用在鋁土礦正浮選中，先后在河南、山西等地鋁土礦選廠投產(chǎn)。采用浮選機(jī)和浮選柱聯(lián)合浮選工藝，大大縮短了選礦工藝流程。在處理低品位高鋁硅比的鋁土礦時(shí)，無(wú)傳動(dòng)微泡浮選槽解決了低品位、高鋁硅比的鋁土礦浮選時(shí)微細(xì)粒礦物的分離富集問(wèn)題，節(jié)省了大量藥劑。對(duì)河南某鋁土礦進(jìn)行工業(yè)浮選試驗(yàn)，采用一段磨礦細(xì)度-0.074 mm占84%時(shí)，在原礦氧化鋁品位僅57.50%、鋁硅比4.20時(shí)，運(yùn)行穩(wěn)定期間獲得精礦鋁硅比6.83、氧化鋁回收率85.47%浮選指標(biāo)。采用兩段磨礦—浮選(磨礦細(xì)度-0.074 mm占88%)原則流程，在原礦氧化鋁品位僅為57.30%、鋁硅比4.26時(shí)，獲得精礦鋁硅比7.13，氧化鋁回收率85.23%的浮選指標(biāo)。無(wú)傳動(dòng)浮選槽和浮選機(jī)的聯(lián)合使用，節(jié)能降耗作用明顯。相比單一使用浮選機(jī)設(shè)備，進(jìn)而節(jié)能約30%、降低捕收劑用量約40%，有利于低成本生產(chǎn)。

2.2 在銅礦石選礦中的應(yīng)用

銅礦石通常伴生有金、銀、鉛、鋅等有價(jià)金屬，性質(zhì)復(fù)雜。如果采用傳統(tǒng)的機(jī)械攪拌式浮選機(jī)優(yōu)先選銅，不但工藝流程長(zhǎng)，而且功耗大、成本高。鄧小偉、李延峰[19]等通過(guò)采用旋流-靜態(tài)微泡浮選柱進(jìn)行1粗2精閉路流程優(yōu)先選銅半工業(yè)試驗(yàn)，結(jié)果表明，在原礦金屬礦物約占5%、脈石礦物占95%的情況下，最終可得到銅、金、銀品位分別為18%、60 g/t、6 000 g/t，回收率均達(dá)50%以上的混合精礦，指標(biāo)良好，并縮短了工藝流程、降低了能耗。

2.3 在鋰輝石選礦中的應(yīng)用

鋰輝石是目前世界上主要開(kāi)采利用的鋰礦物資源之一。鋰輝石礦物表面易風(fēng)化，在礦漿中易被礦泥污染，可浮性降低。浮選鋰輝石礦物時(shí)，粒度要求較粗。故采用傳統(tǒng)的機(jī)械攪拌式浮選設(shè)備對(duì)泥化嚴(yán)重和粗粒的鋰礦物浮選比較困難，難以獲得良好的選別指標(biāo)。采用浮選柱對(duì)鋰輝石進(jìn)行選別，對(duì)提高浮選指標(biāo)、實(shí)現(xiàn)資源高效利用，具有重要意義。

四川某鋰輝石選礦廠位于海拔四千多米的地區(qū)，空氣稀薄，采用傳統(tǒng)的機(jī)械攪拌式浮選機(jī)進(jìn)行浮選，礦化效率較低，工藝指標(biāo)有待提高。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用一臺(tái)φ1 500 mm試驗(yàn)型無(wú)傳動(dòng)浮選槽進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)。采用粗選礦漿分流法浮選，在礦石性質(zhì)、礦漿濃度、磨礦細(xì)度、藥劑用量等浮選參數(shù)相同的條件下，使用無(wú)傳動(dòng)浮選槽對(duì)該鋰輝石進(jìn)行選別，同時(shí)優(yōu)化設(shè)備操作參數(shù)。結(jié)果表明，無(wú)傳動(dòng)微泡浮選槽浮選精礦相比傳統(tǒng)浮選機(jī)，鋰品位提高了0.66個(gè)百分點(diǎn)，尾礦品位降低了0.12個(gè)百分點(diǎn)，鋰輝石回收率提高了8.73個(gè)百分點(diǎn)。

2.4 在鉛鋅礦石選礦中的應(yīng)用

鉛鋅礦礦物種類多，大多存在于硫化礦床中。隨著硫化礦床開(kāi)采殆盡，低品位氧化鉛鋅礦受到各鉛鋅礦山企業(yè)的關(guān)注，并對(duì)浮選工藝尤其浮選設(shè)備提出了更高的要求。該礦石氧化程度高、含泥量大，傳統(tǒng)浮選機(jī)選別難度大、鉛鋅回收率低。

劉炯天、王永田[20]等采用旋流-靜態(tài)微泡浮選柱對(duì)柴山某鉛鋅礦石進(jìn)行半工業(yè)選別試驗(yàn)，通過(guò)優(yōu)先浮鉛再浮鋅的工藝流程處理，獲得鉛精礦品位62.79%、回收率為89.81%和鋅精礦品位為52.24%、回收率為90.46%的良好指標(biāo)。相比傳統(tǒng)浮選機(jī)，鉛精礦和鋅精礦指標(biāo)都得到了提升，同時(shí)工藝流程得到簡(jiǎn)化。

2.5 在黃金選礦中的應(yīng)用

金礦石選別中浸出工藝比較常見(jiàn)，但難處理金礦石的增加促進(jìn)了浮選法選金的成功應(yīng)用，且浮選設(shè)備以傳統(tǒng)浮選機(jī)為主。國(guó)外有不少浮選柱在選金領(lǐng)域應(yīng)用的成功案例，而國(guó)內(nèi)的研究和應(yīng)用很少。

王彩霞[21]等對(duì)某金礦選廠進(jìn)行擴(kuò)建、改進(jìn)時(shí)，采用浮選機(jī)—浮選柱聯(lián)合浮選，得到品位為56.58 g/t、回收率為96.74%的精礦，與單一使用浮選機(jī)相比，提高了0.4個(gè)百分點(diǎn)，每年增加利潤(rùn)200萬(wàn)元以上。由于該金礦開(kāi)采條件改變，使金礦石中礦泥含量增多，管樂(lè)、高云[22]等采用浮選柱對(duì)某金礦石礦泥進(jìn)行半工業(yè)浮選試驗(yàn)。濃縮機(jī)底流分流礦漿給入浮選柱，在甲基酯、黃藥、11#油用量分別為90、50、50 g/t的條件下，獲得了金精礦回收率為91.05%的良好指標(biāo)。浮選柱浮選過(guò)程中泡沫層穩(wěn)定，泡沫豐富，金精礦指標(biāo)穩(wěn)定，具有很大的優(yōu)越性。

2.6 在鐵礦石反浮選中的應(yīng)用

我國(guó)鐵礦資源隨著工業(yè)的發(fā)展而逐漸貧化，常規(guī)的強(qiáng)磁、弱磁選礦工藝已不能實(shí)現(xiàn)鐵的高效選別和資源的綜合利用，階段磨礦、粗細(xì)粒分級(jí)、重選、弱磁—強(qiáng)磁—反浮選等復(fù)雜工藝流程不斷提出并被應(yīng)用。傳統(tǒng)浮選設(shè)備對(duì)嵌布粒度非常細(xì)、礦石性質(zhì)復(fù)雜的鐵礦石不僅難以獲得良好的選礦指標(biāo)，還會(huì)增加流程和生產(chǎn)成本以實(shí)現(xiàn)礦石的充分利用。

王偉之、陳麗平[23]等利用充填浮選柱與微泡逆流接觸式浮選柱的優(yōu)勢(shì)，組合成充填型微泡逆流接觸式浮選柱，采用1粗1精1掃流程對(duì)某TFe品位為42.15%的混磁鐵精礦進(jìn)行陰離子反浮選試驗(yàn)，最終可獲得TFe為67.05%、回收率為72.77%的鐵精礦，同時(shí)尾礦鐵品位降低到11.25%。

為提高資源利用率，齊雙飛、王葵軍[24]等針對(duì)某鐵選廠赤鐵礦浮選尾礦進(jìn)行旋流-靜態(tài)微泡浮選柱和傳統(tǒng)浮選機(jī)選別提鐵對(duì)比試驗(yàn)。在相同的給礦條件下，浮選柱浮選最終鐵精礦鐵品位較浮選機(jī)高1.17個(gè)百分點(diǎn)、回收率高22.9個(gè)百分點(diǎn)，并且流程簡(jiǎn)單、能耗低。

2.7 在鎳礦石選礦中的應(yīng)用

我國(guó)現(xiàn)有的硫化鎳礦石浮選工藝基本上是以傳統(tǒng)浮選機(jī)為主體的槽式浮選，存在泡沫層薄、礦化方式單一、對(duì)微細(xì)粒難選礦物分選效果不佳等缺點(diǎn)。對(duì)貧、細(xì)、雜難選硫化鎳礦石選別中，常出現(xiàn)細(xì)粒級(jí)回收率低、工藝流程長(zhǎng)、選礦成本高等問(wèn)題。既造成了鎳礦資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，又限制著礦山企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的增長(zhǎng)，制約我國(guó)鎳工業(yè)的發(fā)展。浮選柱浮選可很好地解決這些問(wèn)題，表現(xiàn)出對(duì)微細(xì)粒硫化鎳礦石的浮選優(yōu)勢(shì)。

傳統(tǒng)浮選柱結(jié)構(gòu)和充氣方式簡(jiǎn)易，在浮選貧細(xì)硫化鎳礦石時(shí)回收率低，只適用于精選作業(yè)，而在粗掃選作業(yè)時(shí)易被傳統(tǒng)浮選機(jī)取代。浮選柱經(jīng)選礦工作者不斷改進(jìn)，自身優(yōu)點(diǎn)和浮選優(yōu)勢(shì)更加突出。馬子龍[25]在分析金川鎳礦石成分、嵌布粒度、單體解離度等條件后，采用具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的旋流-靜態(tài)微泡浮選柱進(jìn)行階段磨礦—階段選別的柱式強(qiáng)化浮選，最終尾礦鎳品位較傳統(tǒng)浮選降低0.01個(gè)百分點(diǎn)，鎳金屬回收率提高0.67個(gè)百分點(diǎn)。

2.8 在鉬礦石選礦中的應(yīng)用

鉬礦物天然可浮性較好，傳統(tǒng)浮選即有較好的選別指標(biāo)，但對(duì)氧化程度和礦泥含量高的鉬礦石，傳統(tǒng)浮選機(jī)缺乏強(qiáng)有力的回收機(jī)制，鉬金屬損失量大。浮選柱選別能較好地解決該問(wèn)題，并且能在同等條件下提高鉬金屬回收率。

內(nèi)蒙古某鉬礦氧化程度嚴(yán)重，李振、劉炯天[26]等以微泡浮選柱為主體設(shè)備對(duì)其進(jìn)行全流程浮選試驗(yàn)。結(jié)果表明，硫化鉬精礦品位大于40%、氧化鉬精礦品位大于6%，總精礦鉬品位大于70%，指標(biāo)良好，實(shí)現(xiàn)了硫化鉬與氧化鉬的分離。相比傳統(tǒng)浮選機(jī)，浮選柱在鉬礦選礦領(lǐng)域具有回收能力強(qiáng)、富集比高、流程短等顯著優(yōu)勢(shì)。

2.9 在白鎢礦選礦中的應(yīng)用

白鎢礦天然可浮性較好，通常與輝鉬礦等硫化礦伴生，其中脈石礦物較為復(fù)雜。一般采用單一浮選或重選—浮選回收白鎢礦，工藝流程長(zhǎng)而復(fù)雜。傳統(tǒng)浮選機(jī)浮選所需浮選設(shè)備多，自動(dòng)化程度低。

洛陽(yáng)欒川某白鎢礦選礦廠采用5臺(tái)改良型浮選柱，采用1粗2精2掃精選流程進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)。初次試驗(yàn)獲得了鎢品位大于40%、回收率為93.96%的鎢精礦，比傳統(tǒng)浮選指標(biāo)高出15%。經(jīng)后續(xù)改造，白鎢精礦品位高出2.98%、回收率高1.13%，尾礦鎢品位降低0.015%。結(jié)果表明浮選柱應(yīng)用于低品位白鎢礦的精選是可行的，指標(biāo)較好，提高了生產(chǎn)效率[27-28]。

3 浮選柱技術(shù)的發(fā)展方向

(1)氣泡發(fā)生裝置的優(yōu)劣是整個(gè)浮選柱質(zhì)量高低的關(guān)鍵。由于充氣材料質(zhì)量水平低，氣泡發(fā)生裝置長(zhǎng)時(shí)間使用易出現(xiàn)堵塞、磨蝕等問(wèn)題，限制了浮選柱技術(shù)在我國(guó)選礦領(lǐng)域的規(guī)?；瘧?yīng)用。因此，研制出耐磨、耐沖擊、耐腐蝕的新型充氣材料是浮選柱在選礦領(lǐng)域得到更全面應(yīng)用的必要條件，從而取代傳統(tǒng)浮選機(jī)成為泡沫浮選的主要選礦設(shè)備。

(2)由于氧化礦浮選時(shí)泡沫產(chǎn)率大，采用浮選柱浮選時(shí)，傳統(tǒng)消泡水消泡不徹底，致使攪拌槽可使用體積變小，易出現(xiàn)跑槽、冒槽現(xiàn)象。與浮選柱相配套的消泡設(shè)備也是其應(yīng)用推廣的一個(gè)先決條件。

(3)浮選過(guò)程自動(dòng)化控制對(duì)于浮選柱技術(shù)的發(fā)展具有積極意義。大力發(fā)展PID與PLC系統(tǒng)，建立并優(yōu)化給藥系統(tǒng)、沖洗水控制系統(tǒng)及泡沫層檢測(cè)系統(tǒng)(液面控制系統(tǒng))，使浮選柱在浮選生產(chǎn)過(guò)程中更加自動(dòng)化、智能化將是今后重要的研究?jī)?nèi)容[29]。

(4)浮選柱技術(shù)無(wú)論是在黑色金屬還是有色金屬選礦等領(lǐng)域均已有所突破，工業(yè)應(yīng)用效果非常理想。隨著礦產(chǎn)資源的逐漸減少，二次資源利用獲得良好的發(fā)展空間[30]。如何利用浮選柱的特點(diǎn)，將其應(yīng)用拓展到二次資源選礦領(lǐng)域是選礦工作者將要面對(duì)的一項(xiàng)重要課題。

4 結(jié) 語(yǔ)

浮選柱技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)著礦產(chǎn)資源的高效開(kāi)發(fā)利用，隨著礦產(chǎn)資源的日益貧化，更加高效節(jié)能的浮選柱設(shè)備在選礦領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。針對(duì)不同礦物的性質(zhì)，浮選柱浮選過(guò)程中入選礦漿濃度、充氣量、液面控制等參數(shù)的控制還有待進(jìn)一步研究。與此同時(shí)，浮選柱零部件制造材料、配套設(shè)備、自動(dòng)化控制系統(tǒng)等研究是推動(dòng)浮選柱技術(shù)在各礦產(chǎn)選礦領(lǐng)域以及二次資源選礦領(lǐng)域應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)力，是我國(guó)礦產(chǎn)資源得以綜合利用重要的前提條件。

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*國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(編號(hào)：51364014)。

2015-07-10)

馬智敏(1989—), 男，助理工程師，碩士，467100 河南省平頂山市新華區(qū)建設(shè)路西段281號(hào)。