我國浮選技術(shù)發(fā)展趨勢的探討

陳 瑜

(遼寧科技大學(xué)，遼寧 鞍山 114001)

0 引言

通過翻閱歷史，遠(yuǎn)古時期的祖先們對選礦以及浮選已經(jīng)有了一定的認(rèn)知，并且也掌握了一些方法。例如，湖南衡陽出土的商代青銅牛尊標(biāo)志我國商朝就已形成礦石揀選工藝，同時在中國古代就能夠開采、利用自然金、自然銅、滑石和朱砂等材料。此外，在《天工開物》的插圖中也展現(xiàn)了“河池山錫”與“淘洗鐵砂”的畫面。近代的中國，湖廣總督張之洞主建了漢陽鐵廠、機(jī)械重力選礦廠和鉛鋅浮選廠。而到了現(xiàn)代的中國，在繼承先輩們的傳統(tǒng)與經(jīng)驗(yàn)的同時，我們也初步取得了一些成果：我國擁有世界上規(guī)模最大的選煤廠—中國山西省平朔煤礦安家?guī)X選煤廠；我國規(guī)模最大的選礦廠—江西德興銅礦大山選礦廠；在20世紀(jì)，我國由泡沫浮選法和氰化物抑制等方法發(fā)展了優(yōu)先浮選工藝，再到以黃藥為代表的合成浮選藥劑，使得浮選技術(shù)得到了重大的發(fā)展。

1 浮選技術(shù)的發(fā)展

浮選是能夠使礦物顆粒有選擇性地向氣泡附著的一種選礦方法，機(jī)理是利用礦物表面不同的物理化學(xué)性質(zhì)，主要影響表面性質(zhì)的因素包括：吸附、潤濕性、氧化、分散、溶解、表面電性和絮凝等。浮選技術(shù)作為礦物分選工藝之一，是通過礦物表面潤濕性的差異來進(jìn)行區(qū)分物料。主要的浮選技術(shù)有全油、表層和泡沫三種浮選形式，其中，全油浮選和表層浮選因?yàn)樗鼈兌荚趦上嗟慕缑姘l(fā)生作用，故也稱之為界面浮選。隨著社會發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步，浮選的定義也在隨時更新，其設(shè)備與時俱進(jìn)地更新，新技術(shù)的融合也極大地提升了選礦的效率與精度。通過總結(jié)，浮選技術(shù)近年來有以下趨勢：

1)浮選設(shè)備大型化：通過大型機(jī)器設(shè)施來減少選礦廠日處理量所需的時間，節(jié)儉能耗，節(jié)約成本。

2)浮選設(shè)備節(jié)能化：通過葉輪-定子系統(tǒng)(符合浮選動力學(xué)[1-3])和空氣的設(shè)計，使得礦粒表面與氣泡得碰撞概率有了較好提升，進(jìn)一步提升脈石礦物的回收率，降低電耗與機(jī)器各零件的損壞程度[4]。

3)浮選設(shè)備自動化[5]：根據(jù)浮選過程的特殊性，我們發(fā)現(xiàn)可以運(yùn)用的檢測儀器有浮選機(jī)液位傳感器、浮選機(jī)頁面自動控制系統(tǒng)、射流浮選柱的檢測與控制系統(tǒng)、微泡浮選柱計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、泡沫數(shù)字圖像控制[6]等。

4)浮選領(lǐng)域擴(kuò)大化：由于需要浮選得礦石浸染粒度細(xì)、有用成分較低，因此，我們將浮選領(lǐng)域擴(kuò)大，以新型、作用力強(qiáng)型的浮選方法使過程最佳化，達(dá)到最好的分選效果，來提高經(jīng)濟(jì)效益。例如，我國在造紙工業(yè)中的廢紙脫墨技術(shù)效果顯著[7-9]。

2 浮選工藝的發(fā)展

2.1 浮選原理

浮選原理是依靠各種礦物原料顆粒表面所具有的親水性、疏水性、中等親水性或經(jīng)浮選藥劑作用來選別礦物，它發(fā)生在一個氣液固三相界面上。疏水就是在固、液、氣三相界面有選擇性地聚集，通過向其中增添捕收劑，使目標(biāo)礦物的疏水性增強(qiáng)，促使礦物分離。

也可以從動力學(xué)的角度來理解浮選過程的基本原理。當(dāng)?shù)V物顆粒在氣泡的碰撞中，氣體逐漸集合，在浮選槽中急劇上升，最終形成狂化泡沫。與此同時，部分集聚體還需要經(jīng)歷脫落減緩的過程。

以直接完成浮選過程的“浮選機(jī)”為例，內(nèi)部結(jié)構(gòu)自上而下包括泡沫區(qū)、分離區(qū)、攪拌區(qū)。分離區(qū)需與泡沫區(qū)、攪拌區(qū)形成較為明顯的界限，保證足夠的高度和容積，保證礦物顆粒向氣泡附著，實(shí)現(xiàn)礦物分選。

2.2 浮選過程

浮選大致包括磨礦、分級、調(diào)漿以及粗選、精選、掃選作業(yè)等過程。其中粗選是指產(chǎn)出粗精礦；精選是指產(chǎn)出精礦；混合-分離浮選是指將有用礦物浮出后再行分離的過程；優(yōu)先浮選(也稱選擇浮選)是指將不同礦物先后浮選的過程。

礦物顆粒的浮選過程基本上是在礦物、水和氣泡(即固體、液體和氣體)三相界面上進(jìn)行和完成的。在這一過程中，能夠進(jìn)行浮選的關(guān)鍵是：一是要注意氣泡與脈石礦物得碰撞概率，但即使有機(jī)會碰撞，它不會黏附在氣泡上，所以被遺留在最初的礦漿之中。在這里，需要注意氣泡既是脈石礦物與有用礦物分選的重要媒介，同時也是運(yùn)輸?shù)闹饕ぞ?；二是盡可能增加氣泡和有用礦物的碰撞，使得擁有礦物能夠牢牢地黏附在氣泡上，使得有用礦物能夠漂浮在礦漿表面；三是要注意礦物表面潤濕性，礦物表面濕潤性的不同能夠?qū)е碌V漿能否析出足夠多的體積小、性質(zhì)穩(wěn)定的氣泡。

工業(yè)生產(chǎn)過程中，需要針對產(chǎn)品需求以及礦石特性的區(qū)別，以不同的浮選流程和差異化的藥方來對待。

關(guān)于鉛鋅礦的浮選：采取混合浮選方案時，先通過黃藥將鋅、鉛礦物浮出；再通過氰化物、硫酸鋅等試劑抑制混合精礦中的鋅礦物，進(jìn)而選出鉛礦物。采取選擇浮選方案時，采用氰化物、硫酸鋅等試劑抑制閃鋅礦，再采取黃藥浮選方鉛礦；最后通過硫酸銅活化進(jìn)而實(shí)現(xiàn)黃藥浮選閃鋅礦。目前國內(nèi)多數(shù)選礦廠采用亞硫酸及相關(guān)鹽類試劑替代氰化物實(shí)現(xiàn)浮選。

關(guān)于銅礦的浮選：氧化銅礦通常包括兩種類型，一是先以硫化鈉試劑進(jìn)行活化后，再通過加入黃耀實(shí)現(xiàn)浮選，二是直接用脂肪酸實(shí)現(xiàn)浮選。對于硫化銅礦物的浮選，國內(nèi)通常采用石灰作為調(diào)整劑、松醇油作為起泡劑、黃藥作為捕收劑，以及其它試劑共同處理后進(jìn)行浮選，實(shí)現(xiàn)脈石及共生硫化鐵礦物的有效分離。大多數(shù)礦石是采用選擇浮選的辦法。

關(guān)于磷灰石及螢石的浮選：國內(nèi)通常采用水玻璃等作為脈石抑制劑，將氧化石蠟或油酸等作為捕收劑，實(shí)現(xiàn)浮選。

關(guān)于鐵礦的浮選：在鐵礦浮選中，有兩類浮選。反浮選鐵礦是采用陰離子捕收劑對鈣離子活化的石英進(jìn)行浮選，或通過陽離子胺類捕收劑對活化的石英進(jìn)行浮選；正浮選鐵礦是采用塔爾油、石油磺酸鹽或油酸作為捕收劑(可以兼起泡劑)，對褐鐵礦和赤鐵礦等礦物進(jìn)行浮選；除上述外，國內(nèi)通常也采用絮凝-脫泥-反浮選的技術(shù)工藝實(shí)現(xiàn)對細(xì)粒浸染鐵礦石的處理。

關(guān)于石墨和煤泥的浮選：通常，國內(nèi)常用醇類試劑作為起泡劑，再用以煤油為代表的中性油料作為捕收劑實(shí)現(xiàn)浮選。

關(guān)于錫、鎢礦泥的浮選：對有錫石或黑鎢礦的細(xì)泥，國內(nèi)通常采用以苯乙烯磷酸或油酸為代表的試劑作為捕收劑，再以水玻璃作為脈石抑制劑，實(shí)現(xiàn)回收作用的浮選。

2.3 浮選工藝及設(shè)備

目前為止，關(guān)于浮選技術(shù)的原理及理論體系基本相同，較為常用的方法是泡沫浮選法。具體工藝流程為，將礦石以磨碎或破碎的方式，使得礦物能夠分解為單體顆粒；再浮選除所需要大小的顆粒，對顆粒研磨成礦漿；再按照比例配入各種浮選藥劑進(jìn)行調(diào)和攪拌，從而擴(kuò)大不同礦物顆粒的可浮性；再將調(diào)和后的礦漿泵入浮選槽，加以充氣和攪拌，使氣泡與礦漿內(nèi)的顆粒充分碰撞和接觸；氣泡能夠?qū)⒖筛⌒暂^好的礦粒進(jìn)行黏附，共同上升為固、液、氣三相形成的礦化泡沫層；礦化泡沫層再通過礦漿面溢出或機(jī)械刮取方式，經(jīng)脫水干燥處理后，形成精品礦。該方式能夠起到將有用的礦物顆粒留存于礦漿，而浮選出無用的礦物顆粒的作用。例如，從鐵礦石中浮出石英等。

國內(nèi)常用的浮選設(shè)備發(fā)展歷程已有百余年歷史。浮選技術(shù)水平日益得到提高，其應(yīng)用范圍隨著科技進(jìn)步不斷得到拓展，基本滿足了水處理、非金屬、金屬等多領(lǐng)域、多方面的需求與應(yīng)用。因此，選礦工藝中浮選機(jī)性能的好壞將直接影響浮選效果的高低，與我國的浮選經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也有著千絲萬縷的聯(lián)系。

現(xiàn)介紹我國幾種典型的浮選工藝設(shè)備—浮選機(jī)：

1)XJM浮選機(jī)和XJM-S浮選機(jī)，目前已經(jīng)成為我國在煤泥浮選方面的重要浮選設(shè)備。

2)BF型浮選機(jī)，使我國自吸式浮選機(jī)技術(shù)邁上了新臺階。

3)FJCA型浮選機(jī)，可在入選不同礦井的不同原料時，仍能在精礦、尾礦等方面滿足生產(chǎn)的需求。

4)BGR IMM系列浮選機(jī)，其中KYF-200浮選機(jī)為我國目前容積最大、礦化氣泡回收最快的浮選機(jī)。

在選礦生產(chǎn)中，浮選機(jī)的地位是不可小覷的。隨著浮選技術(shù)的先進(jìn)與成熟，浮選工藝流程設(shè)備也愈加豐富。

3 結(jié)語

近年來，隨著我國資源類礦石的減少與原生礦石的貧化，社會對環(huán)境清潔的要求，使得浮選技術(shù)與工藝被不斷地提出新的要求，也將面臨更大的挑戰(zhàn)。

1)機(jī)器設(shè)備的大型化的維護(hù)與改進(jìn)仍將成為新的熱點(diǎn)問題。

2)浮選技術(shù)的自動化雖然已普遍采用，但仍有相關(guān)技術(shù)問題亟待解決。

3)浮選技術(shù)與工藝在環(huán)保方面的二次利用還需進(jìn)行設(shè)計理念的更新。

因此，必須要做到如下幾點(diǎn)：

1)持續(xù)不斷地發(fā)展新的浮選工藝和大型浮選設(shè)備；

2)深入探究作用力強(qiáng)，選擇性好，毒性小的多種化學(xué)浮選藥劑；

3)繼續(xù)研究浮選數(shù)學(xué)模型以及自動控制，使得浮選過程最佳化，達(dá)到最好的分選效果，以提高各個選廠的經(jīng)濟(jì)效益；

4)進(jìn)一步從多個領(lǐng)域深入探索浮選的作用機(jī)理，發(fā)展以及完善浮選理論體系。