空腔諧振式浮選柱在某極微細粒鋁土礦石浮選中的應(yīng)用

劉愛春 霍 平 李永全 Eric Yan 韓曉亮 崔花蕊 楊建超

（1.藝?yán)盆F（天津）有限公司；2.山西道爾鋁業(yè)有限公司；3.Eriez Manufacturing Co.）

據(jù)美國地質(zhì)局統(tǒng)計，全球鋁土礦主要分布在非 洲、大洋洲、南美洲以及東南亞地區(qū)。2018年，全球探明儲量300億t，主要分布在幾內(nèi)亞、澳大利亞、巴西、牙買加、越南、印度尼西亞，這些國家已探明鋁土礦儲量約占全球鋁土礦總儲量的72%。從鋁土礦儲量來看，我國鋁土礦儲量不足全球的5%［1-2］。

從鋁土礦產(chǎn)量來看，2018年全球鋁土礦產(chǎn)量3億t，澳大利亞位居首位，年產(chǎn)量7 500萬t；中國位居第二，年產(chǎn)量7 000萬t；幾內(nèi)亞、巴西、印度、牙買加分列第三至第六位，這些國家占全球鋁土礦產(chǎn)量的85.3%［3］。

我國鋁土礦資源豐度中等，資源分布集中。據(jù)國土資源部統(tǒng)計，截至2017年底，全國鋁土礦資源總儲量50.89億t，其中山西（15.2億t）、河南（11.23億t）、廣西（10.26億t）、貴州（10.24億t）4省區(qū)鋁土礦資源占全國總資源量的90%以上［4］。

近年來，我國鋁資源相關(guān)行業(yè)發(fā)展迅速，對鋁資源的需求越來越大，并成為全球產(chǎn)出氧化鋁最多的國家。隨著鋁資源的開發(fā)利用，中國對鋁土礦資源進口比例越來越大，對外依存度越來越高［5］。針對我國鋁工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，高效開發(fā)利用國內(nèi)的鋁土礦資源，減少對國外鋁土礦資源的依賴，已成為我國鋁土礦開發(fā)和國民經(jīng)濟發(fā)展的重要方向。目前，我國的選礦脫硅技術(shù)發(fā)展已比較成熟，大部分研究都側(cè)重于分選工藝、藥劑和相關(guān)理論等研究，有關(guān)分選設(shè)備的研究則較少，故對分選設(shè)備研究以探究高效脫硅具有重要的意義。

目前，工業(yè)化的鋁土礦浮選設(shè)備以浮選機為主，主要有充氣式浮選機（XCF、KYF等系列）和自吸式機械攪拌式浮選機（BF、CF等系列）。周宏喜［6］等在BF型浮選機的基礎(chǔ)上研制了BF-L型浮選機，將浮選機聯(lián)合機組應(yīng)用于鋁土礦正浮選實踐取得了成功。朱紅龍［7］等將三級浮選槽串聯(lián)的充氣式微泡浮選機應(yīng)用于微細粒鋁土礦的生產(chǎn)中，獲得了良好的浮選指標(biāo)。

鋁土礦浮選生產(chǎn)流程長、能耗高，對微細粒的浮選效果差，因此，適用于細顆粒鋁土礦浮選的技術(shù)和設(shè)備研究備受關(guān)注。周杰強等［8］開發(fā)了一種無傳動的浮選槽，工業(yè)試驗證明，該設(shè)備對低品位鋁土礦正浮選脫硅具有良好的適應(yīng)性，不僅生產(chǎn)指標(biāo)良好，而且比傳統(tǒng)浮選機節(jié)藥、節(jié)電30%。歐樂明等［9］對河南某中低鋁硅比的鋁土礦開展了微泡浮選柱浮選試驗，1粗1精閉路浮選流程精礦鋁硅比為10.26、氧化鋁回收率達87.24%，微泡浮選柱的應(yīng)用簡化了浮選流程，為細粒鋁土礦的浮選創(chuàng)造了條件。王二星［10］等開展了大量的鋁土礦旋流-靜態(tài)微泡浮選柱分選工業(yè)試驗，證明旋流-靜態(tài)微泡浮選柱在鋁土礦浮選脫硅中的應(yīng)用是可行的，不僅浮選效果較好，而且流程較短、操作較簡單、能耗較低，具有重要的應(yīng)用價值。蔣元力等［11］提出了浮選機與浮選柱相結(jié)合的機柱聯(lián)合分選工藝，通過半工業(yè)試驗獲得了良好的選礦指標(biāo)。

已有的研究表明，根據(jù)鋁土礦的性質(zhì)特點，開發(fā)鋁土礦浮選新技術(shù)、新設(shè)備是我國鋁土礦浮選發(fā)展的重要方向。

1 EFD空腔諧振式浮選柱的開發(fā)背景

山西道爾鋁業(yè)有限公司在開發(fā)山西省交口縣境內(nèi)的低品位鋁土礦資源過程中，采用浮選脫硅技術(shù)提高礦石的鋁硅比，以滿足拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的鋁硅比要求。然而，該鋁土礦資源的特點是低品位，有用礦物嵌布粒度極細，-75μm占98%以上、-10μm占56.16%、-5μm占38.43%，礦石泥化嚴(yán)重，導(dǎo)致現(xiàn)場生產(chǎn)不僅藥劑消耗量大，精礦產(chǎn)率低，而且生產(chǎn)維護量大。為解決這些問題，山西道爾鋁業(yè)有限公司與藝?yán)袊献鏖_展了EFD空腔諧振式浮選柱（以下簡稱空腔諧振式浮選柱）的開發(fā)研究。

2 空腔諧振式浮選柱的工作原理

EFD（Eriez Flotation Division）前身是原加拿大工藝技術(shù)公司（簡稱CPT），是一家主要從事浮選裝備開發(fā)的科技公司。空腔諧振式浮選柱是一種逆流浮選設(shè)備，礦漿從距浮選柱頂部以下1～2 m處給入，礦物顆粒在重力和浮力作用下作沉降運動。氣泡分散器處于浮選柱底部礦漿循環(huán)管路的歧管支路上，柱體內(nèi)的礦漿通過礦漿泵進行強制循環(huán)，并隨著空氣的加入，在通過CavTube?型氣泡分散器時得到充分混合和礦化。CavTube?型氣泡分散器可以產(chǎn)生大量的微細氣泡，氣泡緩慢上升與沉降的礦粒接觸碰撞，疏水性礦粒被氣泡粘附后上升到浮選柱頂部，溢流成為泡沫產(chǎn)品，同時親水性礦粒會從浮選柱底部排出成為底流產(chǎn)品。空腔諧振式浮選柱的外觀見圖1，核心部件空腔諧振式發(fā)泡管的發(fā)泡效果見圖2。

CavTube?型氣泡分散系統(tǒng)主要由一系列空腔諧振式氣泡發(fā)生器組成，氣泡發(fā)生器是空腔諧振式浮選柱技術(shù)的核心專利產(chǎn)品。CavTube?空腔諧振管是一種針對流體動力曝氣系統(tǒng)特殊設(shè)計的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的設(shè)計是基于空化原理，即高壓力運動下的液體在壓力瞬間釋放的過程中會產(chǎn)生大量的微細氣泡，在相同充氣量的情況下，產(chǎn)生的氣泡比常規(guī)發(fā)泡器數(shù)量更多、尺寸更小，極大地提高氣泡-礦粒的碰撞概率。另外，在注入空氣的礦漿攜壓循環(huán)并通過空腔諧振式氣泡發(fā)生器的過程中，其內(nèi)部溶解的超細氣泡通過動態(tài)空化和應(yīng)力剪切來得到釋放。超細和微細氣泡有的可直接附著在疏水性的細顆粒表面，有的則通過在較粗顆粒表面聚集成核（協(xié)同效應(yīng)）來產(chǎn)生捕收作用，從而改善礦物的整體回收效果。

3 適應(yīng)性試驗

3.1 實驗室探索試驗研究

針對山西道爾鋁業(yè)有限公司浮選車間總尾礦鋁硅比偏高的問題，對車間浮選工藝流程不同階段的礦漿分別進行了探索試驗，旨在確定道爾公司總尾礦鋁硅比是否可以降低，并進一步確定浮選柱在浮選工藝流程中的位置。試驗過程使用直徑76.2 mm的實驗室型空腔諧振式浮選柱（圖3），給礦粒度為-0.074 mm95%，試驗用水為現(xiàn)場循環(huán)水?？涨恢C振式浮選柱試驗結(jié)果與常規(guī)浮選機生產(chǎn)結(jié)果對比見表1。

由表1可知，空腔諧振式浮選柱在工藝流程的不同階段都具有精礦產(chǎn)率和回收率高的特點，可以降低道爾公司浮選車間最終尾礦的鋁硅比。

3.2 現(xiàn)場半工業(yè)試驗

鑒于實驗室探索試驗的良好效果，在現(xiàn)場進行了半工業(yè)驗證試驗。試驗采用φ508 mm×5 000 mm半工業(yè)浮選柱，空腔諧振式浮選柱見圖4，給礦粒度為-0.074 mm占95%，礦漿濃度為25%，礦漿流量為2～3 m3/h。半年左右的單臺浮選柱半工業(yè)現(xiàn)場分流試驗確定了粗選的最佳工藝條件及其分選指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上，采用1粗1精1掃閉路浮選流程進行了試驗，試驗在確保精礦鋁硅比均達標(biāo)的情況下比較了尾礦的鋁硅比，結(jié)果見表2。

由表2可知，在保持最終精礦指標(biāo)相當(dāng)?shù)那闆r下，空腔諧振式浮選柱尾礦的鋁硅比僅1.36，明顯低于現(xiàn)場浮選機尾礦的鋁硅比1.77，表明空腔諧振式浮選柱可以更充分地回收鋁土礦，獲得更高的回收率。

4 工業(yè)應(yīng)用與經(jīng)濟效益分析

4.1 工業(yè)應(yīng)用

2017年底，在順利完成一系列小試、中試及擴大連選試驗基礎(chǔ)上，確定使用6臺EFDφ5.0 m×8.5 m型空腔諧振式浮選柱擴建一條年處理50萬t低品位鋁土礦石的生產(chǎn)線，新建生產(chǎn)線采用1粗1精1掃流程取代原系統(tǒng)的2粗1精2掃流程。2019年4月建成投產(chǎn)，整條生產(chǎn)線一次性試車成功，當(dāng)月即達產(chǎn)達效。EFDφ5.0 m×8.5 m型空腔諧振式浮選柱的生產(chǎn)現(xiàn)場見圖5，浮選柱正常生產(chǎn)狀況下的頂部液面情況見圖6，現(xiàn)場2系列與新建系統(tǒng)生產(chǎn)指標(biāo)與藥劑消耗對比見表3。

從表3可知，空腔諧振式浮選柱系統(tǒng)精礦產(chǎn)率為49.70%，比原系統(tǒng)提高3.36個百分點；空腔諧振式浮選柱系統(tǒng)精礦回收率為59.53%，比原系統(tǒng)提高3.68個百分點；空腔諧振式浮選柱系統(tǒng)浮選藥劑消耗為791 g/t，比原系統(tǒng)低509 g/t。

4.2 經(jīng)濟效益分析

（1）精礦量增加的效益。按空腔諧振式浮選柱整條生產(chǎn)線年處理50萬t鋁土礦來計算，精礦產(chǎn)率提高3.36個百分點產(chǎn)生的經(jīng)濟效益為800多萬元。

（2）節(jié)省浮選藥劑產(chǎn)生的經(jīng)濟效益。按照年節(jié)省浮選藥劑250 t計，折合經(jīng)濟效益250萬元。

（3）總經(jīng)濟效益。空腔諧振式浮選柱系統(tǒng)兩項效益總計超過1 000萬元。

5 結(jié) 語

（1）山西道爾鋁業(yè)有限公司交口低品位鋁土礦石泥化嚴(yán)重，有用礦物嵌布粒度極細，-10μm占56.16%，現(xiàn)場不僅藥劑消耗量大，而且精礦產(chǎn)率低。

（2）采用3臺空腔諧振式浮選柱進行1粗1精1掃現(xiàn)場半工業(yè)閉路連選試驗，以保證浮選精礦品質(zhì)前提下，尾礦鋁硅比僅為1.36，比原系統(tǒng)顯著降低。

（3）現(xiàn)場采用6臺EFDφ5.0 m×8.5 m型空腔諧振式浮選柱擴建一條年處理50萬t低品位鋁土礦石的生產(chǎn)線，新建生產(chǎn)線采用1粗1精1掃流程取代原系統(tǒng)的2粗1精2掃流程，空腔諧振式浮選柱系統(tǒng)精礦產(chǎn)率為49.70%，比原系統(tǒng)提高3.36個百分點；空腔諧振式浮選柱系統(tǒng)精礦回收率為59.53%，比原系統(tǒng)提高3.68個百分點；空腔諧振式浮選柱系統(tǒng)浮選藥劑消耗為791 g/t，比原系統(tǒng)低509 g/t。年效益超1 000萬元，達到項目擴建的技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟效益預(yù)期。

（4）空腔諧振式浮選柱在極微細鋁土礦行業(yè)的首次成功應(yīng)用，為具有微細粒嵌布特征的銅、鉛、鋅、鉬等有色金屬礦石的高效浮選和螢石與煤炭等非金屬礦物的高效浮選指明了方向，具有廣闊的應(yīng)用前景和推廣價值。