矿用旋流-静态微泡浮选柱的分选原理及参数控制

   矿用旋流-静态微泡浮选柱的分选原理及参数控制

张海军  刘炯天  王永田

(中国矿业大学化工学院·徐州221008)

    摘  要：矿用旋流-静态微泡浮选柱是一种新型高效分选微细粒物料的浮选设备，其影响分选指标的工作参数很多。本文主要讨论了矿物解离度、矿浆浓度和循环泵压力对浮选柱分选指标的影响。此外，简要讨论了浮选柱在选矿回路中的工艺配置问题。

    关键词：选矿浮选柱  浮选参数控制

    中图分类号：TD91    文献标识码：A    文章编号：1004-4051(2006)05-0070-03

SEPARATING PRINCIPLE AND PARAMETER CONTROLLING FOR CYCLONIC-STATIC MICROBUBBLE FLOTATION COLUMN

Zhang Haijun  Liu Jiongtian  Wang Yongtian

(School of Chemical Engineering and Technology, CUMT · XuZhou 221008)

Abstract: Cyclonic-Static Microbubble Flotation Column is a new big type and highly efficient equipment for fine ore separation. This paper discussed three parameters: degree of separation, concentration of mine and pressure of circle pump. Besides, this paper discussed their best cooperators of Flotation Columns and other equipments when using for separating mine.

Keywords: Separating mine   Cyclonic-Static microbubble flotation column   Flotation   Parameter controlling

0前言

    近年来，随着人们对浮选柱的不断认识和接受，国内外对浮选柱研究的力度也在逐步升级，并开发出了许多各具特色的浮选柱，设备运行的稳定性和可靠性都比早期浮选柱有了很大的提高。尤其是在微细颗粒分选方面，更是提高浮选精矿品位和回收率的有效途径。我国对浮选柱的研究也取得了较大进步，以中国矿业大学为代表研制的矿用旋流-静态微泡浮选柱，在部分矿物的分选方面已显示出了明显的优越性，在设备运行费用及分选效果等方面优于传统浮选机。

虽然浮选柱分选技术日趋走向成熟，并显示出良好的性能，但由于人们对矿用浮选柱分选原理的认识还不够充分，在具体操作浮选柱的过程中，对其工作参数的选择就尤为重要^[1-3]。在实际应用中，对浮选柱操作参数的控制程度不够，将会导致分选效果的降低，影响生产指标的稳定性，进而影响浮选柱的进一步推广使用。这一点在选矿行业显得尤为重要。因此，充分认识浮选柱的分选原理，以及各种参数对分选指标的影响，寻求各自最佳参数，是浮选柱工业应用过程中必须解决的问题。

1矿用旋流-静态微泡浮选柱的分选原理、结构及特点^[4]

1．1  矿用旋流-静态微泡浮选柱的分选原理、结构

    旋流-静态微泡浮选柱的分离过程包括柱体分选、旋流分离和管流矿化三部分，整个分离过程在柱体内完成，如图1所示。

    柱分选段位于整个柱体上部；旋流分离段采用柱一锥相连的水介质旋流器结构，并与柱分离段呈上、下结构的直通连接。从旋流分选角度，柱分离段相当于放大了的旋流器溢流管。在柱分离段的顶部，设置了喷淋水管和泡沫精矿收集糟；给矿点位于柱分离段中上部，最终尾矿由旋流分离段底口排出。气泡发生器与浮选管段直接相连成一体，单独布置在柱体体外；其出流沿切向方向与旋流分离段柱体相连，相当于旋流器的切线给料管。气泡发生器上设导气管。管流矿化包括气泡发生器与浮选管段两部分。气泡发生器是浮选柱的关键部件，它采用类似于射流泵的内部结构，具有依靠射流负压自身引入气体，并把气体粉碎成气泡的双重

作用。在旋流-静态微泡浮选柱分选设备内，气泡发生器的工作介质为循环中矿。经过加压的循环矿浆进入气泡发生器，引入气体并形成含有大量微细气泡的气、固、液三相体系。含有气泡的三相体系在浮选管段内高度紊流矿化，然后仍保持较高能量状态沿切向高速进入旋流分离段。这样，管浮选段在完成浮选充气(自吸式微泡发生器)与高度紊流矿化(浮选管段)功能的同时，又以切向入料的方式在柱体底部(旋流分离段)形成了旋流力场。管浮选段为整个柱分离方法的各类分选方式提供了能量来源，并基本上决定了整个分选过程的能量状态。

    当大量气泡沿切向进入旋流分离段时，由于离心力和浮力的共同作用，便迅速以旋转方式向旋流分离段中心汇集，进入柱分离段并在柱体断面上得到分散。与此同时，由上部给入的矿浆连同矿物(磁铁矿)颗粒呈整体向下塞式流动，与呈整体向上升浮的气泡发生逆向运行与碰撞。气泡在上升过程中不断矿化。

    旋流分离段不仅加速了气泡在柱体断面上的分散，更重要的是对柱分离中矿以及经过管浮选循环中矿的分选。在离心力作用下，呈向上向里运动的气泡(包括矿化气泡)与呈向下向外的矿粒发生碰撞与矿化，形成旋流力场条件下的表面分选过程。这种分选不仅保持了与矿浆旋流运动垂直的背景，而且受到了旋流力场强度的直接影响。力场强度愈大，这种表面分选作用就愈强。旋流分离作用贯穿于整个旋流分离段。它既形成了气泡与矿粒的分离，又形成了矿粒按密度的径向分布。这样，在实现自身旋流分离的同时，旋流力场又构成了与其它分选方式的联系与沟通，成为整个分选过程的中枢。作为表面浮选的补充，旋流分离从整体上强化了分选与回收。对于矿物分选来说，柱分离段和旋流分离段的联合分选具有十分重要的意义，柱分离段的优势在于提高选择性，保证较高的产品质量；而旋流分离段的相对优势在于提高产率，保证较高的产品数量。

旋流分离的底流采用倒锥型套锥进行机械分离，倒锥型套锥把经过旋流力场充分作用的底部矿浆机械地分流成两部分：中间密度物料进入内倒锥，成为循环中矿；高密度的物料则由内外倒锥之间排出成为最终尾矿。循环中矿作为工作介质完成充气与管浮选过程并形成旋流力场，其特点为：①减少了脉石等物质对分选的影响；②使中等可浮物在管浮选过程中高度紊动矿化；③减少了循环系统，特别是关键部件自吸式微泡发生器的磨损。

1．2矿用旋流-静态微泡浮选柱的特点

    国外浮选柱在选矿方面的应用获得很大成功，特别是替代浮选机进行粗选和精选[5-6]。在我国，浮选柱主要应用在选煤行业，在选矿行业的应用尚处于初始阶段，将浮选柱应用于我国金属矿、非金属矿及黑色金属矿选矿行业潜力很大，尤其在处理极细物料时有常规浮选机所不可比拟的分选效果。

矿用旋流-静态微泡浮选柱提供了一种对微细颗粒分选效果好，提高浮选精矿品位和回收率的有效途径。在某些矿石分选上，同国内传统浮选机相比，矿用旋流-静态微泡浮选柱已显示出明显优势，它采用射流发泡原理，进气量可方便调节，气泡小、且分布均匀，具有结构简单，制造容易，占地小，维修方便，操作容易，节省动力等优点。同时，浮选柱选别段数少，流程简化，处理量大，经济效益可观，其应用前景广阔。

2矿物解离度对分选指标的影响

    将浮选柱用于疏水性矿物和亲水性矿物的分选是比较容易的。然而实际的分选物料并非想象中的理想化物料，浮选柱的分选效果也并非那么有效。

    对于连生体矿物来说，此时浮选柱的选择性起着关键作用。因为连生体矿物在矿物性质组成上存在较大差异，一部分矿物表面可能需要抑制剂来使其成为疏水性，一部分矿物又需要使用捕收剂对其进行捕集。此时，浮选柱就发挥不了提高精矿品位的优越性，未解离的有价矿物不是进入精矿就是进入尾矿中，从而导致精矿品位和尾矿回收率的降低。

因此，要想进一步提高浮选柱的分选指标，提高精矿品位和尾矿回收率，应使分选物料中的连生体得到充分的解离。

3矿浆浓度对分选指标的影响

矿浆浓度是影响浮选柱选别指标的主要因素之一，为了得到较好的选别指标，需确定合适的矿浆浓度。相对于选煤来说，浮选比重较大的矿物一般应采用较高的矿浆浓度，一般在35％～45％之间，这有利于提高回收率和减少浮选药剂的消耗。对于反浮选来说，浮选过程中，矿浆浓度较稀时，虽然底流精矿品位较高，但回收率较低。但给矿浓度过高时，可能导致精矿不能及时排出，柱体底流浓度过高，气泡通过回收区的阻力相应增大，气泡上升困难，而使得精矿品位下降。当浓度达到适宜程度时，再增高浓度，回收率反而下降，这可能是由于浓度过高，捕收剂与目的矿物颗粒接触的机会相对减小，矿浆没有得到充分分选，使得目的矿物随精矿一起排走，进而导致精矿回收率的下降。

4循环泵压力对分选指标的影响

    循环泵压力是影响浮选柱分选指标的重要参数之一。旋流-静态微泡浮选柱本身没有能量，其能量来源主要在于循环泵能量的不断输入，进而实现柱体内部矿浆的连续有效分选。

循环泵压力的大小直接影响到柱体内部旋流力场的强度以及充气速率的大小，进而关系到分选效果的好坏。压力越大，柱体内部旋流力场的强度越大，但在不调整充气阀门的前提下，充气速率也相应加大，浮选过程中产生的气泡也就越多，矿物与气泡接触的机会也相应增加，但过量的气泡会使一些不该上浮的物料随泡沫相排出，导致底流产品回收率和泡沫相品位下降，底流产品品位上升；同时，循环泵压力的增大，浮选柱底部循环泵入料口处较高的向下流速，可能使得向下的矿浆流大于气泡上浮速度，导致部分中矿和泡沫从浮选柱底部的排料口排出，影响分选指标。反之，循环泵压力过小，柱体内部旋流力场的强度实现不了充分分选矿浆的目的，势必会直接降低分选指标。只有在循环泵压力适当和充气速率相匹配的情况下，才能获得较高的分选指标。

5旋流-静态微泡浮选柱在选矿回路中的工艺配置

    浮选工艺的优化配置必须在满足浮选高效率和操作方便的前提下进行，以追求利益最大化为根本目标。包括简化浮选工艺流程、减少运转设备的运行费用、保证设备的高效稳定运行、减轻设备维修量、降低成本和节约投资等。

    目前，矿用旋流-静态微泡浮选柱在国内矿山浮选回路中的应用还处于初始阶段。此外，选矿不同于选煤，它所处理的对象种类复杂、繁多，而且对分选精度的要求也比较严格，还没有形成统一的比较稳定可靠的浮选柱浮选回路工艺配置。

对于不同的矿物浮选，均应有适合各自的一套柱浮选工艺流程。在选矿行业，目前还没有形成一套稳定可靠、适应性强的柱浮选工艺分选系统，要想实现柱浮选回路中最佳工艺的配置，还应针对不同的矿物，寻找出各自适宜的最优配置，尤为重要的是要在浮选回路中试验浮选柱。就旋流-静态微泡浮选柱浮选柿竹园有色金属公司萤石矿而言，柱浮选采用的是一粗三精流程，可稳定获得高品位合格萤石精矿；相比较浮选机一粗二扫九精二精扫的十四段选别而言，流程结构大大简化。在磁铁矿反浮选方面，通过一段粗选，即可获得高品位铁精矿，再经过扫选，可提高铁精矿回收率。

6  结论

    随着人们对浮选柱的不断认识和接受，浮选柱的应用范围也越来越广。充分认识矿用浮选柱的分选原理，以及各种参数对分选指标的影响，寻求各自最佳参数，研究柱浮选工艺的优化配置，对于寻求柱浮选工艺利润的最大化和促进浮选柱在选矿、化工等行业的进一步推广应用，将会起到积极的作用。

参考文献[1]  彭昌胜，蔡璋．浮选柱的分选原理与参数选择[J]．黑龙江矿业学院院报，1998，(1)．

[2]  路迈西等．浮选柱结构及操作参数的探讨[J]．煤炭加工与综合利用，1997，(2)．

[3]  何世骥．FCMC旋流微泡浮选柱几个应用问题探讨[J]．江西煤炭科技，2002，(4)．

[4]  刘炯天．旋流一静态微泡柱分选方法及应用[J]．选煤技术，2000(1～6)．

[5]  李延锋等．浮选工艺的优化配置[J]．煤炭工程，2002，(1)．

[6]  马力强等．浮选柱分选的工艺优势及展望[J]．煤炭设计．1999．(6)