高浓度浮选技术的发展与应用

姚明钊　李　强　张跃军　史帅星

(1.北矿机电科技有限责任公司固安公司；2.北矿机电科技有限责任公司)



高浓度浮选技术的发展与应用

姚明钊1李强2张跃军2史帅星2

(1.北矿机电科技有限责任公司固安公司；2.北矿机电科技有限责任公司)

摘要高浓度浮选可增大气泡和矿物颗粒的碰撞概率，强化黏附，进而提高浮选速度、节约药剂成本和用水量，但浓度过大会影响气泡在矿浆中的分散，恶化浮选环境。分析了矿浆浓度对浮选过程的影响，总结了高浓度浮选技术的应用情况，主要介绍了闪速浮选机、水力分选机、串联浮选柱等高浓度浮选设备的发展与应用实践，最后指出加强高浓度浮选机理的研究和专用设备的研制，以将高浓度浮选技术应用于常规浮选流程和细粒矿物浮选是今后该技术的发展方向。

关键词高浓度浮选碰撞黏附回收率

浮选是重要的选矿方法，涉及固、液、气三相复杂的物理化学过程，受矿浆浓度、矿石性质、矿浆pH和药剂制度等因素的影响。矿浆浓度通过影响空气在矿浆中的分散度、矿浆在浮选机中的停留时间、药剂的体积浓度及气泡与颗粒的碰撞黏附过程等，对浮选回收率、精矿品位、药剂成本、生产能力等产生较大影响。不同性质的矿石，最佳浮选浓度不同。合适的浮选浓度是获得理想浮选指标的重要条件之一[1]。

提高浮选浓度主要具有几个方面优势：①降低生产用水量，增加液相中药剂的体积浓度，药剂与矿物间的作用随之增强，从而降低药剂消耗；②提高设备处理量，减少流程中设备总台数；③提高浮选速率[2]。

目前对浮选过程的研究主要集中在工艺流程、高效药剂与浮选设备等方面，高浓度矿浆条件下的矿物浮选行为的研究较少。论文旨在总结高浓度浮选技术的发展与应用，以期为浮选的进一步发展提供参考。

1矿浆浓度对浮选过程的影响

夏青[3]等对浮选速度进行研究，发现浮选速度随矿浆浓度的增大而增大，增大程度随反应级数的不同而不同。同一反应级数下，矿浆浓度越高，浮选速度越快。在浮选粗颗粒矿物时，三相润湿周边的扩展速度起着决定性作用。当气泡与矿粒碰撞的相对速度在2～10 cm/s时，气泡能迅速达到中间层临界厚度，破裂并生成三相润湿周边[4]。一般在高浓度颗粒层中浮起气泡，以降低矿物颗粒与气泡的相对速度、增加二者的接触时间，进而有效提高粗颗粒矿物与气泡的黏附概率，改善粗颗粒浮选效果。国外科技工作者通过CFD软件模拟矿浆浓度对气泡碰撞与兼并率的影响。结果表明，升高矿浆浓度，会增加其黏度，降低泡沫相水膜流失速度，Sauter直径逐渐减小，从而减小了气泡的兼并率，增加气泡与矿物颗粒的碰撞率，气泡破裂概率随之增加。

矿浆浓度也会影响浮选机的充气性能。在一定范围内，矿浆浓度提高，浮力上升，有利于粗粒矿物的浮选；矿浆浓度过大，则不利于浮选机的充气，影响浮选回收率。对于疏水性细粒浮选，增大矿浆浓度有利于提高回收率；对亲水性细粒，则会影响精矿质量。

因此，在一定范围内增大矿浆浓度可提高矿物浮选速度、延长矿浆在浮选机内的停留时间、降低药剂用量，有利于提高回收率。矿浆浓度过高，会恶化浮选机充气，影响气泡在矿浆中的分散，不利于浮选指标的提高。

2高浓度浮选技术的应用

我国目前铝土矿正浮选采用“抑少浮多”工艺，精矿产率高达55%～80%，泡沫黏度大，浮选流程平均矿浆浓度不到20%。低浓度浮选降低了选矿处理能力，影响矿山的经济效益。

山西某铝土矿选厂通过增加斜板浓密机和浓泥斗对浮选给矿与精选尾矿进行浓缩，提高浮选给矿浓度到50%～70%[5]。工业试验表明，在浮选指标相近的前提下，同一设备处理能力提高了1.8倍，捕收剂用量减少了15%，新水用量减少了20%，达到了节能降耗、增产的目的。

司家营铁矿由于氧化矿石性质的波动和生产工艺问题，强磁精矿反浮选作业处理能力偏低，制约了选厂增产。选矿厂原对浮选系统进行过一次扩容改造，提高浮选浓度至35%。尽管改造后浮选作业较为稳定，但当入磨矿石量或品位提高时，浮选前浓缩池矿浆浓度增大。为防止压耙事故发生，不得不减少浓缩池给矿量，直接导致综合尾矿品位升高、铁精矿产率和回收率下降。张庆丰[6]等提出将给矿浓度提高到55%～63%的高浓度反浮选工艺，解决了该问题，带来了可观的经济效益。

传统铜钼分离工艺粗选矿浆浓度往往较低(25%～30%)，不仅药剂成本大，需要大量的水和电能，而且选别指标低，不能最大限度地发挥设备生产能力。赵明福[7]等针对某特大型低品位斑岩型铜钼矿石，提高粗选浓度提至40%～42%，采用铜钼混合精矿高浓度分离浮选工艺，钼回收率较高，同时提高浮选设备的处理能力。

国内某金矿选厂处理能力的增大使粗选细度-0.074 mm含量由50%降低到45%以下，浓度由45%上升到50%左右，选矿指标恶化。杨建[8]提出以粗颗粒为载体，背负微细粒级含金矿物共同上浮的高浓度浮选工艺。改造实践结果表明，矿物浮选时间得到延长，回收率提高了0.57%，药剂用量降低了5%～8%，选厂经济效益得到提高。

南京银茂铅锌矿业下属矿山某选厂采用优先浮铅再选锌工艺流程选别铅锌多金属矿石。由于浮铅尾矿浓度较低(25%左右)，锌浮选指标一直不理想。何丽萍[9]等通过高浓度浮选试验将浮铅尾矿浓度提高到45%时，锌浮选回收率提高了4.29%，为选厂进一步的改造提供了参考。

迟永欣[10]针对某高硫铜锌银矿石性质，进行优先浮选试验，发现当浮铜尾矿浓度浓缩至45%以上再进入锌浮选时，锌回收率可提高5%左右。

以上应用说明高浓度浮选技术已经在国内有色金属矿、黑色金属矿得到较为广泛的应用，对于减少药剂成本和增产降耗、提高选矿指标和选厂经济效益具有积极作用。

3高浓度浮选设备的应用

高浓度使矿浆流动性变差，增加矿浆黏度，浮选机充气后空气难于分散，气泡矿化效果变差，高浓度浮选对设备提出了更高的要求。由于细粒矿物在高浓度条件下的浮选行为较为复杂，国内外对其分选机理研究较少，浮选设备也相对较少，目前高浓度浮选设备主要应用于粗粒级矿物的选别。

3.1闪速浮选机

密度较大的金、银等矿物采用水力旋流器分级时，已单体解离的部分容易进入旋流器底流返回磨矿，进而出现过磨，造成金属损失。采用闪速浮选机对旋流器沉砂进行高浓度快速浮选可提前回收已经单体解离的矿物，提高金属回收率，减轻了球磨机的循环负荷，增加了磨机的处理能力[11-12]。

闪速浮选机自1984年在芬兰首次使用后，目前已广泛应用于金、铅、锌、铜、镍等矿物的回收[13]。武钢大冶铁矿选厂采用先浮选后磁选工艺流程回收铁、铜、硫，但硫精矿铜、金含量约0.7%、1.5 g/t，影响选厂经济效益。为提高铜硫分离效率，夏剑雄[14]等采用闪速浮选机进行铜硫分离工业试验。结果表明，闪速浮选机可有效提高铜硫分离指标，硫精矿铜含量下降至0.488%，金含量下降至0.6 g/t，每年可增加经济效益100多万元。

安庆铜矿选厂采用先浮铜硫再选铁原则流程进行生产，由于现场酸性脱硫工艺中硫酸与矿浆中的钙离子形成结钙物堵塞了浮选机吸气孔和叶轮盖板间隙，铁精矿硫含量偏高。刘克明[15]采用射流闪速浮选机进行脱硫工业试验，有效降低地了铁精矿含硫量，脱硫率达到80%以上。

张新宽[16]等针对鸡笼山金矿金嵌布粒度不均的特点，采用闪速浮选机进行工业试验。相对选厂原生产指标，闪速浮选机使金精矿品位和回收率分别提高了1.56%、5.13%，铜品位提高了1.11%。刘元科[17]采用闪速浮选机对金川公司选厂磨浮车间3#系统旋流器沉砂进行浮选工业试验，入选矿物浓度可提高到60%～65%，每年可为选厂增加效益125万元。

3.2水力分选机

水力分选机是Eriez公司研制的一种新型流态化床分选设备，结合了常规流态化分选机与柱浮选机技术[18-19]。通过外加充气系统引入气泡，扩大亲水性矿物与疏水性矿物间的视密度差。不仅提高了分选效果，还使宽粒度矿物分选成为可能。水力分选机主要用于磨矿分级回路中处理旋流器沉砂，提前抛出部分尾矿。与传统机械搅拌式浮选设备相比，水力分选机具有以下优点：①入选矿浆浓度大，增加了气泡与矿物颗粒的碰撞概率；②矿浆以对流形式给入，在上升水流的作用下，延长了粗颗粒的浮选时间，提高了选别指标；③无机械搅拌机构，分选区内矿浆流动相对平稳，减小了气泡与颗粒矿物的脱附概率。

水力分选机可有效选别矿浆浓度40%～80%的磷矿、钾盐矿、金矿等。国外Julio等应用水力分选机对某重选黄金尾矿进行试验室试验和连续扩大试验，发现水力分选机回收粗颗粒金连生体及单体金效果较好，金精矿品位为180～700 g/t，回收率为95%。Jaisen N[20]等利用水力分选机对南米德堡磷矿进行工业试验，结果表明水力分选机可有效提高选厂处理能力，回收率相近时，精矿品位提高6.5%，药剂用量减少37%，经济效益显著。

3.3串联浮选柱

重介质选煤技术具有易于自动控制、对煤质适应性强、分选精度高的优点，目前已在我国得到广泛应用。但煤泥水浓度过高(120～160 g/L)，进入浮选柱后会恶化浮选环境，降低精煤质量，已是制约该技术发展的瓶颈。谢领辉[21]等将两套浮选柱串联对高浓度煤泥水(140 g/L)进行试验，通过一段浮选柱确保品位、二段浮选柱确保产量，浮选回收率提高了15%以上，有效解决了高浓度煤泥水浮选指标不理想的问题。彭耀丽[22]、李振涛[23]等研究成果进一步验证了浮选柱串联使用可有效分选高浓度煤泥水。

4结论

(1)高浓度浮选可降低用水量和药剂消耗，提高浮选设备处理能力和浮选速度，但浓度过高会增大矿浆黏度，导致气泡在矿浆中分散不均，恶化浮选环境。目前高浓度浮选设备一般通过改变充气方式、优化槽体结构或串联使用浮选设备，以强化气泡与矿物的碰撞、黏附，提高回收率。

(2)高浓度浮选设备多用于粗颗粒矿物的高浓度浮选，其中闪速浮选机与水力分选机主要用于旋流器沉砂的分选，而在常规浮选流程和细颗粒矿物中应用高浓度浮选技术则相对较少。国内对高浓度浮选技术应用大多是依据经验进行实践，缺乏系统的理论基础，也制约着其在多类型矿物浮选中的大规模应用。加强高浓度浮选的机理研究和专用高效的浮选设备研制是今后该技术的发展方向。

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(收稿日期2015-12-05)

Development and Application of High Concentration Flotation Technology

Yao Mingzhao1Li Qiang2Zhang Yuejun2Shi Shuaixing2

(1.Gu'an Company, BGRIMM Machinery and Electrics Technology Co., Ltd.；2.BGRIMM Machinery and Electrics Technology Co., Ltd.)

AbstractHigh concentration flotation can increase the collision probability between air bubbles and mineral grains, enhance the adhesion effects, and increase flotation speed, saving the cost of reagents and water consumption, but much high pulp concentration will affect dispersion of bubbles in solution, deteriorate flotation environment. Influence of pulp density on flotation process was analyzed. Application of high concentration flotation technology was summarized. Development and application practice of high concentration flotation equipment such as flash flotation machine, hydraulic sorting machine, series flotation column were mainly introduced. Strengthening the research on flotation mechanism and special equipment of high concentration flotation, application of high concentration flotation technology on routine flotation process and fine mineral flotation will be the development direction of the technology.

KeywordsHigh concentration, Flotation, Collision adhesion, Recovery

姚明钊(1979—)，男，工程师，065500 河北省廊坊市固安县。

·矿物加工工程·