大型浮选机内外泡沫槽的矿物回收效果研究

供稿|陈金祥 / CHEN Jin-xiang

内容导读

大型浮选机采用内外泡沫槽设计可有效增加溢流堰长度，缩短铜精矿泡沫的迁移距离，使铜精矿泡沫快速排出，但内外泡沫槽的设置易对泡沫区域结构产生影响。文章介绍了KYF-130浮选机主要结构工艺流程，通过对充气量、泡沫取样及应用效果对比，分析了不同作业条件下浮选机内外泡沫槽对矿物回收效果的差异。通过分析指出浮选流程作业条件不同，对泡沫槽结构要求也不尽相同，实际生产中应根据流程特点、铜精矿泡沫特性及测试数据等优化浮选机泡沫槽结构，必要时做出差别设计，从而使浮选铜精矿泡沫回收效果达到最优。

浮选即浮游选矿是利用矿物表面的物理化学性质差异选别矿物颗粒，从矿石中分离有用矿物的选矿方法[1]。它是一个集固、液、气三相的复杂流动与物理化学变化过程，对浮选机的性能和效能提出了更高的要求[2]。目前，我国原生矿产资源已逐渐贫、细、杂化，选矿工艺日趋复杂，选别难度增加，能耗、生产成本高，要求浮选设备应在设备大型化、研究手段多元化、功能专用、多力场融合、自动控制、浮选设备节能降耗、应用领域拓宽等方面加强研究[3]。而大型浮选机普遍存在粗粒矿物回收率低、细粒矿物回收效果差、短路概率高、泡沫输送慢等世界性难题，但随着大型矿山生产规模的不断扩大和浮选技术的快速发展，浮选设备将向大型专用、高效节能、低操作成本、更安全环保的方向发展。

江铜德兴铜矿属于特大型斑岩铜矿，该矿包括铜厂、富家坞、朱砂红三大矿区，下辖泗洲、大山选矿厂。现以泗洲选矿厂为例，该选矿厂始建于1960年，扩建于1987年，技改次数多，碎矿、磨矿、浮选系统较多，工艺流程落后、设备老旧、自动化程度低、能耗高、效益低，例如一、二选矿厂116台16 m3浮选机已使用20多年，超过服役年限，钢制槽体发生严重锈蚀、剥落，槽体底板、大梁腐烂，机体振动大，安全隐患极大。2010年开始，该选矿厂针对粗扫选段浮选进行技术改造，拆除了一选厂四个系列16 m3、二选厂三个系列16 m3小型刮板浮选机，各新建了一个系列130 m3大型浮选机的粗扫系统等。改造后，该系统工艺流程大为简化，自动化程度较高，操作人员劳动强度低，产能也由原3万t/a扩大至3.8万t/a。多年来，该选矿厂不断探索和优化KYF-130型充气机械搅拌式浮选机的选别性能，以逐步提升铜精矿泡沫的回收效果，从而使其发挥最大的生产效能。

主要结构工艺流程

工况条件

泗洲选矿厂改造后，与原使用JJF-16 m3型浮选机相比，应用KYF-130浮选机的浮选工艺流程未作任何变更，共分为两段，其中一段为粗、扫选作业，两次粗选和两次扫选皆采用130 m3圆槽型浮选机，溢流出泡；二段为精选、精扫选作业，采用浮选柱+方槽浮选机配置形式。泗洲选矿厂一期一段KYF-130浮选机配置示意图如图1所示。

图 1 一期一段KYF-130浮选机配置示意图

KYF-130型浮选机采用圆柱形槽体结构，槽底呈平底型，有效几何面积达130 m3，取消了刮板机构；浮选机充气量可实现自动控制，以保证浮选槽内达到最佳的空气量、分散度；矿浆液位也可实现自动控制，矿浆液位计检测出浮选槽内矿浆液位输出信号(4~20 mA)，由液位控制器接收后，再控制启动调节阀；溢流排泡的方式也明显有别于小型刮板浮选机，内外两圈泡沫槽将泡沫区分成内外两个区域，之间由泡沫管连通，泡沫槽采用周边溢流方式[4]，矿浆可实现自然流动，泡沫溢流快，为缩短泡沫输送距离，内泡沫槽兼具推泡功能，能快收和早收有用矿物。由于浮选槽内充气量足够，大小适中的空气气泡可充分地分散在矿浆中，也可保证槽内的气-液分选界面足够，增大矿粒碰撞、接触及粘附气泡的几率。粘附有铜矿物、脱附脉石矿物的矿化气泡上升至浮选槽表面，泡沫流向泡沫溢流槽中，而返回叶轮区的部分矿浆可实现再循环，其他矿浆则通过槽间壁上的流通孔进入下槽再行选别[5]。KYF-130浮选机泡沫槽结构示意图如图2所示。

测试方法及对比

图2 KYF-130浮选机泡沫槽结构示意图

气泡的矿化过程、浮选速率、浮选药剂的用量及工艺指标皆取决于浮选机的充气量和空气分散程度，而浮选机充气强度的大小直接影响浮选机矿浆充气量和气泡的矿化概率，进而影响浮选技术指标[6]。每种矿石浮选充气量必须达到最佳方可。若充气量过大时，矿化气泡稳定性差，在浮选机内部上升过程中易破裂，影响浮选分离效率[7]，而矿浆液面易产生严重翻花现象会使泡沫层更不稳定，加之受缩短浮选时间、浮选药剂与矿物颗粒作用效果差、增大药剂用量等不利影响，铜精矿泡沫槽内易混入随浮选泡沫带进的脉石等杂质矿物，甚至恶化浮选指标。充气量过小时，必须增大浮选机的充气量从而保证槽体内的气泡均匀分布，促使矿粒碰撞、接触和粘附气泡的几率增大，保证浮选指标。

浮选泡沫的主要特征是量大、粘附、混杂和形状不规则，其特征变化可及时反映矿石性质的变化及过程控制量，因而可以作为浮选效果最快捷的指示[8]。KYF-130浮选机内泡沫槽对泡沫区的分割，使内外泡沫区表现出不同的泡沫回收特性。充气量会因内泡沫槽的阻隔产生差异，内外泡沫区的泡沫迁移至泡沫槽溢流堰的距离也不相等，内外泡沫区面积的不同也会造成溢流堰载荷的不等，会影响回收泡沫的品位和金属量。对此，应先测试分析内外泡沫区的充气性能，再分别测试矿浆相气泡负载率、悬浮能力及泡沫流动特性。为保证该型浮选机的充气量测量的准确性，应遵循的原则是每个测量点表征的测量范围面积相等，因而在整台浮选机的液面上优选16个具有代表性的测量点。

首先，利用排水取气法测试浮选机的充气量，以获得充气量测试结果，并据此计算空气分散度。采用排水取气法测试浮选机充气量示意图如图3所示。其次，对内外泡沫槽中回收的泡沫分别取样，取样时利用取样勺分别从内外泡沫槽的溢流堰接取，每0.5 h接取一次，6 h的取样合成一个大样，进行烘干、筛分和品位分析。最后，对泡沫槽结构设计所产生的泡沫品位与金属量差异进行分析。取样测试在粗扫选9台KYF-130浮选机内完成，形成作业对比趋势。

图 3 排水取气法测试浮选机的充气量示意图

测试结果与分析

内外槽充气量差异与分析

泡沫的形成受充气量影响显著，设置KYF-130浮选机内泡沫槽实际上是将泡沫区分割成两个区域，两个区域的泡沫各自流向对应的泡沫槽，相互间没有直接的干扰。为此，取样分析内外槽的泡沫之前，首先要采样分析内外泡沫区的充气量差异，了解其差异性。

不同浮选槽内外泡沫区充气速率曲线图，如图 4所示。由图4可见，粗II-1、粗II-2、粗II-3和扫II-1内外槽充气差别较明显，内槽充气量>外槽充气量；其他区段的数据显示外槽充气量≥内槽充气量。不同作业浮选机内外泡沫区的充气量分布没有一致的规律性，从内外槽充气量的重合度看，KYF-130浮选机内外槽充气相对均匀。

图4 不同浮选槽内外泡沫区充气速率曲线图

粗选作业内外槽泡沫品粒级位分布

首先对粗选作业的4台浮选机进行内外槽回收泡沫的品位特性进行分析，由于粗II-3浮选机运转状况与其他浮选机差异性较大，本文暂不讨论。

图5 粗选作业内外槽泡沫品位分布情况

粗选作业内外槽泡沫品位分布情况见图5。由图5可以看出，粗选作业中，粗I和粗II的同一槽内外泡沫各粒级品位接近，趋势较为一致，差别在于：粗I-1泡沫品位大部分粒级为内低外高，粗II-1泡沫品位内高外低，粗II-2泡沫品位为内低外高。粗II-2浮选机内外泡沫槽泡沫品位在各粒级差异较明显，说明内外泡沫槽在这两个作业浮选槽内对泡沫的回收产生了较大的内外差异。从粒级变化来看，粗I-1浮选机内外泡沫品位随着粒级的减小，呈明显的上升趋势，这一现象导致后续作业精矿细粒级精矿含量降低。而对于粗I-2、粗II-1和粗II-2浮选机，泡沫品位在各粒级变化较为平稳。

扫选作业内外槽泡沫品粒级位分布

图 6 扫选作业内外槽泡沫品位分布情况

扫选作业内外槽泡沫品位分布情况见图6。由图 6可以看出扫选作业的4台浮选机内外槽泡沫品位在粒级变化趋势，即粒级越细品位相对较低。扫选作业中，扫I和扫II作业在大趋势下也存在局部差别，可以看出，–400目粒级矿物在扫I作业回收效果明显，而在扫II作业两台浮选机内粗粒级回收效果显著；扫选作业中4台浮选机内外槽品位差异较小，既浮选机内外泡沫槽的在扫选作业的回收效果较为一致。

摄影 刘继鸣

结束语

生产实践证明，在溢流排泡方式下，大型浮选机采用一个泡沫槽难以满足大量泡沫的排出需求，内外泡沫槽设计可有效增加溢流堰长度，缩短铜精矿泡沫的迁移距离，使铜精矿泡沫快速排出，但内外泡沫槽的设置易对泡沫区域结构产生影响。分析表明，泗洲选厂KYF-130浮选机现有内外泡沫槽在泡沫回收时品位较为一致，只是在粗I-2和粗II-2作业区内外槽产生了较大差异，因此应对泡沫槽结构进行优化设计。浮选流程作业条件不同，对泡沫槽结构要求也不尽相同，实际生产中应根据流程特点、铜精矿泡沫特性及测试数据等，优化浮选机泡沫槽结构，必要时做出差别设计，从而使浮选铜精矿泡沫回收效果达到最优。