浮选机应用现状与展望*

随婕斐，何东升，李智力，张泽强，梁 欢，拉希德·哈库

(1.武汉工程大学 资源与安全工程学院，湖北 武汉 430074；2.摩洛哥卡迪阿亚德大学 化学与环境工程学院，摩洛哥 马拉喀什 400000)

0 引言

浮选机大致可分为四大类，分别是机械搅拌式浮选机、气动式浮选机、反应-分离器和浮选柱[1-2]。机械搅拌式浮选机与气动式浮选机于20世纪早期就已开始在生产上应用，而反应-分离器和浮选柱在20世纪中后期才发展起来。

在以上4类浮选机中，机械搅拌式浮选机是技术最成熟且应用最广的类型，其特点是通过机械驱动叶轮搅拌矿浆，并使空气分散到矿浆中。该类浮选机根据充气方式不同，分为充气式和吸气式两类；根据矿浆流动方式不同，分为串槽式与开流式两类。充气浮选机要用充气装置往浮选槽中充入空气，吸气浮选机则利用叶轮产生的涡流吸入空气。串槽浮选机通过管路将带搅拌叶轮的浮选槽连接起来，而开流浮选机不用管路连接。最初的浮选机都是串槽式，与开流式相比，结构相对较复杂。开流浮选机具有结构简单、制造成本低、维护方便、粗粒悬浮性好及单位处理量大等优势；而串槽浮选机对小型及需要多段精选的选厂特别实用，叶轮的吸浆作用可以不需要外加泵就能实现中间矿浆的自流输送。曾经有一段时间开流浮选机随着浮选机的大型化而发展迅速，随后串槽浮选机也逐渐向大型化发展。大型串槽浮选机最重要的应用是精煤的精选，其浮选选择性明显优于开流浮选机[3-8]。

气动浮选机的特点是没有搅拌叶轮，仅依靠压入空气搅拌矿浆和产生浮选气泡，现在已很少使用。

反应-分离器将浮选机的“反应”与“分离”功能分开，矿浆与空气先给入反应器中，在强紊流状态下相互反应形成矿化气泡，然后再进入分离器中，在静态流环境下实现不同矿物的分离。这样的设计对于促进细粒物料的回收和提高分选精度有利[2-4]。

浮选柱是针对细粒物料的回收而发展起来的，其基本特征是气泡与矿浆逆向流动，或矿浆与冲洗水逆向流动。

近百年来，虽然浮选机的发展比较迅速，但机械搅拌式浮选机的行业主导地位一直没有改变，这主要是由其技术成熟性和实用性决定的，因此本文主要阐述机械搅拌式浮选机的特点和应用。

1 国外典型浮选机

1.1 丹佛D-R型浮选机

丹佛D-R型浮选机主要有双搅拌叶轮和单搅拌叶轮两种形式，工作时矿浆并不是直接流向叶轮区，而是设计了一根从叶轮一直延伸到槽体顶部的矿浆循环管，矿浆先给入循环管，然后和空气混合进入叶轮区[9-10]。其特点是叶轮高度不高，搅拌区接近槽底，从搅拌区至分离区的距离较长；整机采用循环筒结构，且循环性能好；线速度低，磨损小；充气量大，泡沫层厚。

1964年第一批D-R浮选机被用于Endako煤矿企业集团；1967年D-R600浮选机在Columbia的Endako矿区一个钼矿被安装使用；1972年在Bougainville岛上安装了108台D-R600浮选机，并将其作为粗颗粒精选设备；1991年第1台容积为28 m3的大型D-R浮选机安装完毕，用于煤浮选。在性能方面，D-R浮选机表现出浮选效率高、浮选速度快、生产能力大的特点，特别适用于粗选(包括混合浮选)及扫选作业。D-R浮选机的使用提高了矿石处理能力及金属回收率，大大缩短了矿浆流程[11-13]。

1.2 Wemco浮选机

Wemco浮选机代表机种有Wemco1+1型浮选机(1969年研制成功)和Wemco Smart Cell型浮选机(1986年研制成功)，其槽体为圆筒形，槽内设有通气引流管和泡沫集中器，每个槽子中间部位设有转子式分散器[14-16]，槽底设有带孔的假底、锥形吸管、导管，利于矿浆流动和循环，且槽内设有稳流板，缩短了精矿在浮选机中的停留时间。它的循环性能好，选细矿粒效果好；但由于叶轮直径小、搅拌力弱，选粗矿粒时易沉淀，所以不宜分选粗矿粒。另外该机型存在线速度高磨损大、吸气量小泡沫层薄等缺点。

2002年冬瓜山铜矿采用了18台容积为130 m3的Wemco Smart Cell浮选机，目前仍在运行中；2005年洛阳栾川铜矿采用了8台容积为130 m3的Wemco Smart Cell浮选机，该矿在2006年又购买了10台；2017年普朗铜矿采用了16台容积为330 m3的Wemco Smart Cell浮选机，现在已经进入生产阶段，应用效果较好。Wemco浮选机已经广泛应用于欧美、澳大利亚、日本、非洲等地，大多用于铜、铅、锌、硫、钾等矿石的粗扫选作业[16-18]。

1.3 奥托昆普Tank Cell型浮选机

1983年奥托昆普公司研制成功的Tank Cell型浮选机是模拟浮选柱设计的，具有“虚柱”的特点。它的槽体也为圆筒形，槽内设有空心轴，空气经空心轴进入叶轮腔，矿浆由槽体下部侧面流入槽体，气泡与目的矿物在槽体内碰撞，泡沫从槽体上方的溢流堰流出[19-21]。2007年奥托昆普公司开发出性能更优良的新型搅拌系统结构，它的主要特点是：定子部分可以拆卸，易于更换，维修操作简单；矿浆循环性能好；充气量可根据现场实际情况调控；易损件使用寿命长。

1983年奥托昆普公司的OK-60-TC浮选机第一次在芬兰的皮哈萨尔米选矿厂安装使用；1995年奥托昆普公司首台单槽容积为100 m3的浮选机在智利Escondido矿的Los Colorados选矿厂安装使用；1997年该公司单槽容积为160 m3的浮选机第一次在智利Chuquicamada矿安装使用；2002年首台单槽容积为200 m3的浮选机在澳大利亚的Century矿山安装使用；2007年单槽容积为300 m3的浮选机在新西兰的Macraes金矿安装使用；2014年单槽容积为630 m3的浮选机被推出，2015年单槽容积为660 m3的浮选机被推出。奥托昆普公司的这些大型浮选机已广泛应用于世界各地选矿厂的粗选、扫选和精选作业中，并获得了良好的浮选指标[22-23]。

1.4 Mesto浮选机

Mesto浮选机的槽体同样为圆筒形，叶片为深型结构，搅拌强度大。已有学者对其结构进行了一系列的改进，改进后可以为粗选、精选和扫选作业创造良好的条件[23]，浮选效果较好。目前已经有容积为5～200 m3不同规格的此类浮选机投入使用，它的主要特点是采用一定形状的深型直叶片和空气分散隔板，并且按照特殊形式排列；叶轮下方产生强烈回流，可有效避免槽底矿石颗粒沉积。

Mesto浮选机的特点：①下部区域的矿物颗粒可以达到较好的悬浮状态并且可以及时输送到上部区域，在上升的过程中颗粒与气泡可以多次接触，从而实现全部矿物颗粒的回收；②上部区域的矿浆流动平稳，不仅可以尽可能地减少多余的矿物颗粒悬浮，还可以防止粗颗粒脱落，从而大大提高浮选效率[24-27]。

2 国内典型浮选机

2.1 BGRIMM系列浮选机

北京矿冶科技集团有限公司(简称“北京矿冶”)自1960年以来一直致力于研究和推广BGRIMM系列浮选设备，该系列浮选机有很多类型，例如XCF/KYF、CHF-X、JJF、SF、XJZ、LCH-X、CLF、YX、BF型等[28-32]。

2.1.1 XCF/KYF型浮选机

XCF/KYF型浮选机属深槽型浮选机，其中XCF型浮选机有上下叶轮，二者形成了充气搅拌区和吸浆区；KYF型浮选机采用单壁后倾叶片，无上叶片吸浆，槽内设有倒锥台状叶轮和多孔圆筒型气体分配器以及较小的悬空式定子。因此XCF型浮选机一般作为吸入槽、KYF型浮选机一般作为直流槽联合使用，其具有结构简单合理、运转平稳可靠、操作维护方便、节能显著、效率高等特点。该类浮选机槽体结构设计合理、不沉槽、安全系数高。

XCF/KYF型浮选机应用广泛，浮选效果好。2000年单槽容积为50 m3的XCF/KYF型浮选机一经推出，就在我国迅速推广近千台；2005年单槽容积为160 m3的XCF/KYF型浮选机被成功研制，并应用于我国黄金集团乌努格吐山铜钼矿3.4 万t/d项目；2008年单槽容积为200 m3的XCF/KYF型浮选机被成功研制，并应用于江西铜业集团大山选矿厂9.0 万t/d项目，同年又研制出当时全球最大的单槽容积为320 m3的XCF/KYF型浮选机，并在多个项目及企业中得到应用，例如秘鲁某铜矿项目、国内鹿鸣矿业及乌山铜钼矿；2015年单槽容积为600 m3的XCF/KYF型浮选机被成功研制；2018年世界上最大的单槽容积为680 m3的XCF/KYF型浮选机又被成功研制，安装于德兴铜矿泗洲选矿厂并应用于尾矿的再选，还可用于粗选、扫选等作业。此类浮选机也可以在有色、黑色、非金属矿物分选和污水处理中使用[33-36]。

2.1.2 JJF型浮选机

JJF型浮选机采用深型叶轮、圆筒型定子，定子周围设有锥形分散罩，叶轮下部增设导管和假底，假底上装有矿浆循环管，引流管的上端调节环与叶轮下端啮合。该机型的叶轮高度高、叶片面积大、安装深度浅、搅拌强度适中、固体颗粒悬浮良好、不沉槽、矿浆循环特性好，液面平稳、分选效率高，圆周速率低、功耗省，易损件寿命长、维修方便。

2002年前后由北京矿冶设计、制造的JJFⅡ型浮选机先后在鞍山钢铁公司、金川有色金属公司、大冶有色金属公司、银山铅锌矿、白银有色金属公司各铅锌矿、凡口铅锌矿、大宝山铜矿等获得应用[21]；2006年JJF-130浮选机进入工业试验阶段；2008年JJF-200浮选机在德兴铜矿进行了工业测试；2012年北京矿冶采用模拟仿真技术对JJF-320自吸浮选机展开研究，取得了突破性进展，2016年在工厂进行了测试，获得了较好的浮选指标[37]。

2.1.3 CLF型粗粒浮选机

CLF型浮选机的叶轮采用高比转数离心泵，且叶轮叶片后倾，上为吸浆槽，下为直流槽，吸浆槽有中心筒、中矿返回管及盖板等主要部件，底部设有空气分配器，此外槽内还设有假底、循环通道及活动式挡板，可以形成一个稳定的分离区和泡沫区。矿浆循环性能好，可以自吸给浆，并且适用于粗粒浮选，为浮选机的专属化研究提供了方向。

CLF-40型浮选机在首钢丰宁三赢铁矿先浮磷再磁选的工艺中得到成功应用；同时在河北隆化县顺达矿业有限公司以及承德双滦建龙矿业公司先磁选再浮磷铁精矿选磷中得到成功应用。此类浮选机已经在菲律宾联合铜业PASAR项目、广西金川有色金属有限公司渣选项目、紫金铜业渣选项目、湖南水口山渣选项目、铜陵有色稀贵金属公司等多个项目及公司中投入使用，选矿效果都较好。在工业生产中，当浮选矿浆质量分数达70%时，浮选效果依然良好，适用于磁选尾矿、铜矿、石英砂和冶炼炉渣等的选别以及钽铌矿等非金属矿物的选别[38]。

2.1.4 YX型闪速浮选机

YX型闪速浮选机的槽体采用锥形底设计，叶轮、定子下安装了矿浆循环筒，底部管路上安装了胶管阀，槽体内采用大的推泡锥，设有中部排矿口，且带有液位控制系统。给料中较大颗粒(有用矿物及脉石矿物)在重力作用下沿浮选机壁排放至球磨机，粒度适中的颗粒进入浮选区。该机运转时可有效消除沉槽死角，循环效果好，且槽内矿浆有明显的分层现象，泡沫层平稳，底部管路可以避免粗颗粒堵塞，精矿泡沫可以快速排出，还可以适应快速多变的波动给矿。

YX型浮选机可以在不同分级沉砂环境中回收金、银和铂等贵金属，还可以选别其他矿浆浓度差较大的矿物。在此类浮选机中，YX-2型浮选机已在德兴铜矿泗洲选矿厂得到应用；YX-8型浮选机已在安徽狮子山铜矿得到应用；2012年研制的YX-4型闪速浮选机在崇礼紫金矿业选矿厂的应用取得突破性进展；2014年研制的YXⅡ-4型闪速浮选机在甘肃某大型金矿开展了工业适用性研究，获得了良好的选别指标[39]。

2.2 新型双叶轮浮选机

机械搅拌式浮选机的核心部件是其搅拌系统，这种结构模式的不足在于：①浮选机充气量受到叶轮转速限制，如要增大充气量，需提高叶轮转速，以使叶轮与盖板间形成较大的负压强度，但矿物分选又要求叶轮转速较低，以创造良好的静态流分选环境，因此转速对于充气量与分选环境而言是一个矛盾量，只能做到相对优化；②浮选过程调控性差，难以获得分选所需的流体动力学条件，分选精度不高；③为保证充气量，叶轮转速相对较快，能耗较大，叶轮与盖板接触处容易磨损，导致其产生的负压强度逐渐减小，充气量不断下降，矿浆液面不平稳。为此，武汉工程大学通过将离心叶轮与搅拌叶轮有机地结合起来，研发了一种2+1结构模式的双叶轮搅拌系统[40-43]。

与传统搅拌系统相比，双叶轮搅拌系统具有以下优点：①采用离心叶轮吸入空气和产生浮选气泡，不必依靠高转速，其线速度为常规叶轮的56%时就可以获得很好的充气效果，不存在充气量与分选环境相互矛盾的问题，有利于创造分选所需的良好流体动力学条件，提高分选精度；②由离心叶轮水力空化效应产生的气泡，优先从疏水矿物颗粒表面析出，有利于扩大疏水与亲水矿物颗粒的可浮性差异；③可以根据不同性质矿物浮选的需要，采用不同的叶轮组合，对浮选流体动力学条件进行灵活调控，有利于优化浮选机的分选性能；④搅拌强度较低，设备的能耗和磨损较小，符合节能化的设计理念；⑤结构简单，容易在现有浮选机基础上进行升级改造以制造槽体较深的大型浮选机[41]。

鉴于双叶轮搅拌系统具有明显的性能优势，目前武汉工程大学与湖北兴发化工集团股份有限公司合作，正在进行双叶轮浮选机的产业化应用研究工作。

3 展望

3.1 自动化

随着电子技术的发展、信息技术的普及，自动化控制技术得到广泛应用，可以结合浮选的特点，研究反应灵敏的检测元器件，实现浮选机液位、精矿品位等的在线检测。目前已有的自动化控制技术有：液位传感器、液面自动控制系统、计算机监控系统、微泡浮选柱和泡沫的数字图像控制等[44-47]。通过对浮选参数的自动控制，可以优化浮选结果、节约浮选药剂、提高浮选产率。随着设备的大型化，实现全流程信息化控制是浮选机今后的发展方向。

3.2 节能化

节能化是目前的热点话题，机器的研究不仅要在性能方面下功夫，也要考虑自身的节能化问题。浮选机的节能化在于研究新的搅拌系统结构，改善槽体结构及矿浆循环方式，建立矿浆在槽内的最佳运动路线，将浮选机的单位能耗降至最低，这样不仅可以在提高浮选效率的前提下减轻设备零件的磨损，而且符合浮选机节能化的设计理念[46-49]。因此，浮选机的节能化是今后的研究方向之一。

3.3 继续大型化

随着设备大型化，选矿厂设备总质量和建筑面积相应减小，投资额也相应减少。浮选槽及其相关设备的减少意味着可降低电气、给药、过程控制、泵和管路等的成本。由于总的能耗、维修、劳动力、易损部件等成本降低了，相应的运行成本也会降低[50-56]。目前，工业应用的最大浮选机容积为320 m3；2009年，北京矿冶在原有基础上，研制了单槽容积为600 m3的工业化浮选机，且在2013年完成了理论性研究；2012年奥托昆普公司开展了单槽容积为500 m3的Tank Cell浮选机的研制。由此可见，大型浮选机的应用前景非常广阔。

3.4 专属化

由于矿石日趋贫细杂，矿石性质越来越复杂多样，这就需要学者们对浮选机的专属化展开进一步研究。随着矿产资源不断地“贫、细、杂”化，导致有用矿物颗粒的粒度不同，在分选过程中表现出来的性质也不同[56-57]。为了达到较好的浮选效果，在分选时要按照入选矿物颗粒的性质差异来进行分选。目前已有粗粒浮选机，如CLF型粗粒浮选机，而矿石粒度不断细化，降低浮选粒级下限的浮选机市场供应短缺，因此发展细粒专用浮选机是当前研究工作的热点和难点。