浮选柱技术的应用现状及发展趋势_王伟之.pdf

年第期有色金属（选矿部分）：收稿日期：基金项目：河北省自然科学基金资助项目（）作者简介：李东林（），男，河北邯郸人，硕士研究生，主要从事矿物分选理论及工艺研究。通信作者：王伟之（），女，河北定州人，博士，教授，主要从事难选矿物分选理论及工艺研究。浮选柱技术的应用现状及发展趋势王伟之，李东林（华北理工大学 矿业工程学院，河北 唐山 ；河北省矿业开发与安全技术实验室，河北 唐山 ）摘要：相比于传统浮选机，浮选柱具有结构简单、易于调控、浮选效率高等优势，更适于处理品位低、嵌布粒度细、矿物组成复杂的矿石资源，其研究和应用逐渐成为矿物加工领域关注的焦点。介绍了浮选柱的发展历程和分类，重点阐述了各种新型浮选柱 浮选柱、浮选柱、充填型浮选柱、旋流静态微泡浮选柱、浮选柱、浮选柱、浮选柱在矿物浮选中的应用现状，通过与浮选机的浮选指标对比，在处理微细粒难选矿物时，浮选柱具有常规浮选机所不可比拟的分选效果；同时归纳了电解浮选技术、磁浮选技术、流态化浮选技术与柱浮选技术结合的代表性浮选设备磁浮选柱、电解浮选柱、流态化浮选柱等的应用进展；最后，指出了浮选柱的未来研发方向应侧重于自动控制系统的完善、流体动力学数值模拟的研究以及与综合力场的结合等方面。关键词：浮选柱；选矿；应用现状中图分类号：文献标志码：文章编号：（），（.，；.，）：，：；有色金属（选矿部分）年第期浮选机和浮选柱是浮选技术中常用的浮选设备。与浮选机相比，浮选柱结构简单，在性能方面具有容积利用率高、微泡数量多、喷淋水精选作用强及矿化几率高等优势。因此，浮选效率高，浮选速度快，广泛应用于回收各类矿物，且可选粒度范围相对 较 宽，尤 其 适 于 处 理 各 类 微 细 粒 矿 物。世纪 年代，加拿大工程师 对早先的浮选设备加以改进，添加了泡沫冲洗装置，发明具有现代意义的第一台浮选柱，随后在中国、美国和前苏联等国掀起了对浮选柱的应用热潮，但由于不能解决发泡器堵塞、充气不均匀及按比例放大困难等问题而后陷 入低 潮；世 纪 年 代以后，随着新设计思路的出现及对浮选柱各方面性能的优化研究，相继出现了一大批新型高效、性能优良的浮选柱。目前，浮选柱在全世界范围内得到了广泛应用，我国不仅安装和使用浮选柱的数量位居全球首位，而且在金属矿及非金属矿分 选、废 纸 脱 墨及 油 水 分 离等 方 面 均 有应用。浮选柱发展历程及分类 浮选柱发展历程 年浮选柱的设计思想诞生，煤泥水从中部给入、空气从底部通入的圆形容器成为当时意义上的浮选柱。年期间，与 等研发出充气式浮选柱，进行了斑岩铜矿的浮选工业试验，增加泡沫层厚度可提高精矿品位，但是存在沉槽、跑 槽、空 气 分 散 器 堵 塞 的 问 题。年 设计出由长而浅的槽体和多孔设备组合而成的浮选机，在浮选机基础上进行设计改进，添加了一系列丘里管样式的充气器，设计出了可以产生微气泡的浮选柱。世纪 年代，研制出具有现代意义的第一台浮选柱，并于 年获得专利，随后在中美苏等国迅速掀起了第一次浮选柱研发运用的热潮；年代后，由于技术水平限制，未能解决气泡发生器堵塞、充气性能不稳定及按比例放大困难等问题，浮选柱的发展及运用停滞不前。世纪 年代，由于在气泡发生器、充气性能和运行稳定性方面取得重大进展，浮选柱的研究再次得到关注，进入到第二次研发热潮，并且涌现出了一大批新型高效浮选柱，国外的有 浮选柱、充填式浮选柱、浮选柱、浮选柱和 浮选柱等，国内的有旋流静态 微 泡浮选 柱、浮选柱和 浮选柱等。目前，柱浮选技术在铁矿、铜矿、铅锌矿、黄金、钨矿、煤矿、石墨、磷矿等金属矿、非金属矿选矿中均有成功应用。浮选柱分类浮选柱的种类较多，根据柱体高度、发泡方式和矿化方式 的不同，浮选柱分类见表。表浮选柱分类 分类标准类别浮选柱名称柱体高度高柱型 浮选柱、充填式浮选柱、浮选柱等中高柱型旋流静态微泡浮选柱、顺流式浮选柱等矮柱型 浮选柱、全泡沫浮选柱等发泡方式射流原理发泡旋流静态微泡浮选柱、浮选柱等剪切接触发泡 充填式浮选柱等电解水产生气泡 浮选柱等空气喷射式发泡 浮选柱、浮选柱等矿化方式逆流矿化 浮选柱、浮选柱、全静态浮选柱等顺流矿化顺流喷射型浮选柱等管流矿化射流浮选柱、浮选柱、喷射浮选柱等顺流逆流多段矿化顺流逆流多段浮选柱等离心力场矿化旋流充气浮选柱等多种方式矿化旋流静态微泡浮选柱等浮选柱在选矿中的应用国外浮选柱应用较早，柱分选理论体系比较健全，一大批具有特色的浮选柱被广泛投入到工业应用中。其中 系列浮选柱和 浮选柱首先应用在煤炭分选，后续推广到有色金属矿的选别；充填式浮选柱从最早应用于非磁性铁燧石矿石开始，到最大型充填式浮选柱应用于铜矿浮选，均取得了优良的产品指标。国内浮选柱在借鉴国外经验的基础上，经过研究人员的创新与研发，也研制出多种优秀的浮选柱，如具有自主知识产权的旋流静态微泡浮选柱、浮选柱、浮选柱以及 系 年第期王伟之等：浮选柱技术的应用现状及发展趋势列浮选柱等，在铁矿浮选、有色金属矿浮选、脱硫除硅 、煤炭精选、提炼萤石 及重金属离子回收 等方面均得到了广泛应用。浮选柱的应用加拿大 公司根据逆流浮选原理，设计出比浮选机效率高、易调控的 浮选柱，其结构示意图见图，该设备采用可拆卸的 气体分散装置，克服了充气器堵塞问题，并且具备空气流量、界面高度（即泡沫与矿浆的界面位置）和冲洗水流量三个自动控制回路。图 浮选柱结构示意图 陈珺等 对云南某锡铜硫化矿进行浮选试验，引进 浮选柱取代 型浮选机用于铜精选作业，结果表明，应用两种设备获得的精矿回收率相近，但选别矿时，获得的铜精矿品位可提高 个百分点，富集比增加 ；选别矿时，铜精矿品位提高 个百分点，富集比增加 。何名飞等 在微细粒锡石浮选试验中选用 浮选柱，结果表明，该柱对 粒级的矿粒具有较好的浮选效果，可获得品位 的锡精矿，较原浮选机精矿品位提高了 个百分点，回收率也提高了 个百分点。方雨 采用 浮选柱对大红山铜矿进行浮选工业试验，分别进行了粗精矿再磨和不再磨条件下的浮选试验，结果表明，与浮选机工艺对比，浮选柱再磨流程获得的铜精矿品位提高了 个百分点，不再磨时铜精矿品位也提高了 个百分点；同时，利用浮选柱在减少两次精选作业的条件下，仍可达到与浮选机近似的工艺指标。浮选柱的应用澳大利亚的 浮选柱（图）因特殊的充气矿化技术，以及柱体高度的大幅降低，成为备受细粒物料分选所青睐的浮选设备，但不足之处是柱内缺少中矿循环、搅拌作用和离心运动，导致精矿回收率欠佳，尾矿需要多次再选。图 浮选柱结构示意图 焦作某矿区应用 浮选柱直接分选无烟煤泥，在煤泥灰分为 的条件下，得到的精煤产率和精煤灰分分别为 和 ，处理量是 浮选机的两倍多。土耳其的卡尔敦矿业公司在浮选长石矿样时，采用 浮选柱去除矿样中含铁和钛的脉石矿物，经过一段粗选和分级浮选的工艺流程，原矿样中 的总含量由 降至 ，钠长石精矿回收率达到 。澳 大 利 亚 芒 特 艾 萨 矿 业 有 限 公 司 采 用 浮选柱对含铅矿泥进行单段和两段串联浮选试验，结果表明，在入料相同的条件下，与普通浮选柱和机械搅拌式浮选机相比，精矿品位可分别提高 和 个百分点。充填式浮选柱的应用充填式浮选柱是在柱内装有特定填料，由美国密西根技术大学的杨锦隆教授研制而成，其结构示意图见图。柱内的充填介质使多相流流态便于控制，相较于其他浮选设备，充填式浮选柱具有“柱壁效应”，可减缓气泡兼并；同时防止柱内剧烈紊流造成的“沟流”、“翻花”等现象；而且无需气泡发生器，不存在结垢堵塞等问题。杨世金等 采用柱式反浮选工艺对某高镁低品位磷矿进行试验研究，浮选柱的柱内和矿浆入口段分别装填倾角为 的 型孔板波纹规整填料和鲍尔环填料，在磨矿细度 占 、矿浆 、捕收剂用量 、捕集区高有色金属（选矿部分）年第期图充填式浮选柱结构示意图 度 等工艺条件下，通过单段柱式反浮选流程，获得了品位和回收率分别为 和 的磷精矿。王伟之等 以冀东地区某鞍山式贫赤铁矿为研究对象，利用充填式微泡逆流接触式浮选柱对赤铁矿的磁选精矿进行了柱式浮选试验，结果表明，在阴离子反浮选流程中，采用一粗一精一扫工艺流程，可得到精矿品位 、回收率 以及尾矿品位 的优良选别指标；在阳离子反浮选流程中，采用两粗一精一扫的工艺流程，铁 精 矿 品 位 和 回 收 率 可 分 别 达 到 和 ，柱式流程指标均优于现场浮选机流程，实现了高效低成本的回收目标。李城等 为提高承德地区某钒钛磁铁矿的钛精矿质量，采用充填式微泡逆流接触式浮选柱和浮选机进行柱机联合浮选，在条件试验和流程试验的基础上，得到了一粗（浮选柱）五精（浮选机）的浮选流程，结果表明，通过该流程获得了 品位为 、回收率 的钛精矿，分选指标优于浮选机。等 将聚乙烯材质的填充板安装在浮选柱给矿口与充气口之间，对细粒铝土矿进行浮选试验，精矿 品位和回收率较不安装填充板时分别提高 和 个百分点。曹本三郎等 对比了充填式浮选柱和浮选机对高硅镁中低品位胶磷矿的反浮选脱镁指标，柱浮选工艺流程获得的精矿产率和回收率远高于浮选机，分别达到了 和 。朱煜腾等 以自制的 薄板为充填介质，添加到自制的实验室型逆流浮选柱中，并改变充填介质的高度对硅铝比为 的铝土矿进行回收试验，精矿铝硅比由无充填条件下的 提高到 ，而且对 微细粒级矿物具有强化回收效果。浮选柱的应用 浮选柱（图）是长沙有色金属研究院自主研发，用于处理有色、黑色、非金属矿等方面均取得了理想的浮选指标。浮选柱属于逆流式浮选柱，该柱以三相流体动力学为设计依据，与传统的浮选柱相比，在结构上的创新有四个方面：）新型喷枪式微泡发生器；）尾矿阀门智能化；）柱体呈阶梯状布局；）安装了消能板。图 浮选柱结构示意图 洛阳栾川钼业集团首先利用 浮选柱在实验室对白钨矿的回收进行了探索性试验，在此基础上又进行了工业试验，结果表明，采用一粗二精浮选流程，浮选柱获取的精矿品位要比 型浮选机高出约 个百分点，钨精矿的品位和回收率分别为 和 。广西盘龙铅锌矿应用 浮选柱强化铅锌分离，浮选流程缩短为原来一 半，铅 精 矿 的 品 位 和 回 收 率 分 别 提 高 到 和 ，锌精矿的品位和回收率分别提高至 和 。安徽某铜矿山分别采用常规浮选机、旋流静态微泡浮选柱和 浮选柱浮选铜粗精矿，研究表明，利用 型浮选柱获得铜精矿品位为 ，对比另两种浮选设备，品位分别提高了 和 个百分点，铜精矿品位达到预期目标。某铜矿在铜钼分离时应用 型逆流充气式浮选柱取代原来的矮柱浮选槽，经过一粗二精 一 扫 的 浮 选 流 程，获 得 的 钼 精 矿 品 位 为 ，较改造前提高了 个百分点，回收率为 ，较改造前提高了 个百分点，年综合利润较先前也增加了约 万元。旋流静态微泡浮选柱的应用旋流静态微泡浮选柱（图）由刘炯天院士牵头研制，该设备分为柱浮选段、旋流分选段和管流矿化 年第期王伟之等：浮选柱技术的应用现状及发展趋势段三部分；作为一种分选精度高、强化微细粒分选的浮选设备，它具有处理能力大、两次矿化中矿、特制气泡发生器、两次分选等优点。图旋流静态微泡浮选柱结构示意图 艾光华等 采用旋流静态微泡浮选柱强化回收微细粒黑钨矿，在选取合适的工艺条件和操作参数基础上，确定了一粗二精的浮选柱流程，与原浮选机一粗三精五扫的流程对比，不仅缩短了流程，精矿品位还提高了 个百分点，回收率提高了 个百分点。刘忠义等 将旋流静态微泡浮选柱用于处理萤石矿，在浮选柱处理的原矿 含量高于浮选机的条件下，选取适宜的处理量和药剂用量，经过浮选柱连选试验，与同期现场浮选机生产指标相比，粗精矿品位和回收率分别提高了 和 个百分点。牛敏等 针对机械搅拌式浮选机在晶质石墨浮选中存在的流程长、效率低、成本高等问题，应用 旋流静态微泡浮选柱为主体设备进行石墨精选试验，结果表明，与浮选机相比，浮选柱可减少两次精选，并在给矿固定碳含量 时，精矿产品的固定碳含量和回收率可分别达到 和 。熊召华 以青海某低品位金矿为研究对象，采用旋流静态微泡浮选柱粗选和常规浮选机精选、扫选的联合流程，获得了精矿品位 、综合回收率 的金精矿，为同类型矿山的研究提供了借鉴意义。纪道河等 为了解决某选厂全浮选机流程中流程长和效率低等问题