高效细粒浮选柱.pdf

第5 9 卷第2 期 2 0 07 年5 月 有色金属 N o n f e r r o u sM e t a l s V 0 1 ．5 9 ．N o ．2 M a y 2 0 0 7 高效细粒浮选柱 周凌锋1 ，傅联海2 ，张 强1 ] ．北京科技大学土木与环境工程学院，北京1 0 0 0 8 3 ； 2 ．江西下垄钨业有限公司，江西大余8 4 ] 5 18 摘 要在充分研究J a m e s o n 浮选柱的基础上，结合“矿浆适度紊动”比“矿浆静态”更有利于细粒浮选的新观点，设计高效细 粒浮选柱的实验室装置系统并从几方面分析高效细粒浮选柱的高效机理。细粒铝铋回收试验表明，在同等试验条件下，无论是精 矿品位还是回收率，高效细粒浮选柱都高于J a m e s o n 射流浮选柱和X F D 机械搅拌浮选机。 关键词选矿工程；浮选；浮选柱；细粒浮选 中圈分类号T D 4 5 6 ；T D 9 2 3 ．7 ；T D 9 5 2文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 7 0 2 0 0 5 5 一0 4 1J a m e s o n 浮选柱的充气矿化原理及 优缺点 2 0 世纪8 0 年代以来，浮选柱研究在国内外掀 起了第二次高潮。在众多类型浮选柱中[ 1 | ，J a m e s o n 射流浮选柱以其浮选效果好、柱短和独特的充气矿 化装置备受青睐，各种浮选柱的工业应用模式也竟 相采用J a m e s o n 浮选柱这一先进的充气矿化原理。 1 ．1J a m e s o n 浮选柱的充气矿化原理 J a m e s o n 浮选柱充气矿化原理如图1 所示。将 加压矿浆 喷嘴入口压力P 0 ．1 ～0 ．1 5 M P a 由浮 选柱顶部给入，经过喷射嘴后形成一股射流，由于射 流对空气的卷吸作用，携带周围空气随其一道注入 下导管中并在下导管造成局部真空，于是空气源源 不断导入下导管内。空气在下导管中被粉碎成微小 气泡，并且同时在射流的搅拌作用下，固、液、气三相 充分混合，实现了气泡的矿化，即气泡对目的矿物的 选择性捕集。混合均匀的三相混合流从下导管底部 进入浮选槽，矿化气泡携带所捕集的目的矿物上浮， 从浮选槽顶部溢流周边进入精矿收集槽，尾矿则从 浮选槽底部排出，这样就完成了一次分选。J a m e s o n 浮选柱使目的矿粒在下导管内与气泡碰撞完成矿 化，浮选槽只起使矿化好的气泡与尾矿发生分离的 作用，这就省去了常规浮选柱的捕集区高度，使得浮 选柱高度大大降低。 收稿日期2 0 0 5 1 1 1 1 作者简介周凌锋 1 9 7 3 一 ，男，江西赣州市人，博士，主要从事矿 物加工和浮选柱等方面的研究。 给矿 尾矿 ． 图1J a m e s o n 浮选柱示意 F i g ．1 S c h e m eo fJ a m e s o nf l o t a t i o nc o l u m n 1 ．2 J a m e s o n 浮选柱的优缺点 j a m e s o n 浮选柱的优点主要有4 个方面口_ 3 ] 。 1 空气自然导入，避免了常规浮选柱压入空气所引 起的麻烦。 2 在保持常规浮选柱泡沫层厚度、且可 使用泡沫冲洗水技术的同时，大幅度降了长径比，高 度一般与机械浮选机相近。 3 从下导管上部自由 吸入的气流，在下导管中试图上升而矿浆体则力图 将其下推，这样气体挤压在一起，使下导管中气容率 高达6 0 ％。当气一固一液三相混合体从下导管底 部排出进入分离槽后，会析出大量活性微泡。高气 容率和大量微泡都有利于细粒浮选。 4 因为气泡 矿化主要发生在下导管中，浮选槽基本不需要矿化 捕集区，矿浆在槽中停留时间短，所以浮选槽体积虽 小，但泡沫层仍厚，处理量也大。 万方数据 5 6有色金属 第5 9 卷 J a m e s o n 浮选柱虽然有独特的优点，但也存在 缺点而使其使用范围大受限制，其缺点主要表现在 3 个方面1 2 - 3 ] 。 1 它只对给料充气没有中矿循环， 影响了浮选精矿的回收，尾矿也必须经过多级反复 再选才能保证得到合理的指标。 2 由于既没有搅 拌作用和离心力所引起的矿浆紊动，也没有传统浮 选柱所具有的矿浆与气流逆向运动所引起的搅动， 浮选过程完全处于“静态”分选状态，所以不能保证 从下导管中排出的矿浆和气泡在浮选槽中充分均匀 分散，不能保证浮选槽内矿粒充分悬浮，这对浮选分 离是不利的。完全“静态”的分选条件无法克服细粒 矿物之间的非选择性团聚以及细粒脉石在气泡团中 的夹杂。 3 下导管在分离槽内插入深度较大，易造 成矿化气泡短路，使有用矿粒丢失于尾矿中。 2高效细粒浮选柱的工作原理和结构 特点 2 ．1 高效细粒浮选柱的工作原理 一直以来，浮选柱的研究者都视“紊流矿化，静 态分选”为浮选柱选别矿物的理想境界。然而现在 也有不少在综合分析研究浮选矿浆流体动力学以及 矿粒之间、矿粒与气泡之间相互作用基础上得出的 新观点【4 qJ 。浮选柱矿浆中强烈的搅拌固然不适 合浮选柱对矿物的分选，但矿浆中适当的紊动对矿 物、尤其是微细矿物的分选是有益的。适当的紊动 不但能有效克服脉石矿粒与有用矿粒之间的非选择 性团聚以及夹杂在矿化气泡中的细粒脉石，还有利 于矿化气泡与矿浆的有效分离。 因此，在此新观点基础上，开发研制出一种既能 传承J a m e s o n 浮选柱结构优势、又有合理的中矿循 环系统和适度紊动矿浆条件的新型浮选柱就显得很 有必要。 在充分研究分析国内外各类浮选柱优缺点的同 时，基于J a m e s o n 浮选柱先进的充气矿化装置技术， 在实验室研制了一套高效细粒浮选柱的试验装置系 统。该浮选柱的结构如图2 所示。与J a m e s o n 浮选 柱相比，高效细粒浮选柱给矿改由从浮选槽体下部 由锥形漏斗给入，而且增加了中矿选别系统。新型 浮选柱的工作原理为经过药剂调配好的原矿矿浆 以一定的压力通过原矿喷嘴后形成矿浆射流，由于 负压作用空气由空气管自动导入，由于二者的不同 流向及速度差从而产生大量的气泡与矿浆混合进入 原矿下导管，在高度紊流环境中，气泡发生矿化作用 由锥形漏斗排出进入浮选槽内。矿浆中可浮性好的 中矿循环套 尾矿 图2 新型浮选柱结构示意 F i g ．2 S c h e m eo fe f f i c i e n tf l o t a t i o nc o l u m n 矿物被优先浮选，随矿化气泡上升并与迎面而来的 中矿下导管矿浆气泡产生适度的碰撞，矿化气泡中 部分黏附力小的脉石夹杂被震落，矿化气泡继续上 升而溢流出浮选槽进入精矿收集槽。另一方面，从 锥形漏斗排出没有被矿化气泡附着的目的矿物颗粒 与矿浆一起向下运动，大部分向下运动的颗粒连同 矿浆受到中矿循环泵的抽力作用而进入环形套后被 中矿循环泵抽出，循环泵把它们压过中矿喷嘴后，与 空气管中自动导入的气体一起进入垂直中矿下导 管，在高度紊流环境中目的矿物颗粒被矿化，与矿浆 一起进入浮选槽内，随即与上升的矿化气泡相碰产 生适度紊动，矿化气泡中黏附力小的脉石杂质在紊 动中被震落，在重力作用下沉降。矿化气泡由于浮 力的作用随即上浮，与原矿矿化气泡～道溢流至精 矿收集槽。未被矿化的目的矿物颗粒向下运动又被 吸进中矿循环泵，如此循环往复。在反复循环中，脉 石和粒度较粗的目的矿物颗粒受重力作用沉降到浮 选槽底部作为尾矿排出。 2 ．2 高效细粒浮选柱的特点 从图2 和工作原理可以看出，高效细粒浮选柱 除了具有J a m e s o n 浮选柱的优势结构外，还有其独 特的特点。 1 采用了入料从下部、中矿循环从上部 进行的双向充气矿化结构。承袭了J a m e s o n 浮选柱 的“下导管充气与矿化技术”这一独特结构优势。8 j 。 2 合理的中矿循环系统和高压溶气释放装置有机 结合了起来。原矿给矿与向下回流没有矿化的中矿 用锥形漏斗分隔开，使原矿中目的矿物颗粒有更多 的机会与气泡接触，提高了浮选效率。 3 锥形漏斗 与原矿下导管出口相连，由于气一固～液三相混合 体经由锥形漏斗进入分离槽时相对运动速度骤然大 万方数据 第2 期周凌锋等高效细粒浮选柱5 7 幅度降低且转而为上浮运动，所以三相体的气容率 大幅度减小，以前溶解在下导管底部、处于过饱和状 态的气体分子重新析出而形成大量微泡，微泡加强 了微细粒的浮选。 4 锥形漏斗出口的原矿矿浆和 中矿下导管出口的中矿矿浆两股混合体的对撞产生 矿浆紊动，其紊动强度由它们之间的距离和放置细 孑L 筛板数量来调控。适度的紊动不但对细粒浮选无 害、反而能有效克服脉石矿粒与有用矿粒之间的非 选择性团聚以及夹杂在矿化气泡中的细粒脉石，保 证了微细粒浮选精矿的质量。 3浮选试验 3 ．1 试样性质 试验物料是某矿细泥浮选段钼铋混合浮选的给 料，来自粗选和重选的洗矿溢流经姐5 m 浓密机浓 缩后的底流，含钼0 ．3 6 ％、铋0 ．4 1 ％。该矿产自高 温热液充填细脉浸染型黑钨矿床，主要金属矿物为 黑钨矿，伴生矿物为黄铁矿、磁黄铁矿、辉钼矿、辉铋 矿、白钨矿、黄铜矿、锡石、绿柱石等。主要回收元素 为钨，综合回收元素为钼、铋。原矿中主要金属矿物 如黑钨矿、辉钼矿、辉铋矿、黄铁矿、磁黄铁矿等嵌布 粒度较细，有部分呈连生体或微细包裹体存在，连生 体主要与脉石连生。试样的各粒级金属分布率见表 1 。由表1 可知，试样中一1 0 肚m 粒级金属占总金属 量的4 1 ．6 8 ％，一2 0 m 粒级金属占总金属量的 6 1 ．3 7 ％，试样中需要回收的金属主要存在于一 2 0 ／z m 粒级中，其中又有近一半的金属在一1 0 肚m 粒 级中。 表1 试样各粒级金属分布表 T a b l el S i z i n ga n a | y s i so { t e s t 3 ．2 试验方法 试验采用现场药剂制度，即固定比例的水玻璃、 石灰、氰化钠作调整剂，固定比例的丁基黄药、煤油、 3 硫氮九号作捕收剂，起泡剂为松醇油。试验使用 1 0 0 0 m l X F D 机械搅拌浮选机进行开路浮选、用一般 条件试验法确定最佳药剂用量。采用正交试验法确 定高效细粒浮选柱和J a m e s o n 浮选柱的主要操作参 数。， 通过1 0 0 0 m l x F D 机械搅拌浮选机试验，确定最 量为1 1 9 0 9 ／t ，p H 为1 1 左右，固定比例的丁基黄药、 煤油、硫氮九号用量为3 2 0 9 ／t ，起泡剂松醇油的用 量为6 0 9 ／t 。 3 ．3 试验结果与讨论 对整体矿石的可浮性没有做系统全面的研究， 对钨的选别效果也未加详细考虑，仅对1 0 0 0 m l X F D 机械搅拌浮选机与高效细粒浮选柱、J a m e s o n 浮选 柱在同等试验条件下进行了钼铋混合浮选的开路一 段平行浮选试验，从中可以比较出三者对矿物微细 佳药剂制度为固定比例的水玻璃、石灰、氰化钠用粒的选别效果。试验结果见表2 。 表2 不同浮选设备试验结果对比 T a b l e2R e s u l t sc o m p a r i s o no ft h e ef l o t a t i o nm a c h i n e s 从表2 可以看出，无论是精矿品位还是精矿回 收率，高效细粒浮选柱都明显高于X F D 浮选机和 J a m e s o n 浮选柱，这就从试验上证明了浮选柱内适 当的紊动能有效克服脉石矿粒与有用矿粒之问的非 选择性团聚以及夹杂在矿化气泡中的细粒脉石，提 高精矿质量。中矿循环系统和锥型漏斗中部分微泡 的析出有利于微细颗粒选别，提高了精矿回收率，也 是部分原因。 另外，从表2 也可以看出，J a m e s o n 浮选柱钼铋 的精矿回收率比X F D 浮选机都高几个百分点，说明 J a m e s o n 浮选柱比X F D 浮选机更适合于微细矿粒 的选别，但其精矿品位又稍低于X F D 浮选机，说明 J a m e s o n 浮选柱在克服脉石夹杂方面有待于加强。 4结语 理论和试验证明，高效细粒浮选柱是一种对微 万方数据 5 8 有色金属 第5 9 卷 细粒浮选行之有效的浮选设备，它克服了J a m e s o n 浮选柱没有中矿循环的缺点。高效细粒浮选柱是对 现有浮选柱结构的一次有效创新突破了传统的“紊 流矿化，静态分选”观念，在矿浆中引入了适度紊动， 锥型漏斗的设置使得下导管中处于过饱和状态的分 参考文献 1 2 3 4 5 6 子重新析出而形成大量微泡，合理的中矿循环装置 使其一次分选便能达到较好的指标。但到目前为 止，高效细粒浮选柱只进行了实验室装置的研究，还 需要继续扩大试验，与其他浮选设备做全面的技术 经济比较。 张强，王化军，李正龙．浮选柱的新发展[ J ] ．国外金属矿选矿，1 9 9 1 ，8 9 7 一l O ． 刘炯天，欧泽深，高敏．旋流器浮选柱的研究[ J ] ．选煤技术，1 9 9 3 ，1 2 5 6 0 6 3 ． 霍尔．浮选柱进入成熟期[ J ] ．国外金属矿选矿，1 9 9 3 ，5 1 0 4 5 4 8 ． 何廷树．新型细粒浮选机的研究[ M ] ．沈阳东北大学出版社，1 9 9 7 1 4 2 0 ． 周凌锋，张立明，甘正如．浮选柱强化细粒分选的研究[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 0 4 ， 4 3 3 3 5 ． W e b e rM e ，P a d d o c kD ．I n t e r c e p t i o n a la n dg r a v i t a t i o n a le o l l s i o n e f f i c i e n e i e sf o rs i n g l ec o l l e c t o r sa ti n t e r m e d i a t eR e y n o l d sn u m b e r s [ J ] ．C o l l o i dI n t e r fS C i ，1 9 9 4 ，2 5 3 2 7 3 3 5 ． [ 7 ] S c h n e i d e rJC ，W e e r tGV a n ．D e s i g no fo p e r a t i o no ft h eh y d r o c h e mf y d r o e h e mf l o t a t i o nc o l u m n [ J ] ．C o l u m nF I o t a t i 。n ，1 9 9 9 1 1 7 2 8 7 2 9 2 ． [ 8 ] 柴成栋．向常规浮选柱挑战的詹姆森浮选槽[ J ] ．I N g b 选矿快报，1 9 9 1 ，9 3 3 5 3 8 ． E f f i c i e n tF l o t a t i o nC o l u m nf o rF i n eP a r t i c l e s Z H O UL i n g - f e n 9 1 ，F UL i a n h a i 2 ，Z H A N GQ i a n 9 1 S c h o o lo fC i v i la n dE n v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g ，U n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yB e O i n g ，B e O i n g1 0 0 0 8 3 ，C h i ，z n ； 2 ．X i a l o n gT u n g s t e nM i n i n gC o ．L t do f ．，缸n g x i ，D a y u3 4 1 5 1 8 ，f i a n g x i ，C h i n a A b s t r a c t B a s e do nt h ec o m p l e t e l yi n v e s t i g a t i o no ft h eJ a m e s o nf l o t a t i o nc o l u m n ，r e f e r r i n gt ot h ev i e wt h a t “s u i t a b l v t u r b u l e n tp u l p ”i sm o r eu s e f u lt h a n “q u i e s c e n tp u l p ”i nf i n ep a r t i c l e sf l o t a t i o n ，al a b o r a t o r ys y s t e mo fe f f i c i e n t f l o t a t i o nc o l u m nf o rf i n ep a r t i c l e sf l o t a t i o ni sd e s i g n e d ，a n dt h er e a s o n st h a tt h ec o l u n l ni se f f i c i e n c yt of i n ep a r t i c l e sf l o t a t i o na r ea n a l y z e d ．T h ee x p e r i m e n t sr e s u l t so ft h em o l y b d e n u mb i s m u t hf i n eo r e sp r o c e s s i n gs h o wt h a t u n d e rt h es a m et e s tc o n d i t i o n s ，b o t ht h ec o n c e n t r a t eg r a d ea n dt h em e t a l sr e c o v e r yo ft h ee f f i c i e n tc o l u l n na r e h i g h e rt h a nt h o s eo ft h eJ a m e s o nc o l u m na n dt h o s eo ft h eX F Df l o t a t i o nc e l l ． K e y w o r d s m i n e r a Ip r o c e s s i n g ；f l o t a t i o n ；f l o t a t i o nc o l u m n ；f i n ep a r t i c l e sf l o t a t i o n 万方数据