流态化浮选技术概述.pdf

2 0 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第5 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n l 6 7 1 9 4 9 2 ．2 0 1 9 ．0 5 ．0 0 5 流态化浮选技术概述 沈政昌1 ’2 ，罗世瑶1 ’2 ，杨义红1 ’2 ，史帅星1 ’2 1 ．北京矿冶科技集团有限公司矿物加工科学与技术国家重点实验室，北京1 0 0 1 6 0 ； 2 ．北矿机电科技有限责任公司北京市高效节能矿冶技术装备工程技术研究中心，北京1 0 0 1 6 0 摘要首先分析总结了粗颗粒矿物难浮的原因为粗颗粒矿物与气泡接触时间短，感应时间长，与气泡气固黏附强度 低；其次介绍了流态化技术的发展以及该技术在粗颗粒分选中的应用，气固、液固两相流态化在煤分选领域普遍应用，由于有 色金属矿分选领域的复杂性，气液固三相流态化浮选技术处于研究阶段；同时总结了流态化浮选技术原理和设备的研究进 展，H y d r o F l o a tS e p a r a t o r 和N o v a C e l l 是具有代表性的设备；分析了流态化浮选的主要研究方向和发展趋势为三相流态化浮 选动力学过程研究，三相流场模拟策略研究，以及复合力场的加人提升矿物粒度浮选上限。 关键词粗颗粒矿物；流态化技术；流态化浮选} 流态化浮选设备 中图分类号T D 9 1文献标志码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 9 0 5 0 0 2 0 0 7 A nO v e r v i e wo fF l u i d i z e dF l o t a t i o nT e c h n o l o g y S H E NZ h e n g c h a n 9 1 2 ，L U OS h i y a 0 1 ’2 ，Y A N GY i h o n 9 1 ’2 ，S H IS h u a i x i n 9 1 2 1 ．B G R I M MT e c h n o l o g yG r o u p ，S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fM i n e r a lP r o c e s s i n gS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ， B e i j i n g1 0 0 1 6 0 ，C h i n a ；2 ．B G R I M MM a c h i n e r ya n dA u t o m a t i o nT e c h n o l o g yC o ．，L t d ．，B e i j i n g E n g i n e e r i n gR e s e a r c hC e n t e ro nE f f i c i e n ta n dE n e r g yC o n s e r v a t i o nE q u i p m e n to fM i n e r a l P r o c e s s i n g ，B e i j i n g1 0 0 1 6 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h i sp a p e rf i r s t l ys u m m a r i z e sa n da n a l y z e st h er e a s o n sf o rp o o rr e c o v e r yo fc o a r s e g r a i n e d m i n e r a l s 1 t h ec o n t a c tt i m eb e t w e e nc o a r s e g r a i n e dm i n e r a l sa n db u b b l e si ss h o r t ，b u tt h ei n d u c t i o nt i m e i sl o n g ；2 t h eg a s s o l i da d h e s i o ns t r e n g t hw i t hb u b b l e si sl O W ．N e x t ，w em a i n l yi n t r o d u c et h ef l u i d i z a t i o n t e c h n o l o g ya n di t sa p p l i c a t i o no ft h i st e c h n o l o g yi nc o a r s ep a r t i c l es o r t i n g ．T h o u g hg a s s o l i d ，l i q u i d s o l i d t w o p h a s ef l u i d i z a t i o na r ew i d e l yu s e di nt h ef i e l do fc o a ls o r t i n g 。b u td u et ot h ec o m p l e x i t yo ft h ef i e l do f n o n f e r r o u sm e t a lo r es o r t i n g ．g a s l i q u i d s o l i dt h r e e p h a s ef l u i d i z e d f l o t a t i o nt e c h n o l o g yi ss t i l li nt h e r e s e a r c hs t a g e ．A tt h es a m et i m e 。t h er e s e a r c hp r o g r e s so ft h et h e o r ya n de q u i p m e n to ff l u i d i z e df l o t a t i o n t e c h n o l o g yi ss u m m a r i z e d ．H y d r o F l o a tS e p a r a t o ra n dN o v a C e l la r er e p r e s e n t a t i v ee q u i p m e n t s ．T h em a i n r e s e a r c hd i r e c t i o n sa n dd e v e l o p m e n tt r e n d so ff l u i d i z e d f l o t a t i o na r ea n a l y z e d ．T h es t u d yo ff l u i d i z e d f l o t a t i o nk i n e t i c s ，t h r e e p h a s ef l o wf i e l ds i m u l a t i o ns t r a t e g y ，a n dt h ea d d i t i o no fc o m p o s i t ef o r c ef i e l d s i n c r e a s et h eu p p e rl i m i to fm i n e r a lp a r t i c l ef l o t a t i o n ． K e yw o r d s c o a r s ep a r t i c l em i n e r a l s ；f l u i d i z a t i o nt e c h n o l o g y ；f l u i d i z e df l o t a t i o n ；f l u i d i z e df l o t a t i o ne q u i p m e n t 随着我国经济社会的快速发展，矿产资源被大 量开采，资源呈现贫、细、杂的属性，这对选矿工艺与 设备提出了更高的要求。以有色金属矿分选领域为 例，研究统计表明，磨矿电耗占选矿厂总电耗的4 5 ％ ～5 5 ％，提高矿物浮选粒度，可以大幅降低磨矿功 耗[ 1 ] 。但常规粗颗粒矿物浮选设备处理矿物的粒度 上限有限，低解离粗颗粒在常规粗颗粒浮选设备的 流体动力学环境中脱落概率高瞳] 。 流态化浮选技术结合流态化技术与浮选技术各 自的优点，为粗颗粒分选创造适宜的水力学环境，能 够大幅度提升粒度回收上限，使粗颗粒以及低解离 度颗粒回收成为可能。且粗颗粒直接入选，提前抛 出大部分脉石矿物，大大降低了再磨作业功耗。流 程配置的革新，相比传统的磨浮流程节省能耗3 0 ％ ～4 0 ％[ 3 3 ，降低药剂用量，同时降低脱水作业的难 度。因此，有色金属矿分选领域流态化浮选技术以 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 1 6 0 4 0 2 8 收稿日期2 0 1 9 - 0 7 2 2修回日期2 0 1 9 - 0 8 0 9 作者简介沈政昌 i 9 6 0 ～ ，男，江苏常熟人，博士，教授，从事矿物加工设备研究及工程转化方面的研究。 万方数据 2 0 1 9 年第5 期沈政昌等流态化浮选技术概述 2 1 及设备的研究具有现实意义。 1 粗颗粒分选概述 矿物浮选粒度具有上、下限，最佳粒度范围之外 的矿物，可浮性和选择性都会变差[ 4 ] 。粗粒级矿物 与常规粒级矿物具有不同的浮选特性，因质量大，惯 性大，粗颗粒矿物易在强紊流浮选环境中从气泡上 脱落。目前对粗颗粒矿物浮选行为的研究始于对粗 粒级矿物的界定。 1 ．1 粗粒级矿物界定 早在1 9 3 2 年，G a u d i n 等人提出粗细颗粒具有 不同的浮选特性。1 9 8 3 年，卢寿慈依据实验室和工 业实践所取得的数据对矿物颗粒的粒度等级进行了 划分[ 5 3 ；1 9 9 1 年，胡熙庚等认为泡沫浮选难于对1 0 0 p ．m 以上的粗颗粒矿物发挥作用，常规泡沫浮选针对 硫化矿的适宜粒度范围为7 ～1 0 0p ．m E 6 。7 ] 。1 9 9 3 年， S c h u l z e 在静态分选环境下，得出浮游粒度上限 公式‘8 3 ； ．．．．上 D 。。『一要丝些车竺丝垫] 2 1 其中 ，。G 一液／气界面张力；卜接触角；△| D 一矿 粒与液体间密度差；g 一重力常数；∞一1 8 0 。一寺臼。 2 0 0 8 年，J a m e s o n 在S c h u l z e 工作的基础上推导 出传统浮选机中能够回收的最大颗粒直径公式[ 9 _ 1 0 ] ‰_ 1 ．5 3 攀掣虿 2 △p e y p ￡ 其中y 一表面张力；卜接触角；△I D 一固相液相 密度差；￡．- - f j 色量耗散率；p L 一液相密度。 2 0 1 0 年，J a m e s o n 通过在浮选柱中引入流态化 技术，将矿物分选粒度上限提高到了4 0 0 肛m 。2 0 1 3 年，B e l l s o nA w a t e y 等利用H y d r o F l o a t 流态化分选 设备，将闪锌矿的浮游粒度上限提升至1 ．1 8m m 。 因此，随着浮选技术的进步，可浮矿物粒度的上限是 在不断拓展的。 1 ．2 粗颗粒矿物难浮原因概述 1 ．2 ．1 浮选设备中的强紊流环境，粗颗粒脱落概 率高 矿物颗粒浮选过程的首要条件是矿粒与气泡的 接触和附着，粗颗粒矿物粒度粗，质量大，S t o k e s 准 数K 大，矿物与气泡之间的相对速度大，因此矿物 与气泡的碰撞概率大。实现粗颗粒矿物与气泡黏 附，形成矿粒一气泡集合体必须满足的前提条件是 感应时间须小于矿粒与气泡碰撞时的接触时间。从 矿粒与气泡水化膜接触、水化膜变薄、破裂，最终形 成三相润湿周边的感应时间与矿粒大小之间的关系 见式 3 [ 2 ’1 1 ] 。 t k d ” 3 其中f 一感应时间；k 一感应时间系数；d 一矿粒 当量粒度直径；以一由矿粒的运动状态决定的指数， 一般介于o ～1 ．5 ，层流时行 0 ，湍流时行 1 ．5 。 对于粗颗粒矿物来说，自身粒度大，惯性大，与 气泡的接触时间较短，而所需的感应时间长 颗粒粒 度大，根据公式 3 ，所需感应时间长 ，尤其在湍流 状态时，矿粒与气泡的接触时间远小于感应时间，因 此可以减小叶轮的转速使粗粒矿物能在平稳的环境 中与气泡接触，实现黏附。 1 ．2 ．2 粗颗粒与气泡气固黏附强度低，易从矿浆一 泡沫层界面脱落 由于气一液一固三相浮选动力学过程的复杂 性，一般可将常规浮选机动力学分区划分为四个搅 拌混合区、运输区、分离区和泡沫区。携带粗颗粒的 气泡在从分离区进入泡沫区的过程中，由于粗颗粒 与气泡黏附强度低，稳定性差，易从矿浆一泡沫层界 面脱落。S c h u l z e 推导了邦德数 B o 方程，定义了描 述气泡一颗粒集合体稳定程度的邦德数。B o 1 时，紊流中黏附于气泡表面的矿粒将会脱落[ 12 | 。 2 0 0 6 年，D ．R ．S e a m a n 通过测定进入泡沫层的 气泡一颗粒集合体的速率来确定穿过泡沫层黏着颗 粒回收率，并通过3m 3O u t o k u m p u 浮选机开展试 验，得出矿物颗粒在矿浆一泡沫层的分界面脱落程 度最高这一结论。这为粗颗粒浮选设备的设计提供 了重要指导[ 1 引。 2 流态化技术概述 2 ．1 流态化技术发展及应用 关于流态化技术的应用，宋应星早在天工开 物中就记载采用不断颠簸的方法，用水掏洗铁砂， 强烈震荡大幅减少粒子间内摩擦作用，将较轻的脉 石洗掉，留下精铁矿的流态化分选过程，这一原理至 今还在摇床选矿过程中应用口4 _ 1 7 ] 。流态化技术引入 现代工业举足轻重的发展是石油的催化裂化和煤的 气化，这两个领域的迅速发展激发了许多应用流态 化技术的工业过程。现在流态化技术已广泛应用于 现代能源、轻工、石油、化工、冶金、环保、材料等行 业中。 流态化技术的原理向上的流体流过固体颗粒 堆积的床层，使固体颗粒悬浮，颗粒具有一般流体的 万方数据 2 2 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第5 期 性质，减小颗粒之间内摩擦力的作用。随着作用于 颗粒群的流体流速的增加，流态化将从散式流态化， 经历鼓泡流态化、湍动流态化 以上三者可以统称为 传统流态化 以及快速流态化阶段，最终进入流化输 送状态[ 1 8 。20 。。 散式流态化是指颗粒能够均匀分散在流体中的 流态化体系，多为固一液体系。而大量应用的气一固流 化床由于气泡的普遍存在，气固接触效率变差，传 热、传质及反应速率降低，称鼓泡流化床，属于聚式 流态化。有研究表明不是任何尺寸的固体颗粒都能 被流化，一般适合流化的颗粒粒度在3 0 肚m ～3m m ， 大至6m m 左右的颗粒仍能被流化，随着研究的深 入，流态化技术适用的颗粒粒径的范围在不断拓宽。 2 ．2 两相流态化技术进展 两相流态化技术在选矿领域中的应用主要体现 在煤的分选过程以及矿物的焙烧过程。流态化技术 因其独特的优势，气固和液固流态化技术解决了选 煤过程中粗煤泥回收难的问题。具有典型代表性两 相流化床分选设备有T B S 分选机、C S S 分选机、 F B C C 分选机、阻尼脉动液固流化床分选机、普通鼓 泡流化床和振动流化床等。针对T B S 分选机在宽 粒级物料分选中存在的缺点，国内外专家基于不同 流场和力场对其进行改造，出现了横流分选机、逆流 分选机等设备[ 2 1 | 。 针对矿物焙烧过程，气固两相流态化的应用，强 化了焙烧过程传热与传质效率，具有典型代表性的 设备是磁化焙烧炉、流态闪速焙烧炉、循环流态焙烧 炉和气体悬浮焙烧炉。 由于有色金属矿分选的复杂性，两相流态化技 术很难满足分选需要。三相流态化浮选技术因其融 合了浮选技术的优势，因此开始成为研究的热点问 题。同时国外研究学者已经率先开发出三相流态化 浮选设备，针对三相流态化浮选理论进行深入研究， 且此设备目前在磷矿、锂辉石矿、蛭石矿、钻石矿、钾 盐矿、长石矿上有很好的应用。 3 流态化浮选理论 粗颗粒矿物在常规浮选环境下易从气泡脱落， 而流态化浮选技术是基于流态化干涉沉降的原理， 颗粒在干涉环境中，沉降末速小，从而降低了颗粒与 气泡之间的速度差；薄的泡沫层降低了矿化气泡穿 过浆一气界面而造成的脱落；同时浮选环境中引入 小气泡，增加了对粗颗粒矿物的捕收概率[ 22 | 。 1 延长了颗粒在浮选过程中的停留时间，提高 了碰撞和回收概率。 流态化环境下颗粒的干涉沉降公式 T ，口 r ，．一鲤 翌竺 二翌 ＆二＆ f 4 ⋯ 1 8 竹r 1 0 ．1 5 R e o 6 7 8 、 ”7 其中g 一重力加速度；d 一颗粒粒径；』D 。一固体 颗粒密度；p f 一流化床层密度。r 液体黏度；9 一固 体体积浓度；1 9 0 m , x 一最大固体体积浓度；卜变量，根 据颗粒雷诺数而变化。 三相流化床浮选给料浓度比常规浮选机给料浓 度高，这直接增加了颗粒气泡碰撞概率；同时，矿浆 黏度的增加降低了粗颗粒的沉降速度。流化床液相 的给入，保证了颗粒的悬浮和均一分散，改变了传统 浮选机中叶轮的强力搅拌维持颗粒悬浮的方式。 2 小气泡的二次捕收作用，加速大气泡的黏附。 基于M i e t t i n e n 等人的研究，矿浆中小气泡的存 在对粗粒的浮选是有益的。小气泡在矿浆中密布在 粗颗粒矿物上 图1 ，作为浮选过程中的第二种捕收 剂，有助于大气泡的黏附。流态化环境中的大气泡， 易在高浓度矿浆颗粒与颗粒之间的缝隙中弥散成小 气泡，增加了粗颗粒的浮选速率。 小气泡 大气泡 图1小气泡在矿物颗粒上分布 F i g ．1 S m a l lb u b b l e sd i s t r i b u t e do nm i n e r a lp a r t i c l e s 3 薄的泡沫层降低了矿化气泡穿过泡沫层而造 成的脱落。 根据粗颗粒矿物难以浮选的原因，可以看出粗 颗粒由于粒度和密度的原因，气泡浮力不足以将粗 颗粒从分离区运送至泡沫区，且形成的矿化气泡强 度低。薄的泡沫层使矿化气泡不需要具有足够的浮 力去穿过矿浆一泡沫层分界面，避免了常规浮选机 和浮选柱泡沫层厚而造成粗颗粒难以回收的困难。 4 低紊流分选环境中，颗粒的临界接触角变小， 低解离粗颗粒的接触角易大于临界接触角，浮选行 为更容易发生。 4 流态化浮选技术研究进展 桂夏辉、李延峰等对液固流化床中粗煤泥自由 万方数据 2 0 1 9 年第5 期沈政昌等流态化浮选技术概述 2 3 沉降末速进行研究，指出阿连公式是计算粗煤泥自 由沉降末速的合适公式。在经验模型中，斯万森公 式得出的计算值最接近实际测量值[ 2 3 - 2 4 ] 。沙杰等人 研究不同排料方式、不同柱体高度对液固流化床粗 煤泥分选试验的影响，发现15 0 0m m 柱体高度下分 选效果最佳，中心排料型流体分布器分选效果优于 周边排料型流体分布器[ 25 J 。太原理工大学王怀法等 采用F l u e n t 软件对流化浮选装置内部结构进行优 化，并探索不同分选条件下流化浮选装置的浮选效 果[ 26 | 。B e l l s o nA w a t e y 等利用电声装置测量粗颗粒 矿物的脱落力，这对优化粗颗粒矿物分选环境具有 重要意义。同时B e l l s o nA w a t e y 等使用E S E M 装 置对粗颗粒矿物的接触角进行测量，探究接触角对 分选过程的影响[ 27 | 。G r a e m eJ ．J a m e s o n 等对单个 气泡和一组气泡在旋转矿浆相中的行为进行了研 究，对矿物与气泡的接触碰撞、脱附过程进行了研 究，用实验证实了传统理论中认为的颗粒脱附过程 粗颗粒由于离心力的作用，从气泡表面脱落。 5 流态化浮选设备 5 ．1 水力分选机 H y d r o F l o a tS e p a r a t o r 美国E r i e z 公司对横流式分选机 C r o s s f l o w S e p a r a t o r [ z 8 - z 9 ] 进行改进，研制出一种新的流态化分 选设备。在装置中部提供一个上升水流的同时，外 加一个充气装置，水气高度剪切，产生分选所需要的 小气泡。它结合了浮选过程适应性强和重力分选处 理量大的特点，经过药剂调浆的矿浆给入水力分选 机上部，切向给入槽体上部 图2 。 通过调整给水、充气速度将合理直径的气泡引 入到流态化床层，气泡能够作用在原本疏水的矿物 颗粒表面或经过调浆后产生的疏水性颗粒表面，减 少它们的有效密度，轻的矿粒以及被气泡捕获的疏 水性矿粒进入溢流槽，没有与气泡附着的亲水性颗 粒，则通过圆锥形尾矿排出装置排出槽体。 此设备不仅对密度差异大的矿物能进行有效分 选，且通过改变矿浆性质、改变气泡直径分布可以实 现对密度差异小的矿物和脉石进行分选。 与传统的机械搅拌式浮选设备相比，水力分选 机具有以下优点 1 给矿矿浆浓度大，增加了矿物颗粒与气泡的 碰撞概率，同时流态化床层的形成，减少颗粒的干扰 沉降速度，增加碰撞概率。 2 矿浆以逆流形式给入槽体，在上升水流提供 向上力的作用下，增加了粗颗粒矿物的停留时间，从 而提高了选别指标。 3 无机械搅拌机构，单位处理能力能量消耗低， 需要维修量少，分选区分选环境相对平稳，从而减小 了气泡一矿粒集合体的脱附概率。 4 大的气泡矿物颗粒簇的形成，减少粗颗粒矿 物的脱落。 给矿 B e l l s o nA w a t e y 等人利用闪锌矿进行粗颗粒浮 选试验，破碎筛分后用2 5 0 ～4 2 5 、4 2 5 ～8 5 0 和8 5 0 - ～ 11 8 0 弘m 三种粒级进行试验，用相同粒度组成的石 英物料构建流态化床层，试验结果表明H y d r o F l o a t 流态化床针对粗颗粒有好的回收效果，在最优条件 表观气速0 ．3 8c m ／s ，表观液速1 ．5 2c m ／s ，床层高 度1 5 ．2c m 的情况下，回收率达到最佳，同时在相同 的药剂条件下选用D e n v e r 浮选机作为对比试验，结 果显示在粒度范围2 5 0 ～4 2 5 ／z m 的区间内， H y d r o F l o a t 和D e n v e r 浮选机试验效果相当，回收率 9 0 ％以上。在粒度范围4 2 5 ～8 5 0 和8 5 0 11 8 0 肚m 的区间内，H y d r o F l o a t 表现出比D e n v e r 浮选机更 好的试验效果，针对8 5 0 ～11 8 0 肚m 的粒径区间， H y d r o F l o a t 的回收率仍然能够达到8 5 ．9 ％，而 D e n v e r 浮选机只能达到4 1 ．3 ％。 此装置也存在一定的不足之处，该设备适合窄 级别人选，对细颗粒的选择性差，细颗粒脉石矿物易 混入精矿，对精矿质量会产生影响，且该设备耗水量 大，在缺水地区应用起来很困难。 5 ．2N o v a C e l l 浮选柱 N o v a C e l l 浮选柱由澳大利亚N e w c a s t l e 大学 J a m e s o n 教授2 0 1 0 年提出。该设备由浮选柱体、泡 沫槽、尾矿出口、中矿循环管路、矿气混合装置组成， 槽体的分选区域主要由泡沫区、分离区和流态化区 万方数据 2 4 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第5 期 组成 图3 ，新给矿以及分离区部分中矿同空气一起 经过矿气混合装置，矿气高度剪切碰撞，气泡被弥散 成小气泡，高的能量耗散对细颗粒的碰撞矿化有 利[ 3 肚3 1 1 。在矿浆进入槽体后，粒度大、密度大的颗粒 形成流态化床层，此区域属于低紊流区域，而细颗粒 和部分被气泡黏附的疏水性粗颗粒穿过流态化区进 入分离区，最终成精矿 图4 。该设备相对于 H y d r o F l o a tS e p a r a t o r 独特之处在于，它针对不同粒 度的矿物颗粒适应性强，对细颗粒同样具有好的分 选效果，而且槽体中上部细颗粒尾矿排出口的设计， 减少了细粒脉石颗粒对精矿产品的影响。N o v a C e l l 浮选柱运行过程中保证一定的泡沫层厚度，这与 H y d r o F l o a tS e p a r a t o r 的薄的泡沫层设计不同。运 用N o v a C e l l 浮选柱进行粗颗粒矿物分选，方铅矿和 黄铜矿的最大可浮粒度上限被提升至1 ．4m m ，针对 密度更小的煤的浮选，最大可浮粒度上限能达到 5m m 。 图3N o v a C e l l 工作原理简图 F i g ．3 S c h e m a t i cd i a g r a mo f N o v a C e l lw o r k i n gp r i n c i p l e 置 切 该装置已经实现在磨矿回路中应用，能够对半 自磨排矿的粗颗粒直接选别 0 ．4r a m ，提前抛尾， 因此大大减少下游球磨机的人磨量，节省功耗，减少 球磨机的规格尺寸。其使用流程见图5 。 此设备存在以下不足溢流尾矿口的位置需通 过试验确定，当生产中物料性质改变后，需及时对溢 流尾矿口和矿浆循环口的位置做出调整。 图4 矿气混合装置简图 F i g ．4 S c h e m a t i cd i a g r a mo ft h e m i n eg a sm i x i n gd e v i c e 5 ．3 基于矿物差异化高效分选的柱浮选关键技术 及应用 北京矿冶科技集团有限公司沈政昌教授研发团 队深入研究了不同粒级矿物的矿化行为，提出了“差 异化分选”和“浮选柱元”的观点，解决了柱浮选技术 宽粒级分选的难题，在分选机理方面取得重要突破， 克服了传统浮选柱只能有效回收常规粒级的不足。 删～一啦⋯l _ ． _ 4 0 0 斗。一 1 5 0 m m 半自磨 最终尾矿 流态化浮选柱球磨 浮选流程 图5N o v a C e l l 现场使用流程图 F i g ．5 N o v a C e l lf i e l du s ef l o wc h a r t 该设备实现了柱浮选的流化床矿化。首次在浮 选柱内提出气液固三相流化床矿化设计思想，通过 研究流体流速、颗粒粒径以及床层高度之间的关系， 建立了流化床矿化模型，发明了具有多重稳流板和 放射状循环通道的流化床矿化装置 图6 。高速气 泡流在栅板处形成阻流效应和分散效应，能量强制 释放建立了上升气泡流的柱塞流特征，使气泡均匀 分散，空气分散度大于5 。放射状循环通道利用矿浆 密度差实现了局部循环流动，使栅板上方形成稳定 散式流化床，气泡雷诺数小于1 0 0 ，矿物与气泡接触 时间大于感应时间，从而形成多气泡黏附大密度矿 物的聚合体，提高了粗粒矿物矿化概率。 万方数据 2 0 1 9 年第5 期沈政昌等流态化浮选技术概述 2 5 循环简 栅板 豁 矿化气泡 t 流动方向 ，流化床 ．循环流 图6三相流化床矿化装置 F i g ．6T h r e e - p h a s ef i u i d i z e db e dm i n e r a l i z a t i o nd e v i c e 该设备借助多重稳流板的作用，在紊流板上方 形成流态化床层 悬浮层 ，与H y d r o F l o a tS e p a r a t o r 和N o v a C e l l 的设计理念不一样，但该设备主体未形 成从下向上保证颗粒悬浮的流场，因此提升粗颗粒 回收上限的能力有限。 5 ．4 新型粗煤泥分选机 太原理工大学高明永等人针对传统液固流化床 分选机进行改造，在上升水流中引入气泡流，从而设 计了一种新型粗煤泥分选机，在一定程度上拉大了 低密度粗颗粒与高密度细颗粒的分选密度，强化了 煤泥分选机按密度进行分选[ 3 Z - 3 3 ] 。 该设备从下到上依次为尾矿排矿口、顶水口、水 气混合人口、柱选区、给料装置和精矿出口 图7 。 人料 I 尾煤 ●精矿 ●柱选区 ●上升水气 ●水气混合人口 ●顶水人口 图7 一种新型粗煤泥分选机 F i g ．7 An e wt y p eo fc o a r s es l i m es o r t i n gm a c h i n e 高永明等通过仿真模拟技术对分选装置进行建 模和流场分析，指出上升水流和上升气泡流改变了 颗粒的沉降末速，强化了低密度粗颗粒的分选，而细 颗粒分选则不受影响，从而弱化了粒度对颗粒分选 的影响。在柱选区域内，给水口和充气口上方的湍 动强度较大，能够加强气泡与颗粒的相互作用。 基于屯兰矿煤样，粒度组成 1 2 5 肚m 占9 4 ％，分 选结果表明，在不加捕收剂、加捕收剂、结构改装等不 同条件下，研究上升水流速度、充气速度、人料浓度、 入料速度等因素对分选效果的影响。实验结果表明， 不加捕收剂的情况下，最佳的试验条件为顶水速度、 通气速度、入料速度分别为8 ．5 1 0 一m ／s 、 2 ．4 ～ 2 ．5 1 0 - 3m ／s 和4 ．5 1 0 _ ‘m ／s ，人料浓度3 0 0g ／L 。 在其他条件相同时，添加捕收剂的分选效果优 于不加捕收剂的分选效果，说明捕收剂的添加对分 选有利。 该设备针对传统的液固流化床进行改进，底部 加入充气装置，对流态化浮选柱进行单相、气液两相 数值模拟表明，速度矢量分布均匀，气相分布均匀， 满足了煤泥分选所需要的流场环境。但该设备目前 仅处在实验室试验阶段，且分选物料仅针对粗煤泥， 对有色金属矿的适用性未知。 6结论 粗颗粒矿物回收一直是浮选过程研究的热点和 难点问题。粗颗粒矿物由于其自身性质，具有与细 颗粒矿物不同的浮选特性，易在强紊流环境中脱落。 流态化浮选技术针对粗颗粒矿物的回收有很好的效 果，综合上述流态化浮选技术以及设备可得如下 结论 1 国内外研究学者对粗颗粒分选过程进行分 析，对碰撞、脱落、再黏附过程进行深人研究，研究三 个过程中提升矿物颗粒碰撞黏附过程的具体措施。 同时研究不同分选条件对回收效果的影响，在提升 粗颗粒回收率的同时，兼顾细粒颗粒的选择性。 2 流态化技术提供了粗颗粒分选低紊流的环 境，同时浮选技术强化颗粒按润湿性差异进行分选， 两者技术的融合显著提升了粗颗粒粒度回收上限。 3 应用先进实验流体力学测试手段和模拟软件 对内部流场进行优化，由于三相流态化模拟的复杂 性，目前众多学者针对这一领域开展研究，找到适用 于三相流态化分选的模拟策略。 4 现有流态化浮选设备H y d r o F l o a tS e p a r a t o r 因细粒级脉石易影响精矿品位，耗水量大而发展受 万方数据 2 6 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第5 期 限，N o v a C e l l 运转工序易受给矿性质波动影响，流态 化浮选柱针对粗颗粒的回收粒度上限有限，因此需 要开发更加高效的流态化浮选设备。 国内外流态化浮选技术以及设备研究的趋势 1 对流态化浮选过程的机理进行深入研究，运 用先进测试手段探究流态化浮选过程。 2 三相流态化浮选过程的模拟，可视化的揭示 某些在试验条件下难以被捕捉的现象。 3 扩大流态化浮选设备的应用范围，通过复合 力场实现更优的分选效果。 4 对矿气和水气混合装置进行研究，保证装置 性能可靠、能耗最低。 参考文献 [ 1 ] 段希祥．碎矿与磨矿[ M ] ．北京冶金工业出版社，2 0 1 2 ． [ 2 ] 沈政昌．浮选机理论与技术[ M ] ．北京冶金工业出版 社，2 0 1 2 ． [ 3 ] A W A T E YB ，S K I N N E RW ，Z A N I NM ．I n c o r p o r a t i n g f l u i d i s e d - b e df l o t a t i o n i n t oac o n v e n t i o n a l f l o t a t i o n f l o w s h e e t ．．Af o c u so ne n e r g yi m p l i c a t i o n so fc o a r s ep a r t i c l e r e c o v e r y [ J ] ．P o w d e rT e c h n o l o g y ，2 0 1 5 ，2 7 5 8 5 9 3 ． [ 4 ] W e l s b ySDD ，V i a n n aSM ，F R A N Z I D I SJP ．A s s i g n i n g p h y s i c a l s i g n i f i c a n c e t O f l o a t a b i l i t yc o m p o n e n t s [ J ] ． I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo fM i n e r a lP r o c e s s i n g ，2 0 1 0 ，9 7 1 5 9 6 7 ． [ 5 ] 卢寿慈．现代浮选理论及工艺I - M ] ．武汉武汉钢铁学 院，1 9 8 3 6 6 6 7 ． [ 6 ] 张跃军，韩登峰，冯天然，等．C L F 浮选机对粗颗粒钛铁 矿浮选工艺适应性研究[ J ] ．矿冶，2 0 1 5 ，2 4 增刊1 1 7 - 1 9 ． [ 7 3 胡熙庚。黄和慰，毛钜凡。等．浮选理论与工艺[ M ] ．长 沙中南工业大学出版社，1 9 9 1 ． [ 8 ] S C H U L Z EHJ ．F l o t a t i o na sah e t e r o c o a g u l a t i o np r o c e s s ； p o s s i b i l i t i e so fc a l c u l a t i n gt h ep r o b a b i l i t yo ff l o t a t i o n [ J ] ． S u r f a c t a n tS c i e n c eS e r i e s ，1 9 9 3 4 7 3 2 1 - 3 5 3 ． [ 9 ] J A M E S O NGJ ．N e wd i r e c t i o n s i nf l o t a t i o nm a c h i n e d e s i g n [ J ] ．M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 1 0 ，2 3 1 1 8 3 5 8 4 1 ． [ 1 0 ] J A M E S O N ，G R A E M EJ O H N ．M e t h o da n da p p a r a t u s f o rf l o t a t i o ni naf l u i d i z e db e d U S 9 ，8 5 0 ，0 0B 2 [ P ] ． 2 0 1 5 - 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