浮选机泡沫流速影响因子分析与试验研究.pdf

7 2 有色金属 选矿部分2 0 1 7 年第2 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 7 ．0 2 ．0 1 6 浮选机泡沫流速影响因子分析与试验研究 杨文旺，武涛，李阳，郭家豪 北矿机电科技有限责任公司矿物加工科学与技术国家重点实验室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 要在某钼选厂开展了浮选机泡沫流速影响因子分析与试验研究，选取了四个与矿物回收率紧密相关的影响因子 充气量、泡沫层厚度、给矿量和矿浆浓度作为研究对象，通过泡沫图像分析仪实时采集流速数据，比对分析了各影响因子与泡 沫流速大小之间的耦合关系和影响权重。 关键词泡沫流速；影响因子；规律性；矿物回收率 中图分类号T D 9 2 8 ．9 ；T D 9 2 3文献标志码A文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 7 0 2 - 0 0 7 2 4 4 A n a l y s i sa n dE x p e r i m e n t a lS t u d yo nt h eI m p a c tF a c t o ro fF l o t a t i o nF r o t hV e l o c i t y Y A N GW e n w a n g ，形UT a o ，Ⅱ拖昭，G U OJ i a h a o B e 彬n gE 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 lP r o c e s s i n g ， 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 g ，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 g1 0 0 1 6 0 ，C h i n a A b s t r a c t A ne x p e r i m e n t a lr e s e a r c hw a sc a r r i e do u ti nam o l y b d e n u mp l a n ti no r d e rt os t u d yt h ei m p a c tf a c t o r o ff l o t a t i o nf r o t hv e l o c i t y ．A i rf l o wr a t e ，f r o t hd e p t h ，o r ef e e da n do r ec o n c e n t r a t i o nw e r ec h o s e nt ob et h er e s e a r c h o b j e c ta st h em o s tc l o s e l yr e l a t e df a c t o r so fm i n e r a lr e c o v e r y ，t h ec o u p l i n gr e l a t i o n s h i pa n dt h ew e i g h tv a l u eb e t w e e n a l lt h ei m p a c tf a c t o r sa n df r o t hv e l o c i t yo b t a i n e db yf r o t hi m a g ea n a l y z e rw e r es t u d i e da n da n a l y z e d ． K e yw o r d s f r o t hv e l o c i t y ；i m p a c tf a c t o r ；r e g u l a r i t y ；m i n e r a lr e c o v e r y 矿物浮选是在特定工艺条件下，矿浆中加入浮 选药剂，充人空气，并通过搅拌产生大量气泡，然后 回收含有用矿物泡沫以此达到选矿目标的方法引。 浮选泡沫具有数量多、黏连、混杂、形状不规则等特 征，泡沫形态与流速特征难以定量描述。浮选工艺 的众多研究表明，浮选泡沫的特征变化能及时反映 过程控制量以及矿石性质的变化，因此可以把浮选 泡沫的特征变化作为浮选效果最快捷的指示。 近二十年，国内外对浮选泡沫图像动静态特征 的识别以及如何从中提取有价值的信息做了大量研 究，奥图泰公司、美卓公司、M i n t e k 和北京矿冶研究 总院均不同程度的开发了基于泡沫图像的浮选机在 线优化控制系统，其产品不仅可以精准检测出泡沫 的大小、颜色、纹理、流速、破裂率等特征，而且还具 有实时预测精矿品位、在线自动优化调整工艺参数 的控制功能∞』。泡沫流速大小是所有泡沫动静态特 征当中最被关注的对象，在品位一回收率优化控制 系统起着极为关键的作用，对矿物回收率的调节作 用显著。浮选过程中，任何操作参数和工艺参数的 改变都有可能使泡沫流速大小发生变化，但是目前 关于矿浆浓度、充气速率、药剂制度、泡沫层厚度以 及原矿性质等因子对泡沫流速宏观影响和微观规律 影响研究仍相对缺乏，所以重点对泡沫流速的影响 因子及规律进行了工业试验研究。 1 流速影响因子分析 浮选泡沫的溢流速度大小是浮选效率的重要指 示器，其间接反映了精矿产率、回收率等重要浮选生 产指标。根据泡沫浮选机理以及多年选矿经验，可 以分析出影响泡沫流速的多个关键因素，这些因素 可以分为操作因素和扰动因素，操作因素包括了泡 沫层厚度、药剂添加量、充气量三个变量，扰动因素 包括了原矿品位、矿浆浓度、磨矿粒度、矿浆温度等， 不同因素对于泡沫流速影响规律不同。 矿浆浓度矿浆浓度代表矿浆中固体重量的百 分数，是影响浮选性能的重要因素之一。当给矿浓 基金项目国家自然科学基金资助 5 1 4 0 4 0 2 7 收稿日期2 0 1 6 - 0 9 - 2 3修回日期2 0 1 7 - 0 1 1 8 作者简介杨文旺 1 9 8 3 - ，男，山西运城人，硕士，高级工程师，主要从事矿物加工设备自动控制系统研究及工程转化。 万方数据 2 0 1 7 年第2 期杨文旺等浮选机泡沫流速影响因子分析与试验研究 7 3 度较低时，提高矿浆浓度可以提高气泡黏附概率，泡 沫流速会加大；但当浓度升高至一定程度时，矿粒摩 擦增大，粗粒泥化并增大粗粒从气泡表面脱落的概 率MJ ，同时气泡上升动能降低，泡沫流速相应减缓。 泡沫层厚度泡沫层厚度主要会影响到矿化气 泡的富集时间和矿物颗粒在浮选槽内的驻留时间。 随着泡沫层厚度增大，气泡在泡沫层驻留时间延长， 增加泡沫破碎排水的机率，泡沫的含水量相应降低， 矿物富集比增大，但泡沫溢流速度同时会变缓，表面 活性矿物的回收率降低；当泡沫层厚度减小时，情况 则相反。 充气速率增大充气速率，会使气泡吸附比表面 积增加，从而缩短分离时间，泡沫流速变快。气体流 速决定于表面活性剂在溶液中的浓度和泡沫的表面 张力，适当的充气速率，可以使泡沫层的高度维持不 变，泡沫流速也相应较为稳定。 药剂制度浮选药剂中的起泡剂会影响气泡生 成的数量和表面张力，起泡剂用量越多气泡越粘且 不易破裂，泡沫流速会有先增大后减少的趋势；抑制 剂添加过量，气泡水化程度越严重、气泡负载越小、 移动速度快；抑制剂药量不足，泡沫粘稠、气泡较大， 移动速度慢。 磨矿粒度药剂在不同颗粒间表面存在着竞争 吸附，细颗粒的浮游速率比粗颗粒浮游速率要快。 由于细颗粒比粗颗粒的比表面积大，所以细颗粒吸 附药剂的速率快，快速上浮的细颗粒不断被刮出，泡 沫流速相应较快。而粗颗粒在气泡上升过程中易脱 落，引起低矿化率气泡在表层易破裂，造成泡沫产率 偏低，流速自然也会降低。 矿浆温度提高矿浆温度，泡沫产生的数量会增 多，并使气泡含水率降低，同时温度升高会导致表面 活性剂的黏度降低，从而减小扩散阻力，最终使泡沫 流速增大；降低矿浆温度，则相反。 另外原矿性质、给矿量等因素均会对浮选泡沫 的溢流速度有影响。由此可以看出影响泡沫流速 的条件集合比较庞大，其中有些变量之问影响是相 互的，有些变量对泡沫流速的影响可能并不显著，因 此需要开展试验研究，然而以实验室平台开展泡沫 流速规律性研究存在给矿不连续、浮选设备偏小，泡 沫图像不易采集等困难，所以选择工业现场作为试 验平台进行研究。 2试验方法 2 0 1 5 年，在某钼矿选矿厂开展了泡沫流速规律 性研究，该选矿厂以回收钼精矿为主，采用B G R I M M 品牌8 台K Y F ．1 6 0m 3 大型外充气浮选机作为粗、扫 选作业，日处理能力为2 万t ，人选平均品位 0 ．0 7 6 ％，入选浓度为4 3 ％～4 6 ％。 浮选泡沫流速在线检测采用北矿机电科技有限 责任公司研制的B F V S 浮选泡沫图像分析系统，该系 统由泡沫图像在线检测仪、图像处理工作站以及分 析软件三部分组成，可实时检测浮选泡沫移动速度 和方向、颜色 R G B ＼H S V 、大小分布、溢流高度和破 裂率等关键浮选泡沫动静态特征。图1 为泡沫图像 在线检测仪。 固 旧F v S ■ ≮ 多 图1泡沫图像在线检测仪 F i g ．1 O n l i n ef 而t hv e l o c i t yd e t e c t o r 分析系统主要由图像处理模块、对外通信模块 以及数据可视化三部分构成。系统首先通过图像采 集模块将现场实时图像采集出来传输给计算机图像 处理模块，图像处理模块接收到图像数据后通过浮 选机泡沫流速专用算法实时计算出泡沫动静态参 数，与此同时，数据可视化模块将所有的重要参数的 当前值以及历史值显示在软件界面当中，并进行实 时存储。对外通信模块通过O P C 通讯接口与D C S ／ E S 进行实时数据传输。 检测仪安装在粗选作业首槽浮选机踏板平台 上，位于溢流堰正上方，兴趣区选择在靠近溢流堰的 某个区域 6 0m m 6 0m m ，同时为了保证所有试验 数据的一致性和重复性，兴趣区始终保持固定位置。 试验重点就充气量、泡沫层厚度、给矿量和入选浓度 这四个关键因子对泡沫溢流速度的影响进行了工业 试验研究。 万方数据 7 4 有色金属 选矿部分2 0 1 7 年第2 期 3 结果和分析 首先对充气量、泡沫层厚度进行了人工调整，随 后采用给矿量和入选浓度的自然变化数据，分别考 察对泡沫溢流速度的影响，此外还考察了溢流速度 和溢流高度的对应关系。试验数据中的泡沫流速由 泡沫图像检测仪得到，充气量由浮选机自带的热式 流量计检测得出，泡沫层厚度和泡沫溢流高度均由 激光传感器检测得出。5 组试验中的泡沫流速数据 均为经过滤波后的均值。 3 ．1 充气量对泡沫流速的影响 充气量对泡沫流速的影响见图2 。 k ● 鲁 鲁 、一 鲻 媛 蟋 魍 图2充气量与泡沫流速趋势图 F i g ．2 T r e n do fa i rf l o wa n df r o t hv e l o c i t y 从图2 可知，当充气量为2 8N m 3 ／m i n 时，流速 值不仅偏低，而且振荡较大，均值为1 3 0m m ／s ，观察 实际泡沫状态气泡颜色较深、表面金属光泽明显。 由此看出浮选机处于低充气量条件下矿物颗粒有 较高的承载率，并在上部泡沫层区有较高的脱水率， 富集时间长、精矿品位较高，但由于其流动性较差， 造成矿物气泡在流出溢流堰前就大面积的坍塌，造 成泡沫流速偏低。当充气量为3 2N m 3 ／m i n 时，泡沫 流速较为稳定，流速均值为1 7 0m m ／s ，此时气泡形 态大小均匀并且表面具有金属光泽。当充气量调整 为3 4N m 3 ／m i n 和3 6N m 3 ／m i n 时，浮选槽内有轻微 翻花现象，气泡直径变大，而且泡沫形态水化现象较 明显，泡沫流速值有所下降。由此看出浮选机处于 较高充气量时，气泡水化程度高，气泡虹膜较薄，气 泡在流出溢流堰前易破裂，引起流速下降。所以泡 沫流速在充气量变化条件下存在峰值，并非充气量 和泡沫流速成正比关系。 3 ．2 泡沫层厚度对泡沫流速的影响 泡沫层厚度对泡沫流速的影响见图3 。 、 k ● 宜 昌 V 瑙 媛 娥 赠 图3泡沫层厚度与泡沫流速趋势图 F i g ．3 T r e n do ff r o md e p t ha n df r o t hv e l o c i t y 从图3 可知，从上图可以看出泡沫层厚度处于 5 4 0 ～5 7 0m m 时泡沫流速较高，泡沫溢流方向一致 性好，气泡大小适中、颜色偏深，矿化效果较好。当 泡沫层厚度降低至5 0 0m m 左右时，泡沫流速值并非 增加反而减小，观察此时泡沫表面颜色发浅，说明降 低泡沫层厚度会影响到矿化气泡的二次富集，造成 精矿品位偏低，槽内出现紊流现象。所以浮选泡沫 流速并非随着泡沫层厚度的降低而持续增大，当泡 沫层过薄时，泡沫层稳态变差，溢流速度降低。 3 ．3 给矿量对泡沫流速的影响 该试验选矿厂由于缺少用于检测矿浆流量的在 线仪表，而浮选液位属于定值自动控制，所以根据锥 阀开度的变化可以间接的反映给矿浆量的波动。图 4 为某班在液位设定值和充气量设定值恒定条件下 泡沫流速和锥阀开度的趋势图。 k ● 吕 昌 、_ ／ 瑙 避 蟋 鼎 锥阀开度，％ 图4 泡沫流速和锥阀开度趋势图 F i g ．4 T r e n do fd a r tv a l v eo p e n i n ga n df r o t hv e l o c i t y 从图4 可以看出，锥阀开度在液位值恒定情况 下出现了减小趋势，间接反映了现场由于工艺问题， 万方数据 2 0 1 7 年第2 期杨文旺等浮选机泡沫流速影响因子分析与试验研究 7 5 给矿浆量在逐渐减低。此时泡沫流速也从1 5 0 1 6 0 m m ／s ，减小到1 2 0 ～1 4 5m m ／s ，说明了随着矿浆量的 减小，浮选气泡黏到矿物颗粒的几率减小，气泡稳定 性降低，导致泡沫流速不仅有下降趋势，而且流速值 分布也较为离散。 3 ．4 矿浆浓度对泡沫流速的影响 矿浆浓度对泡沫流速的影响见图5 。 图5矿浆浓度与泡沫流速趋势图 F i g ．5T r e n do fs l u r r yc o n c e n t r a t i o na n df r o t hv e l o c i t y 从图5 可以看出，矿浆浓度在4 l ％～4 3 ％时，随 着浓度的增加泡沫流速有逐渐上升趋势；矿浆浓度 在4 3 ％～4 6 ％时，泡沫流速趋于稳定，流速值达到峰 值；当浓度继续增大，达到4 6 ％一4 8 ％时，浓度高于 正常值，流速有下降趋势。说明当浓度较低时，矿浆 在气一液界面的吸附量与浓度成线性关系，并随浓 度的增大而增大，泡沫流速变快。当浓度超过正常 值时，表面吸附趋于饱和，表面吸附量随浓度增加降 低，泡沫流速随之变小。 图6 泡沫流速和溢流高度趋势图 F i g ．6 T r e n do fo v e rl i pd e p t ha n df r o t hv e l o c i t y 3 ．5 泡沫流速和溢流高度关系 浮选机溢流高度，是指浮选槽内泡沫层上表面 距离浮选机溢流堰的高度。泡沫流速和溢流高度关 系见图6 。 从图6 可以看出，当泡沫溢流高度在5 0 ～6 5 m m 时，浮选槽内泡沫状态稳定，随着浮选机泡沫溢 流高度的增加，泡沫流速也会逐渐增大。而当浮选 槽内充气量过大时，泡沫层表面出现了轻微翻花现 象，溢流高度处于6 5 8 0m m ，此时泡沫溢流高度仍 会增大，而泡沫流速则由于浮选槽内部流场的紊乱， 出现下降，并且移动方向一致性也发生了转变。说 明浮选泡沫流速并非随着溢流高度的增加而增大。 4 数值分析 工业试验中，长时间积累的数据量是庞大的，仅 仅依靠人工挑选、分析是远远不够的。在影响泡沫 流速的众多因素中，其作用效果有大有小，如何通过 数据挖掘技术来对影响泡沫流速的诸多因素权值进 行数值分析，利用数字结果来说明不同外界因素对 于浮选泡沫流速的影响权值是尤为重要的。 相关系数是用以反映变量之间关系密切程度的 指标，它是按积差方法计算，同样以两变量与各自平 均值的差离为基础，通过两个离差相乘来反映两变 量之间相关程度∞J 。相关系数计算公式如下， 。 ∑ 置一X Y ／一Y ， √∑ 置一x 2 √∑ K l ， 2 利用系数相关算法，可以计算出泡沫层厚度、充 气量、给矿量、矿浆浓度与泡沫溢流速度之间的数字 化关系。 表1泡沫流速相关性计算结果 T a b l e1C o r r e l a t i o nc a l c u l a t i o nr e s u l t so ff r o t hv e l o c i t y 从表1 中可以看出，泡沫层厚度对泡沫流速影 响最大，结果为负数代表泡沫层厚度变化趋势与泡 沫流速相反；矿浆浓度对泡沫流速影响最小。以上 因素对于泡沫流速影响权值由大到小排序为泡沫 层厚度、给矿量、充气量、矿浆浓度。 5结论 1 泡沫流速影响权值排序为泡沫层厚度、给矿 量、充气量和矿浆浓度。 2 泡沫流速在充气量变化条件下存在峰值，并 非充气量越大，泡沫流速越大。浮选泡沫流速并不 是随着泡沫层厚度的降低而持续增大，当泡沫层过 下转第9 4 页 万方数据 9 4 有色金属 选矿部分2 0 1 7 年第2 期 波数／e m 。1 图7 油酸钠与地开石作用前后的红外光谱图 F i g ．7 I n f r a r e ds p e c t r ao fr e a c t i o np r o d u c t s b e t w e e nN a O La n dd i c k i t e 1 一地开石单矿物；2 一油酸钠；3 一油酸钠作用后的地开石 从油酸钠与地开石作用前后的红外光谱图7 可 以看出在油酸钠作用后的地开石谱图上也出现了 29 2 2 ．7 3 m 。1 和28 5 4 ．7c m 。的一C H 一的特征吸收 峰，表明油酸钠在地开石表明存在物理吸附，从地开 始矿物表面16 3 6c m 。1 处出现了一C O O 一反对称伸 缩振动峰的偏移可以看出，油酸钠在地开石矿物表 面也产生了一定的化学吸附。 3结论 从以上研究结果可以得出以下结论 1 油酸钠可以作为明矾石与地开石单矿物浮选 分离的捕收剂。 2 油酸钠在明矾石、地开石表面饱和吸附量分 别为6 ．2 2 1 0 。4 9 ／m 2 、3 ．0 9 1 0 。4 9 ／m 2 ，油酸钠在明 矾石、地开石的表面均存在物理吸附与化学吸附。 3 硅酸钠在明矾石、地开石浮选分离过程中应 该严格控制，否则明矾石也得到抑制。 参考文献 [ 1 ] 陈可，邱小平，邓俊斌．福建上杭紫金山高硫化型铜矿 床矿化分带特征[ J ] ，福建地质，2 0 1 3 4 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引起泡沫流速降低。 参考文献 [ 1 ] 周开军．矿物浮选泡沫图像形态特征提取方法与应用 [ D ] ．湖南中南大学，2 0 1 0 ． [ 2 ] 宋晓明，杨保东，武涛，等．浮选过程控制的历史发展和 现状[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 1 增刊1 2 2 3 - 2 2 8 ． [ 3 ] AS U P O M O ，EY A P ，XZ H E N G ，e ta l ，A ．P a r t a n e n ．P T F r e e p o r tI n d o n e s i a ’sm a s s p u l lc o n t r o ls t r a t e g yf o rr o u g h e r f l o t a t i o n ．M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 0 8 ，2 1 8 0 8 8 1 6 ． [ 4 ] 刘金平．泡沫图像统计建模及其在矿物浮选过程监控中 的应用[ D ] ．湖南中南大学，2 0 1 3 ． [ 5 ] 梁吉业，冯晨娇，宋鹏，等．大数据相关分析综述[ J ] ． 计算机学报，2 0 1 6 ，1 3 3 - 3 7 ． 万方数据