两种不同叶轮结构对粗颗粒浮选的影响.pdf

5 4 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年第5 期 d o i 1 0 3 9 6 9 a ．i s s n ．1 6 7 l 一9 4 92 ．2 0 1 3 ．0 5 ．0 1 5 两种不同叶轮结构对粗颗粒浮选的影响 谭明，史帅星，李强 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 1 6 0 摘要为了适应矿浆浓度高和粗颗粒含量多条件下的浮选，设计了A 型和B 型两种浮选机叶轮结构，分别进行了动 力学参数测量，且对比研究了矿浆浓度和给矿粒度分布组成对浮选的影响。试验结果表明，B 型叶轮明显提高了粗颗粒的回 收率，且矿浆浓度和粒度分布对粗颗粒浮选具有重要的影响。 关键词叶轮结构；矿浆浓度；粗粒级分布 中图分类号7 I D 4 5 6文献标志码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 3 0 5 一0 0 5 4 一0 5 T h eI I I l p a c to fT w oD i 仃e 咖th I l p e l l e rS t r u 咖嘲伽C o a 璐eP a n i c l eF l o t a t i 佃 孔尬叼，S ⅢS h m 谢n 9 ，ⅡQ Z n 叼 眈萨叼G e n e m ZR e S e 妣，lj h s 饿M t eo 厂施n 均n n d 胁￡n 池嘲，B e 杭叼j ∞I ∞，蕊z n n A b s t r a C t I no r d e rt om a t c hu pw i t ht h ef l o t a t i o nc o n d i t i o n so fh i g hc o n c e n t r a t i o na n dh i g h c o n t e n to f c o a r s es i z ef h c t i o no ff e e d ，t w od i f 玷r e n tk i n d so f i m p e l l e rs t n J c t u r e A t y p ea n dB t y p e w e r ed e s i g n e d p a n i c u I a r I y ， a n dk i n e t i cp a r a m e t e r sm e a s u r e m e n tw a sc 秭e do u tr e s p e c t i v e l y ．T h ee f f e c to fp u l pd e n s i t ya n d t h ep a n i c l es i z ef h c t i o nd i s t r i b u t i o no ff e e do nn o t a t i o nw a sa l s os t u d i e db yc o m p a r i s o n ．T h ee x p e r i m e n t a l r e s u I t ss h o wt h a tt h er e c o v e r yo fc o a r s ep a r t i c l eh a sb e e ne n h a n c e ds i g n i f i c a n t l yb yB t p ei m p e l l e r ，a n dt h e p u l pd e n s i t ya n dp a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o nh a v ea ni m p o n a n ti m p a c to nc o a r s ep a n i c l en o t a t i o n ． K e yw O r d - s i m p e l l e rs t r u c t u r e ；p u l pd e n s i t y ；d i s t r i b u t i o no fc o a r s es i z ef h c t i o n 自然界一些有价矿物呈粗粒嵌布，在粗磨条件 下已有相当部分单体解离，为了达到尽快地回收有 价矿物的目的，一些选矿厂在磨矿分级回路即开 始进行浮选回收，也称之为“闪速浮选”。一般情 况下，闪速浮选的给矿来自分级后返回磨机的矿 浆，此矿浆浓度较高，矿浆中颗粒粒度相对较粗， 在高浓度矿浆条件下浮选粗颗粒会面临着很大的挑 战。一方面，粗颗粒沉降速度大，且可浮性差，与 气泡黏附后易于脱落；另一方面，矿浆浓度高时， 矿浆黏度较大，且粗颗粒含量多时，浮选槽内气体 不易分散。因此，为了适应矿浆浓度高和粗颗粒含 量多条件下的浮选，通常浮选机需要提供一个合适 的流体动力学环境。W ．J ．R o d r i g u e s [ 1 1 等研究了 玻璃球体 O ．4 1 7 ～0 ．5 8 9m m ，0 ．2 0 8 ～0 ．2 9 5m m 和 石英颗粒 0 ．2 0 8 以2 9 5m m 的微泡浮选行为，发现 合适的紊流强度有利于粗颗粒的浮选。史帅星[ 2 ] 等研究了适用于粗颗粒浮选的新型叶轮，对比普通 的K Y F 叶轮，新型叶轮一定子结构有效地提高了 粗颗粒的运输区高度，形成了有利于粗颗粒浮选的 流态。J ．S ．J ．V a nD e v e n t e r [ ”] 等研究了粗颗粒 在泡沫浮选过程中的行为，发现粗颗粒的回收率与 颗粒表面性质、形状、密度、充气速率和空气分散 情况相关。然而，面对粗颗粒含量多、矿浆浓度高 的浮选工艺条件时，叶轮结构对矿物浮选的影响研 究甚少。本次试验设计了两种叶轮结构，旨在探索 一种适用于粗颗粒含量多、矿浆浓度高时的浮选工 艺要求的新型叶轮结构。试验过程中对所设计的两 种叶轮结构分别进行了动力学参数测量，对比考察 了矿浆浓度和给矿粒级分布不同时，石英颗粒的浮 选行为差异。 收稿日期2 0 1 2 1 2 2 0修回日期2 0 1 3 一0 7 2 9 作者简介谭明 1 9 8 5 一 ，男，江西九江人，硕士，助理工程师，主要从事选矿工艺和浮选设备的研究。 万方数据 2 0 1 3 年第5 期谭明等两种不同叶轮结构对粗颗粒浮选的影响 5 5 1 研究方法 1 ．1 试样 试验用单矿物为石英，纯度≥9 8 ％，产于江苏 东海县。石英经破碎、磨矿后，筛分出一7 4 、 7 4 1 5 0 和 1 5 0 一l0 0 0 斗m 三个粒级。采取配矿的方 式，配成了粗粒级含量 1 5 0 10 0 0 斗m ，下同 分别为6 0 ％和7 3 ％两种矿样，混合均匀供试验用。 两个样品的粒级分布情况见表1 。 表1试验样品的粒度分布 ’I ’a b l e 17 1 1 l e p a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o no ft h eo r e s a m p l e ，％ 1 ．2 药剂 试验用药剂主要有十二胺、醋酸、氢氧化钠、 盐酸、磷酸三丁酯。试验过程中，调节矿浆p H 为 9 ．5 0 ．1 。 1 ．3 试验装置 试验采用机械搅拌充气式浮选机，叶轮可更 换，分别为A 型叶轮和B 型叶轮，见图l 。槽体是 用有机玻璃黏合而成，容积2 0L 。浮选机外接一 台空压机提供气源，并安装了一个玻璃转子流量 计，随时观察和调节气体流量，保证整个试验过程 中充气量的稳定。在浮选机外侧还安装了一个变频 器，可以调节浮选机主轴转速。试验装置见图1 。 图1 试验装置 F i g ．1E x p e r i 瑚I e n t a l 印p 剐m u s 1 ．4 试验方法 浮选试验开始前，通过调整主轴转速和充气量 大小，先进行浮选槽内流体动力学参数的测量，保 证每次浮选前槽体内矿浆处于最佳的悬浮状态和空 气分散情况良好。 由于随着浮选时间增加，浮选泡沫产品和槽内 剩余矿浆粒度组成不断发生变化。为了考察浓度、 粒度组成变化对粗颗粒浮选的影响，本次浮选试验 采取分批次刮泡的方式进行。每批次刮泡时间3 n l i n 。试验分别得到6 个批次的泡沫产品 中矿1 ， ⋯⋯，中矿6 ，并对每个批次的泡沫产品分别烘 干、称重。实验室分批浮选流程见图2 。 图2 实验室分批浮选示意图 F i g ．2 ’I h ed i a 目砌o fl a b o r a t o r yb a t c hn o t a t i o nt e s t 2 试验研究与结果 2 ．1 动力学参数的测量 浮选槽内矿浆的流体动力学参数主要包括充气 量、主轴转速和功率等。只有适宜的浮选动力学环 境，才有利于矿浆中矿物颗粒的悬浮，气泡一颗粒 问发生碰撞、黏附，从而完成整个浮选过程[ 引。 动力学参数的测量结果见表2 3 。 表2A 型叶轮测量结果 坐 旦呈 b 旦翌星塑旦翌翌旦坐翌 坚坠垡垒 鲤曼i 翌巳旦 竺 矿浆浓度，粗粒级含量， 充气量， 转速，功率， ％％ m 3 m i l l - 1 r m i l l 4 k W 4 26 0O ．6 47 5 20 ．1 0 6 4 56 00 ．7 67 9 20 ．1 2 3 4 57 30 ．8 7q l 201 6 5 从表2 中可以看出，对于A 型叶轮，矿浆浓 度和粗粒级含量增加，颗粒离底悬浮时的充气量、 转速和功率均增加。 表3B 型叶轮测量结果 T a b l e3T h em e a s u r e m e mr e s u l t so fB t y p ei m p e U e r 从表3 中可以看出，对于B 型叶轮，矿浆浓度 和粗粒级含量增加，颗粒离底悬浮时的充气量减 万方数据 5 6 有色金属 选矿部分 2 0 1 3 年第5 期 小，转速和功率均增加。 对比表2 和表3 可以看出，矿浆浓度和粗粒级 含量相同时，B 型比A 型叶轮的转速高，充气量和 功率变化规律不明显。 2 ．2 浮选试验研究 2 ．2 ．1 矿浆浓度的影响 一般认为，适当地增加矿浆浓度有利于粗颗粒 的浮选。然而，随着矿浆浓度的提高，矿浆的黏度 和湍流强度也随着增大，可能会恶化充气条件，使 空气的分散度变差，反而不利于粗颗粒的浮选[ 7 ] 。 因此，考察了矿浆中粗粒级含量6 0 ％时，安排了两 个浓度条件下的浮选试验。 矿浆浓度分别为4 2 ％和4 5 ％时，采用A 型和 B 型叶轮结构分别进行了浮选试验，试验结果见图 3 ～5 。 刮泡批次，n 图3 刮泡批次与产率的关系 F i g ．3 T h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nb a t c h e so fs c r 印i n g b u b b l ea n dy i e l d 从图3 可以看出，不同矿浆浓度时，对于A 型叶轮，前4 个批次的泡沫产率相当；对于B 型叶 轮，前3 个批次，矿浆浓度大时的产率大，而后3 个批次，则是矿浆浓度小时的产率大。同时，对于 两种叶轮而言，泡沫产品的产率最大时的批次也不 相同。 剐泡批次／f 1 图4 刮泡批次与粗粒级分布率的关系 F i g ．4 R e l a t i o nb e t w e e nb a t c h e so fs c I ．a p i n gb u b b l e a n dc o a r s es i z e { t a c t i o nd i s t r i b u t i o n 由图4 可知，对于两种叶轮结构，随着刮泡批 次增加，基本上泡沫产品中粗颗粒的含量逐渐增 加。至第6 个批次时，泡沫产品中粗粒级含量约占 9 0 ％。这表明，相对地细颗粒的浮选速率要明显大 于粗颗粒的浮选速率。 刮泡批次／n 图5 刮泡批次与粗粒级回收率的关系 F i g ．5 R e l a t i o nb e t w e e nb a t c h e so fs c r a p i n gb u b b l e a n dc o a r s ep 枷c l e sr e c o v e r y 从图5 可以看出，刮泡次数增加，对于A 型 叶轮，从第2 次刮泡后，粗颗粒回收率先逐渐增大 而后减小。对于B 型叶轮，粗颗粒回收率先逐渐增 大而后减小。经过6 次刮泡，对于A 型叶轮，矿 浆浓度4 2 ％时，粗粒级累计回收率为8 2 ．4 7 ％，矿 浆浓度4 5 ％时，粗粒级累计回收率为5 0 ．8 8 ％，矿 浆浓度增加，粗粒级累计回收率减小3 1 ．5 9 ％；对 于B 型叶轮，矿浆浓度4 2 ％时，粗粒级累计回收率 为8 6 ．5 0 ％，矿浆浓度4 5 ％时，粗粒级累计回收率 为6 2 ．1 5 ％，矿浆浓度增加，粗粒级累计回收率减小 2 4 ．3 5 ％。矿浆浓度4 2 ％时，B 型比A 型叶轮粗颗 粒累计回收率多4 ．0 3 ％；而矿浆浓度4 5 ％时，B 型 比A 型叶轮粗粒级累计回收率多1 1 ．2 7 ％。 2 ．2 ．2 粒度分布组成的影响 一般，粗颗粒和细颗粒具有不同的物理和表面 化学性质，各自间的浮选行为差异较大，并且相互 影响。因此，研究不同粒度分布组成对浮选的影 响，有利于揭示相互间的影响关系。因此，考察了 矿浆浓度为4 5 ％时，安排了两个不同给矿粒级分布 时的浮选试验，试验结果见图6 ～8 。 由图6 可见，对于A 型叶轮，第3 个批次至 第5 个批次都是粗粒级含量少时的泡沫产率大，而 其余3 个批次的泡沫产率相当。对于B 型叶轮，前 4 个批次均是粗粒级含量少时泡沫的产率大，而后 2 个批次情况则相反。 如图7 所示，刮泡次数增加，泡沫产品中粗粒 级的含量均逐渐增加。对于两种叶轮结构，给矿中 ∞钙∞弘如巧加坫m；0 ∞帅∞加∞如∞∞加m 0 万方数据 2 0 1 3 年第5 期谭明等两种不同叶轮结构对粗颗粒浮选的影响 5 7 刮泡批次／n 图6 刮泡批次与产率的关系 F i g ．6 R e l a t i o nb e t w e e nb a t c h e so fs c r a p i n gb u b b l e a n dy i e l d 刮泡批次／n 图7 刮泡批次与粗粒级分布率的关系 F i g ．7 R e l a t i o nb e t w w e nb a t c h e so fs c r a p i n gb u b b l e a n dc o a r s es i z ef } a c t i o nd i s t r i b u t i o n 刮泡批次／n 图8 刮泡批次与粗粒级回收率的关系 F i g ．8 R e l a t i o nb e 卅e e nb a t c h e so fs c r a p i n gb u b b l e a n dc o a r s ep a n i c l e sr e c o V e r y 粗粒级含量增加，泡沫产品中粗颗粒的分布率增 加，与B 型叶轮相比，A 型叶轮泡沫产品中粗颗粒 分布率增加的幅度更大。 从图8 可以看出，均是第5 次刮泡时粗颗粒的 回收率最大。经过6 次刮泡，对于A 型叶轮，给 矿粗粒级含量6 0 ％时，粗粒级累计回收率为 5 0 ．8 8 ％，给矿粗粒级含量7 3 ％时，粗粒级累计回 收率为4 3 ．5 9 ％，给矿粗粒级含量增加，粗粒级累计 回收率减小7 ．2 9 ％。对于B 型叶轮，给矿粗粒级含 量6 0 ％时，粗粒级累计回收率为6 2 ．1 5 ％，给矿粗 粒级含量7 3 ％时，粗粒级累计回收率为5 2 ．4 1 ％， 矿浆浓度增加，粗粒级累计回收率减小9 ．7 4 ％。给 矿粗粒级含量6 0 ％时，B 型比A 型叶轮粗颗粒累计 回收率多1 1 ．2 7 ％；给矿粗粒级含量7 3 ％时，B 型 比A 型叶轮粗颗粒累计回收率多8 ．8 2 ％。 3 讨论 在试验范围内，前面两个批次刮泡，无论对于 A 型或B 型叶轮，粗颗粒的回收率和泡沫产品中粗 颗粒的分布率都很低。基本遵循一个规律细颗粒 浮游速度较快，而粗颗粒浮游速度则相对较慢。药 剂在不同颗粒间表面存在着“竞争吸附”，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，泡沫同 时带走了大量的浮选药剂，表现为泡沫较黏，且泡 沫直径较小。而当剩余矿浆中易浮的细粒级含量逐 渐减少后，细颗粒和粗颗粒与药剂的吸附速率基本 相当时，粗颗粒开始大量上浮，表现为中间几个批 次泡沫较清爽，泡沫层较薄，泡沫直径相对较大。 试验中观察到B 型叶轮，槽体内矿浆能形成强 烈的上升循环流，明显提高了粗颗粒的运输高度。 粗颗粒与气泡的碰撞、黏附作用时间本就极短，这 样一来增加了粗颗粒进入泡沫区的机率，由于泡沫 区流体环境相对稳定，只要及时刮出泡沫，粗颗粒 成功上浮的机率将会增加。 4 结论 1 在考察的矿浆浓度范围内，对于两种叶轮 结构，粗粒级含量相同时，矿浆浓度增加，粗粒级 的回收率均减小。 2 矿浆浓度相同时，给矿中粗粒级含量增加， 两种叶轮结构浮选机对粗颗粒的回收率均减小。 3 矿浆浓度和给矿粒级分布相同时，B 型比 A 型叶轮明显地提高了粗粒级的回收率，表明改进 叶轮结构有利于形成粗颗粒上浮的浮选动力学环境。 参考文献 1 1JR o d r i g L l e sWJ ，k a l 脚l oLS ，M a s i n iE 丸H y d m d y n 枷i c d i m e n s i o I l l e s sp a r a m e t e 俗a n d 山e i ri n n u e n c eo nn o t a t i o n p e 怕肌锄c eo fc o 躺ep a n i c l e s [ J ] ．M i n e r a l sE n g i n e e 堍， 2 0 1 l ，1 4 9 1 0 4 7 1 0 5 4 ． [ 2 ] 史帅星，赖茂河，冯天然，等．适用于粗颗粒选别的浮选 下转第6 7 页 ∞∞∞加∞∞∞∞∞m 0 加掩临M 他m 8 6 4 2 0 万方数据 2 0 1 3 年第5 期龚惠娟等用于铜精矿过滤的陶瓷过滤机滤板堵塞成因分析 6 7 认为矿浆中的黄铜矿和黄铁矿微粒不是堵塞陶瓷板 的主要因素。 另外，对于矿浆中的有机物，由于其含量很 低，堵板和不堵板时无明显的组分差异，而且在滤 板表面上的碳元素附着量很少，因此，尽管堵板时 滤液中有机物含量高出一倍，可以认为矿浆中的有 机物组分不是堵塞滤板的主要因素。 综合测试结果，我们认为造成陶瓷板堵塞的主 要因素是硫单质和硫酸钙，依据是硫单质、硫酸根 和钙离子含量最高，其中硫单质直接以细微颗粒堵 塞滤板孔道，硫酸根和钙离子在毛细孔道的抽滤过 程中随着水分含量逐渐降低形成结晶析出导致堵孔。 我们分析造成硫单质和硫酸钙堵塞陶瓷板的原 因有可能是矿石在球磨过程中受到剧烈的机械冲 击[ “ ] ，硫元素被剥离出矿物晶体并受到氧化作用， 形成s 2 。、S 0 、S O ，卜、S 0 4 2 - } 昆合体系，s 2 一在后续的充 气浮选过程中被进一步氧化成s o 、S 0 3 2 _ 、S 0 4 2 一。进 一步测定的堵板滤液中硫元素的形态，结果为S 2 一 含量为8 5 ．3 8 哗几，S 0 3 2 一含量为O ．1 6 ％ 16 3 5 ．2 m ∥L ，S 0 4 2 一含量为7 4 5m g ，L ，也证明硫元素的大 量析出及被氧化。从堵板时滤液中金属元素和有机 物含量增高结果，也间接说明了矿石原料在选矿过 程中受到较强的元素剥离与氧化作用。 从生产工艺上分析，导致这一现象的原因应该 是球磨过度以及充气浮选中氧化过度所致。即在球 磨过程中，S 2 一首先析出，然后部分S 2 ．被氧化成S o 、 S 0 3 2 一、S 0 4 2 一；在充气浮选过程中，部分S 2 ‘被氧化成 S 0 、S 0 3 2 _ 、S O 产；经过浮选后的矿浆中S 2 一含量处于 较低水平，硫单质和S 0 3 2 - 、S 0 4 2 一含量增多，硫单质 直接附着在陶瓷板孔道内，S 0 3 2 _ 、S O 。2 。与C a 2 被吸 附在微孔中并随着毛细作用在抽滤过程中水分逐渐 下降而结晶析出，与此同时S 0 3 2 一不稳定被进一步 氧化成S O 。2 _ 从而形成C a S O 。堵塞。 4 结论 1 陶瓷板孔道内附着的硫单质和硫酸钙，是 造成陶瓷板过滤机过滤铜精矿浆发生堵塞的主要原因。 2 造成陶瓷板堵塞的硫单质和硫酸钙，其来 源可能是来自于矿石在球磨与充气浮选过程中所受 到的元素剥离与氧化作用。 参考文献 [ 1 ] 周竹发，钦征骑，易佑宁．固液分离用微孔陶瓷过滤板的 性能设计及制备[ J ] ．江苏陶瓷，2 0 0 0 ，8 1 1 2 1 3 ． [ 2 ] 钱均新，韩方建．陶瓷过滤机在矾矿脱水实践中存在的 问题及改进措施[ J ] ．现代矿业，2 0 1 0 ，8 8 1 2 0 1 2 1 ． [ 3 ] 刘书杰，何发钰，宋磊．磨矿方式对黄铜矿表面性质及 浮选行为的影响[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 0 6 3 5 4 0 ． [ 4 ] 冯其明，卢毅屏，蒋小辉，等．常温酸性条件下黄铜矿 氧化分解机理[ J ] ．有色金属，2 0 0 8 ，6 0 1 5 7 6 1 ，6 6 ． [ 5 ] 李琳，刘炯天，由晓芳．浮选柱从铜浸渣中回收单质 硫的试验研究[ J ] ．中国矿业，2 0 0 9 ，1 8 1 0 7 7 7 9 ，9 6 ． 、 ／孔 ／乱 ／乱 ／；＼ ／乱 八 ／乱 ／乱 ／乱 ／八 ／；、 ／乱 ／；、 ／孙 ／仝 ‘卜 ／佘 ／i 、 ／仝 ／佘 ／夺 ／佘 ／仝 ／仝 ／仝 ／仝 ／佘 ／仝 ／} ／仝 ／≯ ／仝 ／≯ ／≯ 上接第5 7 页 机叶轮动力学研究[ J ] 4 4 7 5 0 ． 有色金属 选矿部分 ，2 0 1 l[ 5 ] V a nD e v e n t e rJSJ ，V a nD y kwA ，L D r e n z e nL ， 1 3 jV a I lD e v e n t e rJSJ ，V a nD y kWA ，I J 0 r e n z e nL ， e ta 1 ．T h ed y n 砌i cb e h a v i o u ro fc o a r s eD a n i c l e si n n o t a t i o nf m t } I s P a r tI M o d e l [ J ] ．M i n e r a l sE n 舀n e e r i n g ， 2 0 0 2 1 5 6 3 5 6 4 5 ． 1 4JV a nD e v e n t e rJSJ ， V a nD y kWA ，L D r e n z e nL ， e ta l 。T h ed y n 枷i cb e h a v i o u ro fc o a r s e p a r t i c k si n Ⅱo t a t i o nf m t l l s P a r t Ⅱ D e n s i f yt r a c e r f e s t s [ J ] ．M i n e r a l s E n 舀n e 商n g ，2 0 0 2 1 5 6 4 7 6 5 7 ． e ta l ，’I h e d y n a m i cb e h a V i o u ro f c o a r s e p a r t i c l e s i n n o t a t i o nf b t l l s P a r 【 Ⅲ 0 r ep a r t i c l e s [ J ] ． M i n e r a l s E n 百n e e r i n g ，2 0 0 2 1 5 6 5 9 6 6 5 ． 1 6 jS h a h b a z iB ，R e z a iB ，J a w a dK o l e i n iSM ．7 1 1 1 ee 自f e c to f h y d r o d y n 啪i cp 籼e t e r so np r o b a b i l i t yo fp m b a b i l 时0 f b u b b l e p a r t i c l e c o u s i o na n d a t t a c h m e n t [ J ] ． M i n e r a l s E n 舀n e e 咖g ，2 0 0 9 1 2 5 7 6 3 ． [ 7 ] 胡为柏．浮选[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 8 9 ． 万方数据