（矿物加工工程专业论文）浮选柱多变量控制系统的设计及应用.pdf

分类号v d c 硕士学位论文 密级 浮选柱多变量控制系统的设计及应用 d e s i g na n da p p l i c a t i o no f m u l t i v a r i a b l ec o n t r o ls y s t e m f o rf l o t a t i o nc o l u m n 作者姓名： 学科专业： 学院( 系、所) ： 指导教师： 张晓峰 矿物加工工程 资源加工与生物工程学院 欧乐明副教授 论文答辩日期超也= ! ：7 答辩委员会主席 中南大学 2 0 1 0 年5 月 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共 同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：日期：趁皇年月丛日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允 许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容， 可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技 术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通 过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名： 师签名叫b 业年月监日 硕士学位论文摘要 摘要 近年来，浮选柱在有色及黑色金属矿物、煤炭、非金属及化工矿 物分选领域的应用不断推广，然而浮选柱生产过程的自动化技术却发 展缓慢。目前，浮选柱泡沫层厚度、充气量大小等操作参数的控制主 要是根据有经验的浮选操作工的观察来调整。人工控制的方法，难以 稳定浮选柱的工作状况，从而影响浮选作业指标。因此，加强浮选柱 参数的自动检测与稳定控制对充分发挥浮选柱的设备性能及稳定精矿 质量和提高精矿产率的优势十分重要。 本文系统地总结了浮选柱研究及应用的历史和现状，分析和阐述 了浮选柱监控系统的控制要求和原理，采用多变量输入多变量输出的 设计思路，设计一套浮选柱自动检测与控制系统。提出采用智能数字 摄像头实时监视浮选柱工作状况；球形浮子超声波探测器间接检测泡 沫层厚度，采用在线自调整参数的模糊控制、p i d 控制和充气量控制 相结合的控制方法，自动控制泡沫层厚度；金属转子流量计检测空气 流量，并对充气量实施串级控制；金属转子流量计检测泡沫淋洗水量， 根据浮选柱的实时状况，人工调整泡沫淋洗水量大小。 针对浮选柱控制系统的要求，选用开物2 0 0 0 组态软件和西门子 s 7 3 0 0p l c 作为开发工具，实现对浮选柱检测的实时数据进行采集、 存储、处理及调节等功能。并应用于0 3 0 0 x 3 0 0 0 m m 水平充填介质浮 选柱，完成控制系统的调试。 对某钨矿的尾矿进行了机械搅拌浮选机试验室试验和水平充填介 质浮选柱的工业试验。以0 6 0 0 x 6 0 0 0 m m 水平充填介质浮选柱，进行 了工业试验，获得品位1 2 1 8 ，回收率3 2 3 6 的白钨精矿。工程应 用实践表明：机械搅拌浮选机难以回收尾矿中微细粒级白钨矿； 自行设计的浮选柱能够实现对微细粒级白钨矿的选别；控制系统可 靠、稳定性好；精矿产品产量满足要求。因此，研发的自动控制系 统实现了水平充填介质浮选柱生产过程和产品质量的稳定控制。 关键词浮选，浮选柱，多输入多输出控制，组态软件，自动控制 硕士学位论文 a b s t r a c t a bs t r a c t i nr e c e n ty e a r s f l o t a t i o nc o l u m nh a sb e c o m em o r eu s e f u li nt h e c o l o r e da n dt h ef e r r o u sm e t a lm i n e r a l 、t h ec o a la n dt h ec h e m i c a lm i n e r a l s e p a r a t i o nd o m a i n h o w e v e r , a u t o m a t i o nt e c h n o l o g yo ff o t a t i o nc o l u m n h a s d e v e l o p e ds l o w l y a tp r e s e n t ，t h eo p e r a t o r s ，a c c o r d i n g t ot h e e x p e r i e n c e ，r e g u l a t et h eo p e r a t i n gp a r a m e t e r sb yh a n d ，f o re x a m p l ef r o t h d e p t h t h ea e r a t i o nr a t ea n ds oo n i ti sv e r yd i f f i c u l tf o rm a n u a lo p e r a t i o n o ff l o t a t i o nc o l u m nt om a k ef l o t a t i o nc o l u m nr u ni nas t a b l es t a t e i ti sa l s o d i s a d v a n t a g e o u sf o ri m p r o v i n gt h ef i n a lf l o t a t i o nt a r g e t s o ，s t r e n t h e n i n g a u t o m a t i cd e t e c t i o na n dc o n t r 0 1f o rp a r a m e t e r so ft h ef l o t a t i o nc o l u m n i t i s v e r yi m p o r t a n tt om a k ec o n c e n t r a t eq u a l i t ys t a b l ea n di n c r e a s et h e c o n c e n t r a t e y i e l d t h i sa r t i c l es y s t e m a t i c a l l ys u m m a r i z e dh i s t o r ya n dc u r r e n ts i t u a t i o n o fa p p l i c a t i o na n dr e s e a r c h t h ec o n t r o lr e q u e s ta n dp r i n c i p l eo ff l o t a t i o n c o l u m nw e r ea n a l y z e da n d e l a b o r a t e d a d o p t i n g m e t h o do ft h e m u l t i v a r i a t ei n p u t s m u l t i v a r i a t eo u t p u t s ，t h ea u t o m a t i cd e t e c t i o na n d c o n t r o ls y s t e mo ff l o t a t i o nc o l u m ni sd e s i g n e d t h ew o r k i n gc o n d i t i o no f f l o t a t i o nc o l u m ni sm o n i t o r e dt h r o u g ht h ed i g i t a lc a m e r a s t h ef r o t hd e p t h i sd e t e c t e d b y m e a n so ft h ef l o a tb a l la n dt h eu l t r a s o n i c p o s i t i o n t r a n s m i t t i n gi n s t r u m e n t f r o t hd e p t hi sc o n t r o l l e db yt h ew a yo f t h ec o m b i n a t i o no ff u z z yl o g i co fs e l f - a d j u s t m e n tp a r a m e t e ro nl i n e ，p i d a n da e r a t i o nr a t e a e r a t i o nr a t ei sd e t e c t e db ym e t a lr o t a t o rf l o w m e t e ra n d c a s c a d ec o n t r o li sa d o p t e d w a t e rf l o wi sd e t e c t e db yt h em e t a lr o t a t o r f o w m e t e r , a n do p e r a t o ra d o p t sm a n u a lc o n t r o la c c o r d i n gt ot h er e a l t i m e c o n d i t i o no ff l o t a t i o nc o l u m n f o rt h er e q u i r e m e n to fc o n t r o ls y s t e mo ff o t a t i o nc o l u m n ，w ec h o o s e t h ec o n t r 0 2 0 0 0 c o n f i g u r a t i o ns o f t w a r ea n d s 7 3 0 0p l ca st h e d e v e l o p m e n tt o o l ，w h i c hh a sm a n yf u n c t i o n s ，s u c h a sr e a l t i m ed a t a a c q u i s i t i o n ，s t o r a g e ，p r i n t i n ga n ds c a l i n ga n ds oo n t h ec o n t r o ls y s t e mi s u s e di n0 3 0 0 x 3 0 0 0 m mh o r i z o n t a lb a f n e df l o t a t i o nc o l u m na n dd e b u g g e d i i 硕士学位论文 a b s t r a c t ac o m p a r a t i v es t u d yo fh o f i z o n t a lb a m e dc o l u m nf l o t a t i o na n d f l o t a t i o nc e l lw a sp e r f o r m e dt or e c o v e r yf i n es c h e e l i t ei nt u n g s t e nm i n e t h e1 2 1 6 0 0 6 0 0 0 m mh o r i z o n t a lb a m e df l o t a t i o nc o l u m nw a su s e di n f u l l - s c a l et e s t t h et e s tr e s u l t ss h o wt h a tt h ec o n c e n t r a t e g r a d ei s 12 l8 w i t ht h er e c o v e r yo f3 2 - 3 6 i n d u s t r i a la p p l i c a t i o nr e s u l t s s h o w ：( 堇) f l o t a t i o nc e l li nl a b o r a t o r yc a nn o te f f e c t i v e l yr e c o v e rf i n e s c h e e l i t ep a r t i c l e sf r o mt h et a i l i n g so fc l e a n e rc i r c u i t f i n es c h e e l i t e p a r t i c l e sc o u l db er e c o v e r e db yt h eh o r i z o n t a lb a f f l e df l o t a t i o nc o l u m n c o n t r 0 1s y s t e mi sr e l i a b l ea n ds t a b l e t h eq u a l i t yo fc o n c e n t r a t ep r o d u c t c a nm e e tt h er e q u i r e m e n t s o ，a u t o m a t i cc o n t r o ls y s t e mc a nr e a l i z et h e s t a b l ec o n t r o lo f p r o c e s sa n dp r o d u c tq u a l i t yo ff l o t a t i o nc o l u m n k e yw o r d s f l o t a t i o n ，f l o t a t i o nc o l u m n ，m u l t i p l ei n p u t m u l t i p l eo u t p u t c o n t r o l ，c o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e ，a u t o m a t i cc o n t r o l i i i 硕士学位论文目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第一章绪论1 1 1 课题的背景及研究的意义1 1 1 1 课题的背景1 1 1 2 研究的意义。l 1 2 浮选柱的研究与应用2 1 2 1 浮选柱的发展史2 1 2 2 浮选柱的结构与原理2 1 2 3 浮选柱特点。3 1 2 4 浮选柱的操作参数4 1 2 5 浮选柱分类5 1 2 6 典型浮选柱简介5 1 2 7 几种结构新颖的浮选柱1 0 1 2 8 浮选柱的工业应用情况1 1 1 3 浮选柱自动控制情况1 2 1 3 1 国内浮选柱自动控制情况1 2 1 3 2 国外浮选柱自动控制情况1 3 1 4 浮选柱发展趋势13 1 5 本文研究的目的及内容1 4 1 5 1 研究的目的1 4 1 5 2 研究的内容1 4 第二章浮选柱监控系统的控制方案1 6 2 1 监控系统设计原则”1 6 2 2 监控系统功能要求16 2 3 浮选柱监控系统的控制目标1 7 2 4 浮选柱工艺流程1 7 2 5 浮选柱监控系统方案选择18 2 5 1 浮选柱监视系统1 8 2 5 2 浮选柱液位检测与控制系统1 8 i v 硕士学位论文目录 2 5 3 充气量控制系统2 1 2 5 4 淋洗水量控制系统2 l 2 6 浮选柱监控系统的构成2 1 第三章浮选柱监控系统的硬件选择2 3 3 1 上位机的选择2 3 3 2 下位机的选择2 4 3 2 1 控制主机的选择2 4 3 2 2 扩展模块的选择2 4 3 - 2 3 电源模块的选择2 4 3 2 4s 7 3 0 0 系列的p l c 硬件选型2 4 3 2 5p l c 硬件安装结构。2 6 3 3 检测仪表的选择2 6 3 3 1 检测仪表的选择要求2 6 3 3 2 电磁流量计2 6 3 3 3 涡轮流量计2 9 3 3 4 超声波液位计3 1 3 4 执行机构与控制阀的选择3 2 3 4 1 执行机构与控制阀选择要求3 2 3 4 2 调节阀基本原理及选型3 3 3 5 监视系统的配置3 4 3 5 1 监视系统结构组成3 4 3 5 2 监视系统的功能3 4 3 5 3 彩色c c d 摄像机简介3 4 3 5 4 视频采集卡简介3 4 第四章浮选柱监控系统设计3 5 4 1 控制策略理论研究。3 5 4 1 1 模糊控制概述3 5 4 1 2p i d 控制理论3 9 4 2 浮选柱自动监控系统设计4 0 4 2 1 监控系统总体设计4 l 4 2 2 浮选柱监视系统设计4 l 4 2 3 浮选柱液位控制系统设计4 l 4 2 4 充气量控制系统设计4 6 第五章浮选柱监控系统的组态5 0 v 硕上学位论文目录 5 1 编程软件s t e p 7 及控制系统的程序设计5 0 5 1 1 编程软件s t e p 7 5 0 5 1 2p l c 控制程序设计5 0 5 2 监控系统操作界面的设计5 1 5 2 1 开物2 0 0 0 组态软件简介一5 2 5 2 2 上位机监控系统界面设计5 3 5 2 3 浮选柱监控系统组态界面的特点5 5 5 3p l c 与上位机的通讯5 6 5 3 1s 7 3 0 0p l c 的通讯方式5 6 5 3 2 上位机与p l c 的通讯方式选择5 7 5 4 控制系统安全性设计5 7 5 4 1 硬件系统安全设计5 7 5 4 2 软件系统安全设计5 7 第六章浮选柱监控系统的调试及工业应用5 8 6 1 浮选柱的配置及控制的系统调试与分析5 8 6 1 1 水平充填介质浮选柱结构及原理5 8 6 1 2 水平充填介质浮选柱的配置5 8 6 1 3 浮选柱监控系统组态5 9 6 1 4 浮选柱监控系统调试6 0 6 1 5 浮选柱试验结果及数据分析6 1 6 2 浮选柱自动控制系统的应用研究与实践6 l 6 2 1 白钨矿浮选技术概况6 1 6 2 2 微细粒矿物的柱浮选研究6 2 6 2 3 浮选柱自动控制的必要性6 2 6 2 4 微细粒白钨浮选尾矿的试验研究6 2 第七章结论7 0 7 1 主要工作内容及研究成果7 0 7 2 未来工作展望7 1 参考文献”7 3 致 身 ”7 8 攻读学位期间的主要研究成果一7 9 硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题的背景及研究的意义 1 1 1 课题的背景 2 0 世纪6 0 年代初加拿大人布廷和特列勃发明了浮选柱。浮选柱是一种矿浆与 气泡逆向流动的设型1 1 ，与传统机械式浮选机相比具有选矿效率高、投资费用少、 生产费用低、占地面积小、药剂用量少、易于自动控制、更适于微细粒的分选等 特点【2 1 。 浮选柱的选矿效率高，矿浆在柱体内停留的时间短，因此，浮选柱对各种干 扰因素非常敏感，这就要求必须有相应的自动检测与控制系统，稳定浮选柱的工 作状况，使浮选柱的分选效果最佳。 由于选矿过程的传感器缺乏创新性，而且质量达不到要求、选矿自动控制设 计与开发不合理、控制系统投运后需要大量的维护工作，维护成本较高等问题制 约着浮选柱自动化的发展【3 1 。但随着自动化技术的发展和浮选柱的不断推广应用， 要求加强浮选柱自动控制系统稳定性和可靠性的研究以及浮选柱配套设施的开发 应用。 1 1 2 研究的意义 浮选柱生产过程的自动控制是国内外选矿自动化中十分活跃的研究领域，稳 定浮选柱的工作状态是浮选柱控制系统的关键【4 】。目前，国内外浮选柱泡沫层厚度、 充气量大小等操作参数的控制主要是根据有经验的浮选操作工的观察来调整，多 采用手工操作。这种人工的方法有其时间、空间和主观性的局限，同时，浮选柱 的操作受经验和责任心等人为因素影响，难以稳定，从而影响浮选作业指标。因 此研究浮选柱自动检测及控制系统，对提高浮选指标、保证生产持续高效地进行 具有重要的意义。 硕士学位论文第一章绪论 1 2 浮选柱的研究与应用 1 2 1 浮选柱的发展史 浮选柱的设计思想源于1 9 1 5 年【5 1 ，当时把一个矿浆从浮选柱的中部给入，而从 浮选柱底部充气的圆柱体容器作为石墨浮选的设备。1 9 1 9 年美国的t o w n 和f 1 y n n 【6 】 制造了一种圆柱形浮选槽，把预先用药剂处理过的矿浆从中部给入，空气通过安 装在底部的充气器引入。该设备通过安装在底部的管道阀门自动调节尾矿排放量 来保持稳定的矿浆面。直到1 9 6 1 年，加拿大工程师布廷才申请了带泡沫冲洗水装 置的浮选柱专利，这可算得上是具有现代意义的第一台浮选柱。浮选柱在设计、 安装、操作和控制等方面日趋成熟，应用领域不断扩大【8 捌。特别是近年来改进了 柱体和发泡器结构之后，浮选柱已发展成为今后新型、高效浮选设备发展的重要 趋势之一【1 0 - 12 1 。 1 2 2 浮选柱的结构与原理 1 2 2 1 浮选柱的结构 浮选柱的结构【1 3 】如图1 1 所示。浮选柱为细长筒型构造，一般柱高9 1 5 m ，直径 0 5 3 o m ，断面为矩形或圆形。直径2 m 以上的浮选柱，在柱体内沿轴向多安装整 流板。矿浆从上部约1 3 的处进入柱内。通过在柱体内设置的气泡发生器，从底部 导入空气而产生气泡。此外，在浮选柱的顶部安装泡沫槽。为了提高泡沫产品的 品位，在泡沫槽上部设置冲洗水装置。 图1 - 1 浮选柱结构示意图 f i g 1 - 1s t r u c t u r ed i a 鲫o ff l o t a t i o nc o l u m n 2 硕士学位论文第一章绪论 1 2 2 2 浮选柱的工作原理 浮选柱是一逆向流设备。加药搅拌后的矿浆从浮选柱中上部给入柱内，空气 从柱底经气泡发生器分散成微小的气泡后进人柱内，气泡分布于柱体的整个断面 并沿柱体上升，上升的气泡和下降的矿粒发生碰撞并矿化。疏水矿粒粘附于气泡 上，并随气泡一同升至泡沫层，经由精矿槽排出；亲水矿粒在重力作用下由底流 作为尾矿排出。 1 2 3 浮选柱特点 与传统浮选设备相比，浮选柱在结构原理、工艺操作及分选效果等方面具有 很多优点，概括起来主要有：1 ) 泡沫层厚度、气泡大小和数量等调节方便；2 ) 浮选效率高，作业次数和循环中矿量少，流程简化；3 ) 矿粒与气泡逆流接触，降 低了气泡群的上升速度，适于细粒矿物的回收；4 ) 设备简单，占地面积小，节省 了基建投资；5 ) 能耗低，药剂用量比传统浮选机低，节省了生产成本。表1 1 为浮 选柱与浮选机在结构原理和工艺操作上的比较。表1 2 为浮选不同矿石时，浮选柱 与浮选机小型试验的指标对比。1 1 4 表1 - 1 浮选柱与常规浮选机的比较 t a b 1 1ac o n t r a s tb e t w e e nf l o t a t i o nc o l u m na n df l o t a t i o nc e l l 硕士学位论文第一章绪论 表l - 2浮选柱与浮选机小型试验对比 t a b l e1 2at e s tc o n t r a s tb e t w e e nf l o t a t i o nc o l u m na n df l o t a t i o nc e l l 1 2 4 浮选柱的操作参数 1 2 4 1 充气量 充气量被认为是浮选柱控制中最灵活、最敏感的参数。它常以气流表观流速j 。 来表示。它与气泡直径有关，而气泡直径又决定了其携带能力的大小。向柱内导 入气泡，气泡会置换矿浆，此时被空气置换的体积比，称为气含率( g ) 。随着j g 的 上升，。按比例增加，一定尺寸的气泡在柱内均匀分散。j g 进一步上升，则g 就变 得不稳定，大的气泡急速上升，水与细小气泡下降。因此，应适当调整充气量， 使气泡流动平稳为好。工业实践中，一般的气流表观流速j 。在1 3 c m s 之间。 1 2 4 2 冲洗水量 为了提高精矿的品位，必须添加适量的冲洗水。冲洗水的一部分随泡沫一起 4 硕士学位论文第一章绪论 溢出，但大部分冲洗水通过泡沫向捕集区流去。尾矿中的单位面积水量与给矿中 的单位面积水量之差称为偏流( b i a s ) ，常以j b 表示。为了有效地进行分选，常常采 用正偏流，亦即尾矿流速大于给矿流速。但偏流过高，则尾矿品位上升，指标反 而恶化。j b 一般在0 1 0 2 c m s 之间。 1 2 4 3 泡沫层厚度 泡沫层厚度直接影响精矿品位，一般操作范围为8 0 1 5 0 c m 。高泡沫层厚度可 提高浮选的选择性，并为不良的界面控制提供缓冲，但会减小捕集区的容积，降 低回收率。【1 6 ，17 1 8 】 1 2 5 浮选柱分类 目前，用于矿物分选的浮选柱种类繁多，结构多样，差别主要表现在柱体高 度、充气方式、矿化方式等方面。 1 9 - 2 8 】 ( 1 ) 按照浮选柱柱体高度划分。柱分选设备可分为矮柱型、中高柱型和高柱型 三种。矮柱型如旋流充气浮选柱、全泡沫浮选柱、j a m e s o n 浮选柱、w e m c o l e e d s 浮选柱等；中高柱型女i f c s m c 旋流一静态微泡浮选柱、m i c r o c e l 浮选柱、f x z 静态 浮选柱、k y z 顺流喷射式浮选柱等；高柱型p n b o u t i n 浮选柱、c c f 浮选柱、m t u 充填介质浮选柱和l e e d s 浮选柱等。 ( 2 ) 按浮选柱成泡的方式划分。柱分选设备可分为空气分割型、空气射流型、 气一液混合型等。空气分割型如b o u t i n 浮选柱、m t u 充填介质浮选柱、旋流充气 浮选柱；空气射流型女h c p t 浮选柱、c c f 浮选柱等；气一液混合型如射流浮选柱、 f c s m c 旋流一静态微泡浮选柱、w e m c o l e e d s 搅拌式浮选柱、j a m e s o n 浮选柱、 m i c r o c e l 浮选柱、f l o t a i r e 浮选柱等。 ( 3 ) 按矿化方式划分。柱分选设备可分为逆流( 1 8 0 0 ) 碰撞矿化型、旋流( 9 0 0 ) 碰撞矿 化型、管流或离心( 0 0 ) 碰撞矿化和多种矿化组合型。逆流碰撞矿化型如全泡沫浮选 柱、c p t 浮选柱、c c f 浮选柱等；旋流碰撞矿化型如旋流充气浮选柱；管流或离心 碰撞矿化型如j a m e s o n 浮选柱、喷射式浮选柱、射流浮选柱等；多种矿化组合型如 f c s m c 旋流一静态微泡浮选柱。 1 2 6 典型浮选柱简介 1 2 6 1c p t 浮选柱【1 9 】 由加拿大工艺技术公司( c p t ) 研制，其核心是它的空气分散系统，共有四种类 型，其中最新的是s l a m j e t 分散器和s p a r j e t 分散器。经浮选药剂处理后的矿浆，从 距浮选柱顶部以下约1 2 m 处给入，在柱底部附近安装有可从柱体外部拆装检修的 5 硕士学位论文 第一章绪论 气体分散器。气体分散器产生的微泡，在浮力作用下自由上升，而矿浆中的矿物 颗粒在重力作用下自由下降，上升的气泡与下降的矿粒在捕集区接触碰撞，疏水 性矿粒被捕获，附着在气泡上，从而使气泡矿化。负载有用矿物颗粒的矿化气泡 继续浮升而进入精选区，并在柱体顶部聚集形成厚度可达l m 的矿化泡沫层，泡沫 层被冲洗水清洗，使被夹带而进入泡沫层的脉石颗粒从泡沫层中脱落，从而获得 更高品位的精矿。尾矿矿浆从柱底部排出，整个浮选柱保持在“正偏流”条件下工作。 其结构如图1 2 所示。 恩矿 图i - 2 c p t 浮选柱 f i g 1 - 2c p t f l o t a t i o nc o l u m n 给j ：事管 空气供给管 瓣 匿盏焦蹙锄髀： 矿浆庶平 控刽鲞：糨r 给瓣袋f p i 尾矿 1 - 3j a m e s o n 浮选柱 f i g 1 3j a m e s o n f l o t a t i o nc o l u m n 1 2 6 2j a m e s o n 浮选柱【2 9 】 由澳大利亚研制，其工作原理是将调好药剂的矿浆用泵经入料管注入下导管 的混合头内，通过喷嘴形成喷射流而产生负压区，从而吸入空气产生气泡，矿粒 在下导管与气泡碰撞矿化，下行流从导管底口排入分离柱内，矿化气泡上升到柱 体上部的泡沫层，经冲洗水精选后流入精矿溜槽，尾矿经柱体底部排出。充气搅 混装置是j a m e s o n 浮选柱的关键部件，它采用了射流泵原理，在把矿浆压能由喷嘴 转换成动能的同时，在密封套管内形成负压，并由空气导管吸入空气。经密封套 管，射流卷裹气体进入混合套管，在高度紊动流体作用下，气体被分割成气泡并 不断与矿粒碰撞粘附，得到矿化。分散器相当于静态叶轮，将垂直向下的矿浆沿 径向均匀分散，其结构如图1 3 所示。 1 2 6 3 充填式浮选柱【2 9 】 6 羞芹 硕士学位论文第一章绪论 由美国密歇根工业大学开发的充填式浮选柱是在常规浮选柱体内装有特定的 充填介质。充填板层层排列，并各成9 0 。角，以提供细小曲折的孔道，使矿粒和气 泡紧密接触，强化分选作用。入料从柱体中部给入，底部通入压缩空气，精矿从 顶部溢流，尾矿从底部排出，顶部设喷水装置，其结构如图1 - 4 所示。 图1 4 充填式浮选柱 f i g 1 - 4p a c k e df l o t a t i o nc o l u m n 1 2 6 4w e m c o l e e d s 浮选柱【2 9 】 图1 5w e m c o - l e e d s 浮选柱 f i g i - 5w e m c o l e e d sf l o t a t i o nc o l u m n 它是将l e e d s 浮选柱与w e m c o 浮选机结合的产物。其特点是：具有机械充气 搅拌装置，矿浆均匀，粗粒不易沉淀；柱内装有几层隔栅介质辊，悬动介质辊 随泡沫层密度变化，上下浮沉。自动调节辊间间隙，以控制精矿品位；高度接 近常规机械浮选机高度；柱顶加冲洗水，排除泡沫中脉石夹杂。该柱缺点是结 构复杂。其结构如图1 5 所示，1 给料；2 逆水流；3 机内横向槽；4 进气管；5 刮 泡器；6 泡沫聚集板；7 介质辊；8 矿浆排出口；9 排出管；1 0 搅拌器；11 稳流 板。 1 2 6 5 旋流充气浮选柱【2 9 】 由美国犹他大学m i l l e r 教授发明的将重选水力旋流器与浮选相结合的产物。其 主要特点是：矿浆切向压力给入，将从多孔柱壁压入的空气剪切成气泡，气泡 从柱壁向柱中心移动过程中，与颗粒发生碰撞附着，矿化速度高，因而浮选速度 快，其处理能力相当于同容积浮选机的5 0 倍；沉砂环形排矿，矿浆基本属于“塞 流”；设备体积小，多孔介质孔眼不易堵塞，缺点是器壁磨损较甚，参数变化敏 感性较大。其结构如图1 - 6 所示，1 进气管；2 给矿；3 溢流；4 连接管；5 溢流管； 6 多孔介质柱体；7 - 夕 、套柱体；8 内螺旋；9 基座；1 0 沉砂。 7 硕士学位论文 第一章绪论 2 ； 。：滋 图1 5 旋流充气浮选柱 f i g 1 - 5c y c l o n ei n f l a t a b l ef l o t a t i o nc o l u m n 1 2 6 6k y z 型顺流喷射浮选柱1 2 0 1 图1 - 6k y z 型顺流喷射浮选柱 f i g 1 - 6k y z d o w n s t r e a mj e tf l o t a t i o nc o l u m n 利用射流原理引入空气，其圆锥形收缩管和喇叭管在空室中间相联，当高速 水流由圆锥形收缩管流向喇叭管时，因水流断面逐渐缩小，在圆锥收缩管出口处 形成较大流速，致使该处压强降低至大气压以下，在空室中形成负压，使空气从 外部进入到空室中。在分选槽底部安装有一个反射假底，其作用是将高速水流所 携带的空气粉碎成气泡，进而弥散到整个分选槽。结构如图1 - 6 所示。该设备具有 产生的气泡直径较小、空气保有量较高、空气分散比较均匀、结构简单、操作方 便、无运动部件等优点。 1 2 6 7f x z 静态浮选柱【3 0 】 由中国矿业大学北京校区研制，包括静态浮选柱和与其配套的跌落箱。浮选 柱中没有旋流，矿浆由上向下流动，气泡由下向上浮起，目的矿粒与气泡碰撞后， 豁附在气泡上，精矿泡沫上浮到顶部溢流排出，尾矿随着水流到底部排出。跌落 箱中没有运动部件，通过高压风将浮选药剂以乳滴状喷入跌落箱，与浮选入料混 合，由于重力的作用使矿浆由上向下流动，在流动过程中药剂和矿粒充分接触， 提高了目的矿物的可浮性，进入浮选柱后，可以提高浮选速度和浮选柱的处理量。 结构如图1 7 所示。 ， ，；1f， 3 4 5 6 7 8 9 硕士学位论文 第一章绪论 入辩 籀逢繁 入辩鸯 努透豢 充气嚣 趸矿謦 “，= 二? 鬯嘞 舞撼 ；峨援 尾矿： 惩矿 珏* ，* k 编，i 镰。蕊虢 图l 一7f x z 静态浮选柱 f i g 1 - 7f x zs t a t i cf l o t a t i o nc o l u m n 1 2 6 8c c f 浮选柱【3 1 l 图1 - 8c c f 浮选柱 f i g 1 - 8c c f f l o t a t i o nc o l u m n 由长沙有色冶金研究设计院设计生产的一种充气型的浮选柱，其结构如图1 8 所示。经浮选药剂处理后的矿浆，从柱顶下方的给矿口给进浮选柱柱体内。在浮 选柱底部设有一个喷枪装置，它的主要作用是使气体分散成微泡。微泡在浮力作 用下自由上升，而矿浆中的矿物颗粒在重力作用下自由下降，上升的气泡与下降 的矿粒在选别区接触碰撞，从而实现矿化过程。负载有用矿物颗粒的矿化气泡继 续升浮而进入精选区形成稳定的泡沫层，并通过冲洗水的作用得到高品位的精矿， 脉石尾矿则从柱底部排出。这种浮选柱的主要特点是引进的国外最新技术设计的 新型气泡发生器充气量大，气泡微细均匀，喷嘴耐磨不易堵塞并可实现维修更换。 1 2 6 9 旋流一静态微泡浮选柱【3 2 讲】 由中国矿业大学研制。其分离过程包括柱体分选、旋流分离和管流矿化三部 分，整个分离过程在柱体内完成，如图1 - 9 所示。柱分选段位于整个柱体上部；旋 流分离段采用柱一锥相连的水介质旋流器结构，并与柱分离段呈上、下结构的直 通连接。从旋流分选角度，柱分离段相当于放大了的旋流器溢流管。在柱分离段 的顶部，设置了喷淋水管和泡沫精矿收集糟；给矿点位于柱分离段中上部，最终 尾矿由旋流分离段的底口排出。气泡发生器与浮选管段直接相连成一体，单独布 置在柱体体外；其出流的沿切向方向与旋流分离段柱体相连，相当于旋流器的切 线给料管。气泡发生器上设导气管。管流矿化包括气泡发生器与浮选管段两部分。 气泡发生器是浮选柱的关键部件，它采用类似于射流泵的内部结构，具有依靠射 流负压自身引入气体，并把气体粉碎成气泡的双重作用。在旋流一静态微泡浮选 柱分选设备内，气泡发生器的工作介质为循环中矿。经过加压的循环矿浆进入气 9 硕士学位论文 第一章绪论 泡发生器，引入气体并形成含有大量微细气泡的气、固、液三相体系。含有气泡 的三相体系在浮选管段内高度紊流矿化，然后仍保持较高能量状态沿切向高速进 入旋流分离段。这样，管浮选段在完成浮选充气( 自吸式微泡发生器) 与高度紊流矿 化( 浮选管段) 功能的同时，又以切向入料的方式在柱体底部( 旋流分离段) 形成了旋 流力场。管浮选段为整个柱分离方法的各类分选方式提供了能量来源，并基本上 决定了整个分选过程的能量状态。 即麓叩| 槲一凇“ 。， w 矿、o 搿驰一 鼍 图1 - 9 旋流静态微泡浮选柱 f i g 1 - 9c y c l o n e - s t a t i cm i c r o - b u b b l ef l o t a t i o n 图1 1 0 全泡沫浮选柱 f i g 1 - 1 0t h ew h o l ef o a mf l o t a t i o nc o l u m n 1 2 7 几种结构新颖的浮选柱 1 2 7 1 全泡沫浮选柱【3 5 】 该浮选柱特点是空气、水、起泡剂一起给入柱体充气区中，整个柱体全被气 泡充满，入料从柱中上部给入到泡沫中，完全利用泡沫富集作用进行分选，可获 得很高的精矿品位；柱体高度仅1 m 左右。缺点是矿浆停留时间短，矿化不充分。 其结构如图1 1 0 所示。 1 2 7 2f l o t a i r e 浮选柱【3 6 】 由美国d e i s t e r 选矿有限公司于2 0 世纪7 0 年代生产，其直径为0 2 3 7 m ，高度 3 5 1 5 m 。为了避免浮选柱下部堵塞，有压水混合物从多孔底板通入浮选柱的下部， 并在底板上方形成三相流化床以改变粗颗粒的分选，目前已近2 0 0 台该类型的浮选 柱在世界各地运行。 1 2 7 3 印度研制的电解浮选柱【3 7 3 8 】 在其底部安装了电极，靠电解水产生的微小氢气、氧气气泡碰撞并附着疏水 性颗粒，对细粒的浮选效果较好。 1 0 硕士学位论文第一章绪论 1 2 7 4 多产品浮选柱【3 9 】 设计最早由俄罗斯i o t t 研究所的r u b i n s e i n 提出，后来出现了三产品浮选柱 _ 3 p c 浮选柱。3 p c 浮选柱与常规浮选柱相比，在富集比和浮选速率上有一定的优 势，泡沫回落物被