（矿物加工工程专业论文）浮选柱气泡发生器充气性能及应用研究.pdf

摘要 本文系统地总结了浮选柱研究和应用的历史及现状，讨论了浮选 柱的发展趋势。设计并制备了射流和微孔两种类型的气泡发生器，研 究了它们在实验室规格浮选柱中的充气性能；通过浮选试验，检验了 微孔发泡器在不周规格浮选柱中的浮选性能。 射流发泡器的喷嘴口径有1 m m ，1 5 i m 和2 m m 三种规格，微孔 发泡器采用了纤维、毛皮和陶瓷三种发泡材料。通过液位上升法、压 差法和照相法，研究了气泡发生器的类型、充气速率和体系的起泡剂 浓度与浮选柱整体气含率、上部气含率和气泡大小及分布的关系。研 究结果表明：当增大充气速率时，配备这两种发泡器的浮选柱，其整 体气含率、上部气含率和气泡平均直径都随之增大。起泡剂浓度对气 含率的影响较小，却能显著改善气泡大小及分布，气泡平均直径随起 泡剂浓度的增加而减小。但起泡剂浓度并非越大越好，存在一临界值。 两种发泡器在相同条件下，浮选柱内体系气含率的差异较小，但射流 发泡器的气泡平均直径要明显小于微孔发泡器的气泡平均直径。在要 求微泡的情况下，射流发泡器有一定的优势。 以0 1 4 0 2 7 0 0 m m ，装配陶瓷微孔发泡器的实验室规格浮选柱进 行了镍矿的脱泥作业；以0 4 0 0 4 0 0 0 m m ，装配纤维微孔发泡器的半 工业规格浮选拄进行了铝土矿浮选脱硅流程中细粒级的粗选作业：以 0 6 0 0 x 6 0 0 0 m m ，装配纤维微孔发泡器的工业规格浮选柱进行了铜钼 分离中铝的精选作业。一次浮选柱作业相当于2 3 次浮选机作业，使 用浮选柱后可大大简化流程。实际矿石浮选柱浮选试验结果均达到或 超过了常规浮选机的浮选效果。在整个实验过程中，气泡发生器工作 良好，未发现堵塞现象。 关键词浮选柱，气泡发生器，气含率，气泡大小 a b s t r a c t 1 ，h e h i s t o r y a n ds t a t eo ft h ea f to fr e s e a r c ha n d a p p 五c a 矗o n o f n o t a t i o nc o l u mi sd i s c u s s e ds y s t e m a t i c a l l y ，a n df u r 吐l e rd e v e l o p m e n to f f l o t a t i o nc 0 1 u m ni s p r e d i c 把da ! s o t h et w od i f 琵r e n tb u b i eg e r a t o r so f s p a r g e r a n d m i c r o p o r e a r e d e s i g n e da n dm a n u f a c t u r ed ，t 1 1 e a e r a t i o n p e r f - o m a n c eo f 出e ma r es t u d i e di ni a b o r a t o f y 矗o t a t j o nc o l u n m t h e n o t a t i o n p e “b n l l a n c e o ft h e mi nv 撕o u sg a u g en o t a t i o nc o i u m ni s e x a m i n e d t h ei i l i t i 羽s i m u j a t j o no 翎u i dd y n a m i c so fn o t a t i o nc o l u n l ni s c o n d u c t e d t h e r ea r et h r e e g a u g e s o fc a l i b e ro f s p a 唱e rn o z z l e ，1m m ，1 5 n 如a n d 2 m m t h ef o a m i n gm a t e r i a l sa d o p t e di nm i c r o p o r ei n c l u d ef l b e r ，f u r r i e r y a n dc e r a m i c i no r d e rt os t u d yt h ev a r i a t i o nm 】eo ft o t a lg a sh o l d u pa n d u p p e rg a sh o l d u p a n db u b b l ed i a m e t e ra n dd i s t r i b u t i o n ，w ea l t e rm e b u b b l eg e n e r a t o rt y p e ，g a sv e l o c i t ya n d 丘o t l l e rc o n c e n 仃a t i o n ，t h er e s u l t s h o w sm a tm eg r e a t e rg a sv e l o c i 吼t l l e 黟e a t e rg a sh o l d u pa n db u b b l e d i a m e t e rf o rb o t hb u b b l e g e n e r a t o r s t h e 昏o t h e rc o n c e n t r a t i o nh a s a t r i v i a ii n n u e n c eo ng a sh o l 出l p ，o nt h eo t l l e rh a n d ，i tc a ni i n p r o v em e b u b b l ed i a m e t e ra n dd i s t r i b u t i o nd r a m a t i c a l ly h o w e v e r ，w h e n 矗o m e r c o n c e n t m t i o ng o t u p t oac r i t i c a l v a l u e ，t h eb u b b l ed i a m e t e r w o u l d m a i n t a i naf l x e dv a l u e i nt h es a m ec o n d i t i o n m e r ei sl i t t l ed i 丘i e r e n c e b e t w e e nt h eg a sh 0 1 d u pg e n e r a t e db yt 、v od i 蔬r e mb u b b l eg e n e r a t or b m b u b b l ed i r 吼e t e rg e n e r a t e db ys p 鹕e ri sm a r k e d l ys m a l l e rt h a nt h eo n e g e n e r a t e db ym i c r o p o r e t h e a v e r a 静b u b b l ed i a m e t e rg e n e r a c e d b y s p a r g e r v a r i e db e t w e e n0 2 2 m ma j l d0 4 7 m m ，也eo n eg e n e r a t e db y m i c r o p o r ev 撕e db e t w e e n1 2 5 m ma n d2 2 5 m m s om es p a r g e rb u b b i e g e n e r a t o rg a i n e d 融a d v a n t a g e t h a l lm i c r o p o r eo n f b 曲i n g m i c r ob u b b l e t h ed e s i i m | m go p e r a t i o no fn i c k e lo r ei sc o n d u c t e di nai a b o f a t o 呵 t l o t a t i o n c o l l l m n ，w h i c hg a u g e i s0 1 4 0 2 7 0 0 m m t h ec i r c u i t ，w h i c h c o m b i n e df i o t a t i o nc 0 1 u m na n df i o t a t i o nm a c h i n e ，a d o p t e di ng e t i n gr j d o fs i 0 ，i nb a u x i t ef l o t a t i o no b t a i n e ds o m ei n d e xe q u i v a l e n tt od l eo n e o b t a i n e db yt f l ec i r c u i to f 叠o t a t i o nm a c h i n et o t a l 王y t h eg a u g eo f 丑o t a t i o n c o l u m nu s e di nm i so p e r a t i o ni s0 4 0 0 4 0 0 0 m m i ns e p a 瑚一o no fc o p p e r a n dm o l y b d e n u m ，t h ea p p j j c a t i o no ff l o f a t i q nc o l u m n ，w h j c hg a u g ei s n 0 6 0 0 x 6 0 0 0 m m ，a c h i e v e dg o o dp e r f o 觚a n c e 0 n e s t a g e o ff l o t a t i o n c o l u r r u lo p e r a t i o ni se q u i v a l e mt ot w oo rt h r e es t a g e so fn o t a t i o nm a c h i n e o p e r a t i o n t h ea p p l i c a t i o no fn o t a t i o nc o l u m nc a ns i m p l i 匆t h ef l o t a t i o n c i r c u i t ，a n dc a no b t a i nf l o t a t i o np e r f b m l a n c et h a te q u i v a l e n tt oo re x c e e d t h eo n eo ft r a d i t i o n a ln o t a t i o n m a c h i n e d u r i n gt h ew h o l ee x p e r i m e n t p e r i o d ，t h eb u b b l eg e n e r 壮o rw o r 】( e dw e l l ，a n dt h eb l o c k a g eo f “d i d n t o c c u l k e yw o r d sn o t a t i o nc o l u 瑚【1 1 ，b u b b l eg e n e r a t o r ，g a sh o l d u p ，b u b b l e d i a m e t e r i 日| j 吾 自上世纪八十年代以来，为了提高浮选的经济技术指标，许多矿业发达国家 都纷纷把目光投向具有富集比高，处理量大，投资少，运行费用低等特点的浮选 柱，并已成功地把它应用于各种矿石的工业浮选和油水分离及废水处理等环保领 域。我国对浮选柱的研究在二十世纪七十年代初曾盛极一时，但限于当时的技术 水平和条件，没有很好的解决发泡器易堵塞，参数变化敏感等方面的问题，生产 指标不稳定。因此，浮选柱并没有在我国很好的推广。 气泡是泡沫浮选不可缺少的关键因素，一个有效的气泡发生装置应当能够在 最大的可能充气量下产生细小而均匀的气泡。因此，浮选柱气泡发生器的研究是 浮选柱研究的最重要方面之一，倍受研究者关注。高效浮选柱要求在较大的充气 速率下产生微细气泡，而现行大多数浮选柱的共同缺点是要产生小气泡时，必须 采用低的充气速率和比较小的处理量。气泡大小，充气速率，给料速率三者之间 的问题一直难于解决。 为了解决上述问题，研究和开发能在相对平稳的浮选环境中产生细小均匀， 足量气泡的浮选柱，正是浮选柱的发展方向。本研究的主要目的就是以微孔和射 流两种类型的发泡器为研究对象，探索充气速率和起泡剂浓度等操作参数对两种 不同类型浮选柱气泡发生器的充气性能的影响，并对实际矿石进行柱浮选试验。 所得到的研究结果和结论为研制高效的浮选柱气泡发生器打下了较坚实的基础。 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：翟垫盎日期：盈型l 年上月盟曰 关于学位论文使用授权说明 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，允许学位论文被查阅和借阅：学校可以公布学位 沦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；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名：幽导师签名：量她日期：丛年月丑日 硕士学位论文 第一章文献综述 第一章文献综述 1 1 浮选柱的研究和应用 1 1 1 浮选柱的发展历史 浮选柱的设计思想源于1 9 1 5 年“。，当时把一个矿浆从中部给入而从底部充 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 l v n n 制造了一种 圆柱形浮选槽“1 ，把预先用药剂处理过的矿浆从中部给入，空气通过安装在底韶 的充气器( 布或刚性小孔) 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。使用一台直径3 0 0 m m 的这种设备对不同矿石进 行了浮选试验，获得了较好的效果。直到1 9 6 1 年，加拿大工程师布廷。3 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。1 9 8 0 年，加拿大加斯佩铜铝选厂安装了2 台工业浮选柱。1 台o 9 o 9 1 2 m 浮选柱用作钼的二次精选设备，1 台o 4 5 o 4 5 1 2 m 浮选柱用作铝的三次精选 设备。1 9 8 2 年又安装了l 台1 8 1 8 1 2 m 浮选柱用作铝的一次精选设备。使用 浮选柱后，精选回路精矿品位为5 2 3 6 ，回收率为8 0 3 l 。而使用丹佛浮选机 时，精矿品位为5 0 2 6 ，回收率为6 4 5 1 “。由于浮选柱回收细粒矿物效果 显著，并能减少投资，许多国家掀起了浮选柱研究的热潮，普遍将它用于精选。 1 1 2 浮选柱的结构及原理 浮选柱为细长筒型构造，一般柱高9 1 5 m ，直径o ，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 的位置给入柱体内。另一方面，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，为了提高泡沫产品的品位，在泡沫堰上部设置冲洗水装置。 在柱体内向下移动的矿浆与上升的气泡逆流接触，疏水性矿粒在气泡上附着( 捕 收区) ，进而随气泡上开至泡沫槽中，由于冲洗水精选而成为精矿( 精选区或泡 沫区) 。没有在气泡上附着的矿粒作为浆状尾矿从浮选柱下部排出。其典型结构 如图1 一l 所示，浮选柱是一逆向流设备，典型代表为加拿大布廷浮选柱，后来 出现的许多浮选柱都是在它的基础上作了些许改进，因此在这里就以布廷浮选柱 为例来说明一般浮选柱的结构和原理。 浮选柱是在正偏流的条件下工作的，意即尾矿矿浆的流速大于给矿矿浆的流 速。这是由于添加了冲洗水后，一部分冲洗水随泡沫进入溢流，其余部分盼冲洗 水则进入底流中。这些附加的冲洗水防止气泡在精选区合并，冲洗水向下流动还 硕士学位论文 第一章文献综述 j 尾矿 图1 1 浮选柱结构示意图 表1 1 浮选柱与常规浮选机在结构原理和工艺操作上的比较 可清除那些被机械夹杂而进入精选区的杂质，从而在保证回收率的基础上，可显 著提高精矿品位。由于冲洗水的作用使得浮选柱用一段选别所获得的产品质量t e 常规浮选系统的指标还要优越。浮选柱与常规机械搅拌浮选槽相比涡流少，所以 能给一5 0 u m 细粒、+ 2 5 0 u m 粗粒提供较适宜的浮选环境。 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，作业次数和循环矿量少，流程简化；3 ) 矿粒与气泡逆流接触，降 2 硕十学位论文 第一章文献综述 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 一l 为浮选柱与浮选机在结构原理和工艺操作上的比较。表l 一2 为浮选不同矿 石时，浮选柱与浮选机小型试验的指标对比。表1 3 为充填介质浮选柱与浮 选机选别赤铁矿、磁铁矿和铜粗精矿的对比结果。 1 ，1 3 浮选柱的应用及效果 1 9 8 0 年浮选柱在加拿大铜铝矿钼浮选作业使用以后，世界各地的有色金属 选矿厂和选煤厂都开始广泛使用这一新型浮选设备。1 9 8 8 年以来已举行了三届 国际浮选柱会议，取得发明专利近百个”1 ，浮选柱技术的发展得到了长足的进步。 经过4 0 多年的曲折发展历程，使其从刚开始迸行的铁矿石反浮选试验，发展到 金属矿选矿、非金属矿选矿、选煤以及石油、化工、环保等各个方面。金属矿选 矿的应用包括：铁矿石“”3 、氧化锰矿、铜“、铅锌“”1 、金矿“、钨矿、钼 矿、红柱石等，非金属矿的应用包括：石墨”。1 、滑石、高岭石、萤石。“2 1 、磷酸 盐“等矿石。选煤方面广泛应用于煤的精选脱硫、脱除灰分等”：，其他方面的 应用主要有：油水分离。“”1 、废旧报纸脱墨。“”1 、废水和土壤中重金属离子的回 收。“、u m o 离子浮选”“”和铜堆浸萃取废液中有机物的脱除。“等。在选别 流程和工艺方面，浮选柱的应用从精选到粗、扫选以至于发展到磨矿回路中。4 “， 处理粒度也从微细粒发展到中、粗粒“。表! 一4 归纳了浮选柱的一些工业应 用情况。 我国在2 0 世纪6 0 年代初即开始了浮选柱的研究和工业实践，并很快在煤、 石墨、铜、铁等矿投入工业应用，形成了中国第个浮选柱研究和工业应用的高 潮。但由于气泡发生器堵塞，浮选柱运行不稳定乃至失效，精矿回收率低，以及 浮选柱模拟放大等方面的问题，传统浮选柱很快在煤矿上弃之不用，而在铜、铁 等金属矿山则持续应用到8 0 年代。当传统浮选柱气泡发生器及其充气方式发生 革命性变革的时候，中国又在二十世纪8 0 年代中后期掀起浮选柱研究与应用的 新高潮。经过改进的充填式浮选柱、詹姆森浮选柱等先后进行了工业试验，但由 于气泡发生器等多方面的因素，这些浮选柱到目前为止还没有在我国得到工业应 用。在不断总结和吸收国外先进浮选柱经验的基础上，我国曾先后研制了三种类 型的浮选柱，包括中国矿业大学北京校区的充填介质浮选柱，北京科技大学的类 似于詹姆森浮选柱的l h j 浮选柱和徐州中国矿业大学的旋流微泡浮选柱。旋流 微泡浮选柱已在国内多个煤矿得到了工业应用”4 。 硕士学位论文第一章文献综述 表l 一2浮选柱与浮选机小型试验指标对比 铬铁脱泥 矿未脱泥 萤石 云母 氧化铍 二氧化锰 海底锰结核 银 银金 铂钯 辉钼矿 翼蓑 铜矿石 4 0 4 3 5 ，6 8 5 8 5 7 1 4 2 m n = 1 3 8 c o = o 2 5 n i - o 2 5 4 7 0 0 z s t a u = 4 2 3 0 z s t a g = 1 1 9 3 0 z s t p d = 8 6 0 d s t m o = 5 1 m o = 4 2 3 c u = 1 5 7 9 8 5 8 6 7 8 7 5 7 5 8 4 9 2 9 2 9 2 9 l 8 5 5 9 9 0 8 6 6 9 4 1 8 5 1 4 4 78 7 4 1 59 5 9 9 69 7 9 08 9 7 57 8 4 3 6 8 8 m n = 1 58 9 c o = o 2 88 9 n i = o _ 3 08 7 5 5 0o z s t9 0 a u = 1 5 3 0 z s t 7 6 a g = 3 2 3 0 z s t 4 5 p d = 1 2 0 z s t 9 0 m o = 1 7 1 8 6 4 m o = 6 3 ，l7 2 7 c u = 1 5 7 9 8 7 查! ：! 查兰坌墨兰垫垒量兰兰垫丝苎墨! ! 竺 鲨型姿塑 塑蔓曼垡! 墅!旦堕垩! 墅! 矿石给矿品位浮选 浮选机浮选柱浮选机浮选柱浮选机 二= 二一 赤铁矿矿 1 4 6 3 1 9 5 石5 0 0 目9 0 磁铁矿矿 石一5 0 0 目9 0 t f e = 3 5 6 t f e = 3 4 。l 7 弱磁一反浮 1 选 11 6 6 6 5 5 8 9 8 7 9 6 8 16 6 - 3 7 1 15 8 5 1 5 81 3 1 9 0 3 8 48 铜粗精矿 c u = 3 222 8 1 2 6 88 4 o 6 7 ，1 一二一一一一一一 4 硕士学位论文第一章文献综述 袁1 4 浮选柱的工业应用实例 1 0 4 ：2铜编织物 5 0 o c 。p p 。l 证 1 1 1 。1 86 1 ：1铜编织物 无数据 一 1 1 1 1 86 1 ：1铜编织物 尢毅琚 1 1 4 o 42 8 5 ：1钼编织物 8 5 0 1 1 6 o 61 9 o ：l钼编织物 3 4 o 1 1 5 o 91 2 7 ：1钼编织物 7 5 o p i n t ov a l l e v7 6 0 6 1 2 5 ：1铜编织物 7 0 o s a nm a n u e l 3 6 o 84 8 ：1铝编织物 4 0 o 1 3 6 0 4 5 3 0 ：l铝穿孔橡胶 7 2 0 9 g a s d e 1 3 6 0 9 1 5 ：1铝穿孔橡胶 8 2 4 7 1 3 6 1 8 7 5 ：1铝穿孔橡胶 3 5 7 9 c u a i o n e1 2 1 1 2 1 0 0 ：l铜钼编织物 无数据 5 5 o 0 6 8 6 4 ：1萤石美国矿业局型 9 5 8 s a l tl a k e4 2 o 0 6 6 7 2 ：1萤石美国矿业局型 9 9 o 4 2 0 0 6 6 7 2 ：l云母美国矿业局型 9 0 - o 5 0 o o 如 物物物织织织编编编 铝钳 铝 铜铜 i o 6 o 8 6 8 ，j 乜 限 弘 l m m 弘9 硕 学位论文 第一章文献综述 1 2 浮选柱的改进和发展 自2 0 世纪8 0 年代以来，在浮选柱结构、给料排料方式、降低浮选柱高度等 方面取得了很大的进展，一些结构新颖、性能优良的浮选柱陆续在世界各地的选 厂得到工业应用。 按高度划分，浮选柱可分为高柱型和矮柱型。高柱型的典型代表有：f l o t a i r 浮选柱、m t u 充填介质浮选柱、l e e d s 浮选柱、m 冗型浮选柱等。矮柱型浮选柱 的典型代表有：j a m e s o n 浮选柱、全泡沫浮选柱、w j m c o l e e d s 浮选柱、旋流充 气浮选柱等。改进的高柱型浮选柱具有浮选产率高、选择性好等优点；不足之处 主要是单位容积分选效率低，操作维修不便。由于大多数高柱型浮选柱是在层流 流态下进行矿化与分离，因而碰撞矿化效率低，矿浆停留时间长。矮柱型浮选柱 是当前浮选柱研究的热点。 1 21f f o t a ir ( 弗洛泰尔) 浮选柱“1 结构见图1 2 。这种浮选柱的主要特点是：1 ) 气水预先压力相溶，柱底部带 有许多截锥形冲孔空气分布盘，使上升气泡在柱断面均匀分布；2 ) 柱内锥形入料 箱既起均匀给料作用，又使气泡与矿浆预先矿化，提高了浮游速度；3 ) 不用泡沫 冲洗水；4 ) 浮选粒度上限大( 如选磷灰石时可达1 4 耳) 。其缺点是清水用量较大。 1 2 ，2m t u 充填式浮选柱”4 ” 结构见图卜3 。i 9 8 5 年，美国密执安技术大学的杨锦隆教授发明了充填式浮 选柱。该浮选柱的特点是：1 ) 柱内充满以波纹板迭置成的介质床层。它具有过滤、 虹吸、支承等作用，使分选处于“静态”条件，泡沫层稳定；2 ) 柱内矿浆基本属 “塞流”，有利于精矿品位和回收率的提高；3 ) 不用专门的发泡器；4 ) 利用连通、 气提原理排尾，有利于矿浆液面的调节和稳定以及尾矿的有控制排出。充填介质 浮选柱的处理能力为普通浮选柱的3 4 倍，应用前景广阔。但波纹板可能发生粘 附结垢的现象，使柱体有效容积减少。 1 2 3 詹姆森浮选柱”“1 结构见图1 4 。澳大利亚纽卡赛尔大学j 锄e s o n 教授1 9 8 7 年发明的一种新型 浮选柱。其主要特点是：1 ) 柱高仅1 m ，这给人们降低浮选柱高度的渴望起到了 抛砖引玉的作用：2 ) 给料和空气在下排管垂直部分顶部处经预先混合，使矿化良 好：3 1 下排管项部处的压力小于大气压，从而使空气可自动吸人：4 ) 下排管内液 体的高空隙率( 4 0 一6 0 ) 和强烈的混合作用，给出了很高的浮选速度。自发明后 在选煤厂和选矿厂都得到了广泛的应用，詹姆森浮选柱从i 9 9 0 年初开始在芒 6 硕士学位论文 第一章文献综述 特艾萨、希尔顿、田纳特湾( t e n n a t l tc r e e k ) 矿山和纽兰德煤矿应用至今。密西 根技术大学的e c d o w l j n g 等用詹姆森浮选柱、戴斯特浮选柱和稳流板浮选 柱对铁矿进行了反浮选的对比试验研究。刘炯天等对詹姆森浮选柱的性能和应用 模式进行了分析探讨，并对其用于选煤进行了大量的试验研究。 2 4 全泡沫浮选柱 结构见图1 5 。其特点是：1 ) 空气、水、起泡剂一起给入柱体充气区中，整 个柱体全为气泡充满。入料从柱体上部给入泡沫中，完全利用泡沫富集作用进行 分选，可获得很高的精矿品位；2 ) 柱体高度仅1m 左右，缺点是矿浆停留时间短， 矿化不充分。 1 ，2 5w e m c o l e e d s 浮选柱”。“1 结构见图1 6 。它是将l e e d s 浮选柱与w i m c o 浮选机结合的产物。其特点是： 1 ) 具有机械充气搅拌装置，矿浆均匀，粗粒不易沉淀；2 ) 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；3 ) 高度接近常规机械浮选机高度；4 ) 柱顶加冲洗水，排除泡沫中脉石夹杂。 该柱缺点是结构复杂。 1 ，2 6 旋流充气浮选柱。4 结构见图1 7 。这是由美国犹他大学m i i i e r 教授发明的将重选水力旋流器与 浮选机相结合的产物。其主要特点是：1 ) 矿浆在压力作用下以切向给入，将从多 孑l 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：2 ) 沉砂环形排矿，矿浆基本属于“塞流”；3 ) 设备体积小，多孔介质孔眼不 易堵塞。缺点是器壁磨损比较厉害，参数变化敏感性较大。 1 2 7 旋流微泡浮选柱。1 ” 结构见图l 一8 。旋流微泡浮选柱是由中国矿业大学的欧泽深教授提出并获得 专利的。该浮选柱目前主要应用于煤等非金属矿的选别。其最大特点是集浮选与 旋流力场中的重选于一体，可对中矿进行扫选，提高了精煤回收率；同时采用了 外置自吸式微泡发生器，大量节能。李备备等人以枣庄矿务局田陈煤泥为例，在 实验室对旋流微泡浮选柱和浮选机的分选效果进行了比较。试验表明旋流微泡浮 选柱在降低精煤灰分、提高分选效率等方面具有显著的优越性。 7 硕士学位论文第一章文献综述 承 图1 2f l o t a ir 浮选柱 图卜4 詹姆森浮选柱 l 蛤辩i 地盘埔】粗内挂由糟4 龇苗，刮 - 毒l 池 珠_ 辛i i t 舟责嗣矿煮捧出口l 排出督博糖掉喜 t t 毪密 图卜6w e m c o l e e d s 浮选柱 8 图卜3m t u 充填介质浮选柱 图卜5 全泡沫浮选柱 t 岱惴l 甘隋】蛳蛾宫，榭冒誊孔行 奠蛀悻7 蚪喜蛙律南t 簖- 薹庙i 瑰砖 图卜7 旋流充气浮选柱 硕士学位论文 第一章文献综述 冲洗水 键环藏 图卜8 旋流微泡浮选柱 1 3 气泡发生器的改进和发展。7 ” 气泡是泡沫浮选不可缺少的关键因素，一个有效的气泡发生装置应当能够在 最大的可能充气量下产生细小而均匀的气泡。因此，浮选柱气泡发生器的研究是 浮选柱研究的最重要方面之，倍受研究者关注。浮选柱气泡发生器根据气泡发 生方式分为内部发泡器和外部发泡器。内部发泡器常见的有立管发泡器、过滤盘 式发泡器、砾石床层发泡器；最初的浮选柱的气泡发生器多为内部发生器，这些 发泡器在生产中易发生结垢、堵塞，常导致浮选柱不能正常运行，甚至造成停产 事故。这是早期浮选柱工业应用失败的重要因素。针对内部气泡发生器易堵塞结 垢的问题，研究开发了各种外部气泡发生器。采用的起泡方法通常有电解法、压 力溶解法和机械气泡诱导法等。目前使用的外部发生器有旋流型发泡器、气水 发泡器、美国矿业局型发泡器等。实践表明，多孔微泡发生器能产生直径为 0 0 7 0 2 5 毫米的气泡；电解法可产生o 0 4 0 2 毫米气泡：机械搅拌法产生 o 0 4 0 2 毫米的气泡：真空法产生0 5 一1 5 毫米的气泡：喷射法产生o 2 一1 0 毫 米的气泡。外部气泡发生器解决了发泡器易堵塞的问题，经受住了工业实践的考 验，为浮选柱的工业应用铺平了道路。 1 3 1发泡方式 近年来常用的气泡发生方式主要有以下几种： 1 ) 剪切接触发泡。高速流动的矿浆和气体以适当方式接触，如通过金属网 或充填介质产生气泡。 9 硕士学位论文 第一章文献综述 2 ) 微i l 发泡。气体通过微孔塑料、橡胶、帆布、尼龙、微孔陶瓷管甚至卵 石层发泡。 3 ) 降压或升温发泡。空气在水中的溶解度大约为2 ，当降低压力或升高 温度时，溶解的气体析出产生气泡。 4 ) 射流发泡。受压气流喷入矿浆或矿浆喷入气流均可产生适合浮选的气 泡。 5 ) 电解水产生气泡。 6 ) 超声波发泡。 微孔发泡由于堵塞使得微孔材料不能充分发挥作用，再加上充气量( 压力) 增大会直接造成气泡尺寸增大，故目前已较少采用剪切接触发泡是利用气、液 混合过程把气体粉碎成气泡，其气泡大小主要取决于液体紊流度、持续混合时间， 并最终达到与体系能量状态相匹配的气泡临界尺寸。射流成泡则把液体先变成分 散相，然后随压力增大逐步变成连续相，气体刚由开始的连续相逐步分散成为微 泡。射流成泡已成为气泡发生技术的一大变革。 1 3 2 内部发泡器 1 ) 过滤盘式发泡器 实际上是在盘式过滤机的过滤盘蒙上滤布并平放于浮选柱底部，做发泡器 用。产生的气泡较均匀，但易磨损。 2 ) 立管发泡器 许多直径4 0 7 5 m m ，高3 0 0 一5 0 0 m m 立管均匀分布于浮选柱底部，并与控压 歧管网相连接。每个立管上下段界面装有多孔介质材料。这种内部发泡器由于矿 泥在多孔介质表面的沉淀，易于堵塞。结构见图1 9 。 图卜9 立管发泡器 3 ) 砾石床层发泡器 以直径8 2 0 m m 的砾石置于上下两层筛子间，组成了各种厚度3 0 0 6 0 0 m m 的 砾石床层，堵塞较轻，但产生的气泡直径大。结构见图l - 1 0 。 l o 硕士学位论文 第一章文献综述 图卜1 0 砾石床层发泡器 1 3 3 外部发泡器 1 ) 水空气喷射式充气器 其又分为3 种类型；t u r b o a i r 型，f l o t a i r 型和c e s l 型。 t u r b oa i r 型( 如图1 1 1 ) 由美国矿业局开发。它是在内径5 0 m m 的充气器 内，充填玻璃球或者石英粒子的水喷射式的分散器。由于该机用高压工作，可以 产生大量细小起泡。气泡直径在o 1 0 3 i 姐1 范围变化。 美国d e i s t e r c o n c e n t r a t o r 公司的f l o t a i r 型发泡器是把加压空气从外部分散器 通过机内的充气板分散到槽内。在压力3 0 0 一4 8 0 k p a ，空气与水的流量比约3 0 的情况下工作，产生0 1 吼左右的细小气泡。 c e s l 型由加拿大的c o m i n c oe n g i e e r i n gs e r v i c e ( c e s l ) 公司1 9 8 8 年生产，由 柱外的气体分散器产生空气一水混合物，通过金属管分散到浮选注中，压力在 3 0 0 一6 0 0 k p a 下运转，气泡直径是o 3 o 4 m m 。可确保气含率达到5 0 a 多孔金 属管在作业中可以更换，因而运转率较高。c e s l 型充气器先后在北美、南美和 南非得到广泛应用。 图1 1 】t u r b oa i f 型 硕士学位论文 第一章文献综述 2 ) 空气喷射式充气器 加拿大的m i n o ve xt e c h n 0 1 0 9 i e s 公司研制了不用水仅吹入空气( 空气喷 射) 产生气泡的机构。该分散器是由针阀与气泡喷雾的孔组成的简单结构，孔径 大，另外因表面被陶瓷覆盖，因此不会堵塞，寿命长达两年，产生的起泡直径为 o 5 3 o m m ，易于使用。如图1 1 2 。 s i a n l j e t 分散器是由加拿大c p t 公司研制的。它是种自动化的自调节气体 喷射系统。如图1 1 3 。该分散器是在使用非常成功的s p a r j e t 气体分散系统基础 上最新开发出来的。可进行压力自动补偿，在气体压力损失时，能自动关闭喷嘴。 图卜12 空气喷射式发泡器 图l l3s i a m j e t 发泡器 3 ) m i n n o v e x 静态混合器 m i 肌o v e x 静态混合器，高速通过的矿浆和气体，在剪切件的作用下形成气 泡，具有易于更换和在线调控气泡大小的特点，但其加工精度要求较高。如图1 一1 4 。 图1 1 4m i n n 。v e x 静态混合器 图l 1 5 多孔文氏管 4 ) 多孔文氏管 多孔文氏管也是一种先进的发泡器，如图l 1 5 所示。当水高速流过小管时 管内压力低于大气压，空气自发进入同其混合，由于多孔介质的高速剪切作用产 生气泡。 5 ) 旋流器式充气器 在旋流浮选机中离心力使矿浆和气泡充分混合，空气即可自流给入，也可压 入。离心力使矿粒向槽壁移动，由于气泡向内侧上升，捕收速度侠，对细粒矿物 至壁兰垡笙苎 笙二兰塞垫簦堕 浮选效果好，但对粗粒和大比重矿物分离不利。 浮选柱的气泡发生器，内置式的易发生堵塞现象，且维修不便。外置式的与 内置式相比具有较多优点：静态混合器和多孔文氏管可自吸空气且充气量大，能 产生大量高质量的活性气泡，有利于细粒和超细粒分选，不堵塞无需清理：水 空气喷射式的，调整水压和起泡剂添加量，可使气泡在0 卜_ o ，3 m m 之间变化i 空气喷射器因为孔径大，故无水垢，不堵塞；空气吸入式能使矿浆和气泡充分混 合，浮选时间短；而旋流式的捕收速度快。因此，外置式充气器有着广阔的发展 前景。 1 4 浮选柱捕集区原理“r “州 浮选柱的捕集区位于泡沫界面与气泡发生器以下气泡最深落点之间。在这一 区域内，上升的气泡捕集来自给料中的可浮选物料和从泡沫区脱落的疏水颗粒。 捕集区内的回收率取决于矿物颗粒在该区的停留时间和混合特性。 1 4 1 停留时间 捕集区的停留时间采用方程1 1 对柱体截面为圆型的浮选柱进行估算。 ，一、s 积：i h c hs 。一h j 一p ，。 p 。t 、 o 。一1 i 一 式l 一1 中，t 。p 一捕集区停留时间，m i n ； d i 一浮选柱直径，m ； h 。一浮选柱的总高度，m ： h 。 泡发生器高度，m ： h 广泡沫界面高度，m ： p 。l 一捕集区密度，恤； p 。l 一矿浆密度，妇1 3 v 。厂尾矿( 底流) 体积流量( m 1 1 ) 该方程包括三个部分，浮选柱容积、气含率和矿浆速度。 捕集区的容积大体上是固定的，唯一的变量是泡沫界面高度h f ，要想增加 捕集区的容积，改变h ，是很容易的。但这种改变对停留时间的影响却很小。影 响停留时间的唯一有效方法是改变浮选柱的给料速度。 气含率是浮选柱中气体的体积百分数，该参数是由其他的变量来决定的，如 充气量，气泡的大小，矿浆的浓度，固体气泡荷载及矿浆速度等。增加气含率会 缩短捕集区的停留时间。有三个因素可导致气含率增加。 硕士学位论文 第一章文献综述 1 ) 增加气体的流量可增加浮选柱中气泡的数量 更多的气泡生成。 2 ) 起泡剂用量的增加，会造成气泡尺寸的减小 上升速度减慢，结果使浮选柱中的气含率增加。 因为在任何时间段都会有 进而造成气泡在矿浆中的 3 ) 对于浮选柱来说，增加矿浆下行速度会降低气泡的上升速度，进而导致 浮选柱中空气“滞留量”的增加。气含率与矿浆速度的关系如图1 1 6 所示。 图l i6气含率与矿浆速度的关系 1 4 2 充气速率 一个浮选柱所能采用的最大空气速率受到三个条件的限制： 1 ) 表观给料速度必须小于气泡的上升速度。气泡的上升速度取决于气泡的 大小、捕集区密度与泡沫区密度之差以及矿浆的下行速度。任何分散设备都可对 气泡的大小进行调节，因此当矿浆的给入速度超过最小气泡的上升速度时，一定 比例的空气就损失在底流中了。 2 ) 捕集区的密度必须大于泡沫区的密度。当进入浮选柱的气体的速率增加 时，捕集区的三相密度就会下降，同时泡沫区的密度会增大，直到两者相等为止。 这时，气含率会突然增加，且增幅较大，这种情况称为浮选柱的“溢泡”。在这 种情况下，回收率会大大地降低。 3 ) 气泡的聚结定不能形成堵塞。在气流速率较高时，增加的湍流和形成 的大气泡会造成气泡聚结的增加，而起泡聚结的增加又会导致气含率的减小。最 后，严重的聚结导致了较严重的气泡堵塞。这一作用改变了浮选柱的混合特性， 即减少了可使用的浮选表面积，又降低了气泡表面对矿粒的捕集。 1 4 硕士学位论文 第一章文献综述 所有这些因素中的任何一个都有可能将浮选柱的最大气流速度限制在 1 8 3 ，5 c h 沈之间。 1 4 3 粒度和气泡大小 气泡的平均直径和气泡大小的分布对浮选柱来说是非常重要的。它们影响到 气流的最大速率、气泡捕集矿粒的概率以及气体携带固体颗粒的能力。通常采用 的气泡直径在o 8 1 6 m m 之间，实际的大小取决于药荆条件、发泡器结构和操作 压力。 可由气泡携带的固体颗粒的数量受到表面积与体积之比、固体颗粒的密度、 颗粒的大小、疏水性、以及颗粒的形状等因素的影响。较小的气泡其单位体积的 表面积较大，因此每单位气体能携带的固体颗粒也较多。当气泡密度( 捕集到的 固体颗粒加上空气) 使气泡上升的速度小于矿浆的速度时，极小的气泡( 微泡) 就有可能造成捕集到的固体颗粒损失在底流中。许多疏水性颗粒能很快就附着在 这些气泡上，因此其碰撞和粘附几率较大。棱角多的颗粒附着速度更快。 1 ，5 浮选柱泡沫区原理。“”1 泡沫区从捕集区或矿浆区界面延伸到浮选柱的泡沫堰。在这一区域内固体颗 粒和水在气泡之间被输送。该区三相密度的范围通常是在o 2 1 o 叭m 3 之间，这 取决于上浮的固体颗粒、测量位置、泡沫厚度、冲洗水流量和起泡剂用量。 随着气泡在泡沫区的上浮，出现了一定量的气泡聚结。这样就减少了可用于 捕集固体颗粒的气泡表面积，同时也减少了由水占有的气泡之间的空隙。这种特 性表现在气含率和泡沫层高度的增加，如图1 1 7 所示。 排出 。 注沫疆 巳) 0 8 0 气泡 京填屡 e a ，o7 4 扩髓的 鼍泡屉 e ，o j 4 起沲区 已co2 0 冲潜水霸丘二一 墨罨疆髓 丁丌了r 曩 藏：。蠢 j 一，c oo 弦、 煎黼流 r 正编流 图l 一17 泡沫区吾4 面图 硕士学位论文第一章文献综述 1 5 1 泡沫的清洗 由于泡沫有一个单纯下行的水流( 假定为正偏流) ，没有附着在气泡上的颗 粒将被送回到捕集区，这些颗粒包括那些夹杂颗粒和由于聚结与气泡脱附的颗 粒。这些颗粒通过冲洗水返回到捕集区，形成了一个局部的内部固体颗粒再循环， 这就是通常所说的“回落”，这正是界面高度较深时，品位高、回收率低的原因。 1 52 气流速度 气流速度的增加会引起捕集区气含率的增加和泡沫区气含率的下降。当气流 速率增加时，泡沫区内较少发生聚结，因此泡沫产品的品位下降。极高的气流速 率可能会导致界面的损失。 气流速度的增加很可能会造成给矿水进入到溢流，这样也会降低泡沫产品的 纯度。 1 53 起泡剂的浓度 在使用起泡剂的情况下，增加起泡剂的浓度具有类似于增加气流速率的作 用。泡沫区气含率的减少( 如图1 1 8 示) 造成了泡沫固体颗粒百分数的减少和 泡沫品位的下降。起泡剂的大量使用，特别是配以高的气流速率时会损害浮选柱 的性能。 e o p 蠹 一 蜊 囊 * 烈 图卜18 起泡剂浓度对气舍率的影响 里壁兰墅塾笙生一 一笙二兰塞蔓堡垄 一一 m