第6章浮游选矿(2)

1、1,第六章 浮游选矿,一、概述 二、浮选原理 三、浮选药剂 四、浮选设备 五、浮选工艺,2,第一节、概述,浮选在水的悬浮液中，借助颗粒表面的物理化学性质差异实现分选的过程。,一、 浮选及其作用,浮选法是微细粒矿物分选的主要方法，在选矿行业广泛使用，约占分选矿物的80%左右，选煤约20%。在二次资源、水处理等领域也有使用，如浮选脱墨、污水处理等。,3,1、回收率高（选煤精煤产率）； 2、适应性广：对不同矿种（金属矿、非金属矿）、不同品位或复杂共生矿物都能较广泛地适应； 3、有效处理细泥：能有效分选0.3-0.01mm的微细矿物；对于煤炭，可有效分选0.5-0.03mm的细粒煤泥。,浮选特点,浮选

2、在选矿选煤中的地位愈来愈高！ 浮选原理和方法的应用领域不断拓展！,4,三个阶段：,二、浮选发展,（3）泡沫浮选：利用气泡携带矿物上浮。,表层浮选多油浮选泡沫浮选,（1）表层浮选：根据矿物的湿润性不同，把磨细的矿粉撒于水面。疏水性的矿物漂在水面上作为精矿；亲水性的浸没在水中即为尾矿。,（2）多油浮选：利用矿物和脉石的亲水性和亲油性不同，加大油量与矿浆搅拌，然后将粘附于油层中的矿物刮出。,5,三、浮选过程四个主要作业,1.磨矿使有用矿物与其它矿物或脉石矿物充分解离（选矿厂磨矿成本占整个生产成本的比例较高）。,2.调浆加药调整矿浆浓度，使其适合浮选要求；加入所需要的浮选药剂，改善矿物表面性质、提高浮

3、选效率；,3.浮选分离矿浆在浮选机中充气、完成矿物分选；,4.产品处理浮选后的泡沫产品和尾矿脱水。,6,第二节、浮选基本原理,一、表面的润湿现象,当三相接触时，液相在固相表面铺展开，排斥气相而占据固相表面的现象称为润湿现象。,例：将水滴到光亮的煤炭表面，像石蜡一样，水滴成球形；滴到矸石表面，像玻璃一样，水滴会自动铺展开。说明水与煤炭、水与矸石之间的相互作用是不同的。,把易被水润湿的表面（如矸石表面）称为亲水表面，把不易被水润湿的表面（如煤炭表面）称为疏水表面。相应的矿物分别称为亲水性和疏水性矿物。,7,8,例：选择性吸附过程展示：气泡从疏水的煤的表面排开水层并与其粘附；气泡不能从亲水的矸石的表

4、面排开水层实现粘附，仍保持球形。,如何评定矿物表面被水润湿的程度呢？,9,气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线穿过液体与固-液交界线之间的夹角，称为接触角。即在水中气泡附着固体表面并达到三相平衡后，气液与固液的夹角。,润湿接触角,10,接触角的大小反映亲水和疏水性质，接触角越大疏水性越强（亲气），接触角越小亲水性越强（输气）。,疏水性矿物：表面不易被水润湿，即接触角大的矿物。 亲水性矿物：表面容易被水润湿，即接触角小的矿物。,为什么材料有疏水、亲水之差异呢？,亲水性 差,11,二、矿物表面和水的作用,矿物表面是亲水还是疏水，取决于其表面分子与水分子相互作用的强弱程度，即水化作用的强弱。,

5、水是氢氧化合物，分子式为H2O ，由两个氢原子和一个氧原子组成。由于水分子中氧的电负性较大，使整个水分子的电性不平衡，水分子一端带正电荷，另一端带负电荷，因此水分子为强极性分子。,水分子为强极性分子,课后：查阅资料，对水的知识更深入地学习了解。,12,当水中出现带电颗粒时，在电场作用下，颗粒周围便立即生成极性水分子的包围层，这就是水化层（也称水化膜），颗粒就被水化，颗粒表面吸附一层很薄的水分子层。水化层具有特殊性质。,靠近矿物表面的水分子被强烈吸引，定向紧密排列；离矿物表面较远的水分子，因引力减弱和水分子自身热运动的影响，逐渐变为无序排列。 由于矿物表面的分子极性不同，在其表面产生电荷的强弱也

6、不等，水化膜的厚度不同。,13,疏水矿物表面分子极性弱（如煤中有机质分子），表面分子与水分子的作用力弱，生成的水化层薄；当气泡与其碰撞时很容易排开其表面的水化层与其粘附。,亲水矿物（如煤中矿物杂质分子）表面分子极性强，表面分子与水分子的作用力强，生成的水化层厚，当气泡与其碰撞时很难排开其表面的水化层而与其粘附。,14,通过测定接触角可以评判矿物的疏水性。,自然界矿物接触角很少有超过90的。为了扩大矿物之间疏水性的差异，达到有效分选须人为增大或缩小特定矿物的接触角。,15,16,三、气泡的矿化过程,（1）大泡形成的矿化气泡图（a）。因大气泡的上浮运动，在重力作用的影响下，只有少量细煤泥聚集于大气

7、泡的尾部。在大泡表面也可能粘附高灰分的泥质。 （2）群泡形成的矿化气泡图（b）。许多微泡粘附在大粒度的煤粒上，使其上浮。该矿化形式对粗粒浮选有重要意义。 （3）气絮团形成的矿化气泡图（c）。浮选过程中，许多煤粒与许多气泡相互粘附，形成了煤粒、气泡、小油滴的集合体，即气絮团，达到了最大程度的矿化。工业浮选机中气泡矿化的主要形式。,浮选过程中，矿粒有选择性地附着在气泡上的现象称为气泡的矿化。,三种形式：,17,（一）疏水颗粒与气泡的碰撞附着,颗粒和气泡的碰撞概率受湍流强度、煤浆浓度和气泡数目的影响。若湍流强度大、煤浆浓度高和气泡数目多，颗粒和气泡的碰撞附着概率则提高。,颗粒与气泡的碰撞附着与浮选机

8、中流体的流动状态、气泡和颗粒的大小以及二者的相对运动轨迹等有关。,粗粒与气泡附着有碰撞、水化层减薄、水化层破裂和接触周边展开四个阶段。,微细颗粒与气泡的附着方式有两种情况：一是水化层破裂，形成三相接触周边；二是水化层不破裂，只要煤粒与气泡之间距离小到一定程度，在一些复杂因素影响下，也可以相互粘附。,18,（1）加快一般尺寸气泡与疏水粒粘附的速度。颗粒上一旦有微泡析出，微泡与一般尺寸气泡的粘附速度要比煤粒直接与一般气泡粘附的速度快得多。 （2）微泡在疏水性良好的煤粒表面析出，提高了颗粒与气泡粘附的牢固性。 （3）大量微泡有选择性地在粗粒表面生成，增加了它们的上浮能力。 （4）加快了微细粒的浮选速

9、度。微细粒质量小（即惯性力小），不易克服其与气泡粘附时所受的阻力，但微泡可以直接在疏水性较好的微细粒表面析出，而不依赖于它与一般尺寸气泡的碰撞。,（二）析出微泡与颗粒的附着,微泡有利于矿化,19,（三）矿化泡沫层,气泡在上升过程中，因受水的静压力减小，气泡由小变大。因受重力作用，气泡间的水层向下流动，因此气泡之间的水层自下而上由厚变薄，泡沫层上面的大气泡变形显著。 在浮选过程中可以观察到由气絮团形成的矿化泡沫，这种泡沫含大量的疏水颗粒，质量较好。 虚泡的矿化程度差，含有大量水，气泡大且易碎。,矿化气泡浮至浮选机液面聚集为矿化泡沫层，是气泡、夹水层、颗粒形成的三相泡沫。,1、泡沫层的特征,20,

10、三相泡沫形成过程中，除携带疏水性颗粒进入泡沫层外，还不可避免地夹带部分亲水的颗粒。由于亲水矿粒与气泡附着不牢固，在气泡兼并、破灭、重组过程中率先脱落，并随气泡间的下降水流落回到液相，改善浮选的选择性。称为三相泡沫的二次富集作用。,2、泡沫层二次富集作用,二次富集作用有利于提高浮选精矿质量，所以在浮选时，要保持一定厚度的泡沫层，为二次富集作用创造必要条件。,21,（四）浮选过程,浮选过程分为四个阶段： 第一阶段为碰撞阶段； 第二阶段为附着阶段； 第三阶段为升浮阶段； 第四阶段为泡沫层形成阶段。,颗粒上浮的总概率由四个阶段的分概率决定：,22,气泡矿化的机理对研究和设计新型浮选机具有重大的理论和实

11、际意义。,碰撞概率与气泡和颗粒的大小、数量及水流运动状态有关； 附着概率与颗粒表面疏水程度、碰撞速度、碰撞角度等因素有关； 不脱落概率与气泡和颗粒附着的牢固程度密切相关，受气泡和煤粒附着面积、气泡的提升力、矿浆流态及其他颗粒的干扰程度等因素影响； 稳定性概率主要受气泡寿命及气泡与颗粒粘附牢固程度的影响。,23,1、捕收剂,一、浮选药剂的分类,2、起泡剂,能提高矿物表面的疏水性，增强矿粒与气泡的附着强度的一类物质叫捕收剂。作用在固-液界面上。如：捕收非极性矿物用的烃类油煤油、轻柴油等； 捕收硫化矿物用黄药、黑药等； 捕收氧化矿物用的胺类、脂肪酸阳离子化合物等。,凡是能促使空气在矿浆中分散，产生有

12、足够数量的、大小合适的、有一定稳定性气泡的一类物质叫起泡剂。主要作用发生在气-液界面上。如各种醇类、松油等。,雨后荷叶上的水珠?,防雨面料的选择？,吹肥皂泡?,第三节、浮选药剂,24,(2)活化剂(activators)能促使捕收剂和矿物作用,从而提高矿物可浮性的药剂。一般为无机盐。如ZnS直接浮选不容易浮起,利用CuSO4作为活化剂,让其中的Cu2+去吸附ZnS,再用黄药中的与Cu2+发生作用。,3、调整剂能调整矿物的表面性质、调整矿物与其它物质的作用、调整矿浆性能的一类物质叫调整剂。如活化或抑制气泡与矿物的粘附，调整矿浆的pH值等.,(1)抑制剂(depressants)提高矿物表面的亲水

13、性，消除捕收剂的作用。如选多金属矿物时，第一段流程把所有的有用矿物都收集起来；进一步分选各类矿物时，需要把某些暂时不选出的金属抑制，这就需要抑制剂。,25,（3）介质pH值调整剂（pH regulators）改变浮选介质的pH值，形成对某些矿物浮选有利，而对另一些矿物浮选不利的介质性质。如利用它调整矿浆的离子组成、改变矿浆的pH值、调整可溶性盐的浓度等。一般用无机酸、碱类作为介质pH值调整剂。,（4）凝聚剂（Flocculants）和分散剂（dispersants）调整矿浆中细泥的分散、团聚与絮凝。如加入水玻璃等分散剂使高岭土分散。,浮选药剂的作用和分类不是绝对的，某些药剂在这种条件下属于此类

14、；而在另一条件下可能属于另一类。,药剂的开发前景好、市场大！ 国际知名大企业进军中国。需要大量的营销 人才！,26,二、捕收剂,捕收剂按其在水中的解离程度可分为两大类,27,天然可浮性矿物的浮选一般用非极性烃类油作捕收剂。如石油及焦油产品。煤的浮选主要用这类捕收剂。 煤油、轻柴油和改性煤油等占煤泥浮选捕收剂耗量的80%-90%。,非离子型捕收剂分非极性捕收剂和酯类捕收剂,*、非极性捕收剂,烃类油的碳链一般有11-18个C，其整个结构是对称的。C-C以非极性键结合，C-H以弱极性键结合；所有键饱和，靠色散力结合，很不活泼。由于分子大,彼此间的色散力较大，因此不溶于水。,28,在煤泥分选过程中，大

15、部分煤粒表面是非极性的，煤粒对油分子吸引力大，吸附到煤粒表面，同时煤粒表面与油分子之间的作用力大于油分子本身之间的作用力，油滴在煤粒表面展开，形成疏水的薄油膜，进一步提高了疏水性见图c。,非极性烃类油的捕收作用是由于它能够在非极性矿物表面吸附并形成油膜。非极性烃类油的主要成分为脂肪烃、环烷烃和芳香烃，属于非极性分子。,药剂作用举例：,29,矸石颗粒绝大部分表面是极性表面，有很强的亲水性，矸石表面对油分子的吸引力小，矸石表面被水分子覆盖，形成水化膜，非极性烃类油不易在矸石表面吸附见图a）。扩大了煤粒与矸石表面润湿性的差异，促使分选顺利进行。,如果在煤粒表面夹杂极性的矿物杂质或局部被氧化，则能形成

16、不连续的油膜见图b）,30,（1）提高煤表面的疏水性。煤粒吸附了烃类油分子后就更疏水。 （2）提高煤与气泡的附着强度。 烃类油亲气疏水，会在煤粒表面自动散开，在煤-气-水三相周边上形成油环，提高矿物与气泡的固着强度。 （3）气絮团。 油分子之间靠自身的色散力有兼并的趋势，使矿化了的气泡更易黏附在一起形成气絮团，提高煤的升浮能力。,*、烃类油捕收剂的作用,举例,31,在浮游选矿过程中，气泡作为载体是必须的，而且要数量多，以形成足够的气-水界面；稳定性好，不易破裂；大小合适，有一定的升浮力。,三、起泡剂,在向充气煤浆中添加起泡剂后，能将气流分散成大量直径合适，并具有一定稳定性的小气泡。,起泡剂是杂

17、极性分子，其极性基亲水，与水分子强烈地互相吸引，所以朝向水层，而非极性基处于空气中或气泡内。这样起泡剂就在气液界面上实现单分子层的定向吸附和排列.,32,1、控制气泡大小,起泡剂在矿浆中的作用,添加起泡剂后，降低了气液界面的表面张力。在同样充气量的条件下，能产生更多的气液界面，即数量多、直径小的气泡。试验表明，煤浆中没有添加起泡剂时，气泡的平均直径约3-5mm，加入起泡剂后，气泡的直径可以减小到0.5-1mm。,2、维持气泡稳定,起泡剂在气泡表面形成了水化层，其极性基吸引水分子，减慢了水从气泡上部向下流动的速度，当气泡上升到液面时，破裂时间得以延缓。在气泡表面定向排列的起泡剂分子也可以降低水的

18、蒸发速度，延长气泡的寿命。提高了气泡的稳定性。,33,3、减缓气泡兼并 吸附在气泡上的起泡剂分子，其极性基朝向水，与水分子相互吸引形成水化层，当两个气泡相互接近时，水化层起到阻碍作用（见图）。并且，起泡剂的极性基同性电的相互排斥，也减缓了气泡的兼并。,4、增加气泡的弹性 在浮选机中气泡受到多种外力的作用，总是要变形的，要求气泡有一定的弹性。 气液界面吸附起泡剂后，增强了反抗变形的能力。如果外力引起的气泡变形不很大时，气泡不致破裂，相当于增加了气泡的弹性。,34,由此延长了气泡在矿浆中的停留时间，使得矿粒与气泡接触碰撞的概率增大，促使矿化，加快分选速度。,5、延长气泡在煤浆中停留时间,（1）在起

19、泡剂作用下，气泡呈球状不易变形，而球状物在水中的运动阻力大。,（2）由于起泡剂的作用，充入浮选机的空气分散成许多小直径的气泡。小气泡的升浮速度要比大气泡慢得多。,35,工业上应用的起泡剂分三大类：,（3）人工合成起泡剂。醚醇类：甲基醚醇、乙基醚醇、丁基醚醇等。醚类：如4号油（主要成分为1，1，3-三乙氧基丁烷，又称丁醚油）；MIBC等。,（1）天然起泡剂。如松油、2#油、樟脑油、桉叶油等。,（2）工业副产品起泡剂。主要用于选煤厂，有：杂醇：用量200-300g/t；仲辛醇：用量100g/t；混合醇：用量100-150g/t等。,36,充气作用,搅拌作用,循环作用,调节作用,可靠耐久,（一）对工

20、业用浮选设备的要求,一、浮选设备的基本要求,加药作用,连续工作,第四节、浮选设备,37,1、充气作用 充气量大且易调节。造成大量的气-水界面。不同的矿物或不同的浮选作业充气量要求不同，要求充气量可调。 2、搅拌作用 搅拌强度要足够使气泡粉碎、矿粒悬浮、药剂乳化分散,以保证浮选槽内矿浆浓度均匀;矿粒和气泡在浮选机中的分布均匀;促使药剂和矿粒、矿粒和气泡的接触几率提高。 3、循环作用 浮选槽内矿浆循环量要大，以增加矿粒与气泡的接触机会。 4、调节作用 通过量大小、液面高低、泡沫层的厚度都应可调，以适应自动控制需要。 5、连续工作：进料、刮泡、排料要连续。 6、一般的机械要求：结构简单、维修方便、能

21、耗低、寿命长。,38,充气包括两个过程: 气泡的生成； 气泡的兼并和溶解。,（二）浮选设备中矿浆的充气,给矿浆充气是进行浮选的前提。,向矿浆中充入空气,形成气泡,矿化：碰撞、粘附、固着,39,机械搅拌作用造成负压吸入空气,并将空气粉碎形成气泡。,1.气泡的生成方法,空气通过多孔介质的细小孔眼形成气泡。,气体从矿浆中析出形成微泡。不管是吸入还是压入的空气，随着浮选槽中压力的下降，溶解在矿浆中的气体会自动析出，并首先在疏水的矿物表面析出，形成气泡。,汽水瓶、啤酒瓶开盖后的现象？,40,气泡兼并使其直径变大、不稳定，导致气泡易于破灭、数量减少、表面积减少。对矿化不利。 气泡溶解使气泡消失，但溶解后的

22、气泡在降压时还会以微泡的形式析出。,2.气泡的兼并和溶解,矿浆中最终的充气程度不仅取决于充气和分散程度，还取决于已生成气泡的兼并和溶解。,浮选过程中,主要是控制气泡的兼并。起泡剂可提高气泡的稳定性，减缓兼并。,机械搅拌式浮选机中气泡直径在0.051.5mm。其中0.51.2mm，约占气泡总表面积的80%左右。,41,二、浮选设备分类,42,三、机械搅拌式浮选机,例：XJM-4机械搅拌式浮选机,由箱体(浮选槽)，中矿箱、尾矿箱组成。,43,XJM-4型浮选机搅拌机构:,由伞形定子、套筒、一对进气管、轴承座组成。,*、转动部分,由伞形叶轮、空心轴和三角皮带轮组成。,*、固定部分,44,形成W形流动

23、形式, 气泡不断矿化,并稳定升浮到液面形成泡沫层; 然后由刮泡机构刮出,进入到精矿槽。,XJM-4型浮选机工作原理,叶轮高速旋转使矿浆甩出,形成负压； 来自套筒的空气和循环孔吸入的矿浆在叶轮上部空间混合； 从叶轮底部中心吸入的新鲜矿浆与空心轴吸入的空气互相混合； 然后在离心力作用下甩出。新鲜矿浆、循环矿浆、多股空气流及药剂交叉相遇并混合。,45,46,选煤厂浮选车间 (局部),47,四、喷射旋流式浮选机,属于空气析出式浮选机。没有叶轮搅拌,而是由加压矿浆析气形成气泡，气泡直径小、微泡数量多。,48,没有浮出的煤泥在浮选机各槽内均有机会被循环砂泵吸出进行循环,再次分选；其余矿浆则直接进入下一室与

24、旋流器甩出的气泡相遇而矿化,完成浮选。,直流给矿, 每两个浮选槽配备1台砂泵, 加压后从喷嘴中以20m/s左右高速喷出, 混合室形成负压,吸入空气。高速射流将空气切割、粉碎成细小微泡,并混合,沿切向进入旋流器。在旋流器中, 将混合物高速旋转,呈伞状甩向浮选槽。加压过程中溶解在煤浆中的空气在混合室负压区析出,形成微泡,有选择性地在矿物疏水性表面析出,完成矿化。,49,喷射旋流浮选机六大特点：,1、微泡量大。循环泵加压矿浆增加了空气的溶解度；矿浆高速喷出，压力急降，空气在矿浆中过饱和，便以大量微泡形式析出。,2、充气搅拌装置是一种喷射式乳化装置。对药剂有剧烈的乳化作用,提高药效,降低药耗。,3、充

25、气矿浆从旋流器内呈伞状向斜下方甩出,碰到槽底再折向浮选机液面,呈W型运动,与直流的矿浆相遇,增加矿粒与气泡的接触几率。,4、气泡分布均匀。每个浮选槽中有4个充气搅拌机构甩出气泡，气泡更均匀。,5、矿浆循环量大。物料受到多次反复分选，改善分选效果。 6、直流式矿浆通过,处理能力大。,50,五、浮选柱,微泡浮选柱包括柱浮选、旋流分选、管流矿化三部分。整个构造为柱式, 柱浮选在柱体上部,用于原料预选,并借助其选择性优势得到高质量精矿; 旋流分选位于柱浮选下部,用于柱浮选的进一步分选,并通过高回收能力得到合格尾矿; 管流矿化是在引入气体并形成微泡的基础上,对旋流中矿进一步分选并沿切向与旋流分选相连接以

26、形成循环。,51,微泡浮选柱的特点：,（1）过饱和溶解气体析出及采用射流方式形成微泡； （2）将浮选与重选方法结合，形成多重矿化为核心的强化分选原理； （3） “静态”分离环境，实现微细物料的高效分离。 （4）高效分离体现在整个分选过程。具体表现为：形成合理的灰分梯度；厚泡沫层及二次富集作用的强化；喷淋水的进一步降灰。,敬请关注：浮选柱是一类设备，各具特点。在金属矿、煤炭、非金属矿分选等领域广泛使用。 Flotation column or column flotation,52,矿浆准备器,六、浮选辅助设施,53,第五节、浮选工艺 （煤为例）,浮选过程影响因素：1.原料性质；2.矿浆特征；3

27、.药剂制度； 4.浮选设备；5.工艺流程。,一、原料性质,54,煤的抗氧化能力随变质程度的提高而增加。 经过氧化的煤,其结构中氧元素的百分含量提高,发热量下降。,通常，煤泥的密度越小，灰分越低，可浮性越好。所以，我国传统上根据煤泥的小浮沉试验结果判断煤泥的可浮性和浮选效果。, 氧化程度,2、煤的密度影响,对氧化程度严重的煤会出现大偏差！,1、煤的表面性质,煤化程度,随着煤化程度的增加，煤的天然可浮性增大；中等变质程度的煤有最好的可浮性；而后又降低。,55,3、煤的粒度影响,煤泥浮选的粒度组成一般是0.5mm粒级。其中：0.30.5mm为粗粒；0.30.1mm为中粒；0.1mm为细粒。,（A）不同的粒度质量不同。 一般粒度由大到小，灰分逐渐增加，即常说的泥化现象。,（B）不同粒级的浮选行为不同： a、中等颗粒有最好的可浮性和较高的浮选速度。 b 、粗粒由于粒度和质量大,浮选速度慢， c、细粒质量差，浮选速度快，但选择性差。,分级浮选的依据！,粒度太粗会出现什么情况?,56,黏土矿物含量高时，要采用加调整剂（如硅酸钠，即水玻璃、磷酸钠、醇类等）将其分散、沉淀。,4、杂质的表面性质,煤泥浮