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1、微细粒难选矿物及分离技术feigeoer摘要：本文分析了微细粒矿物的特点及分选原则，介绍了微细粒矿物的分选方法及微细粒浮选设备，为今后微细粒矿物的分选研究提供参考。关键词：微细粒矿物；分选；设备Abstract:Thefeatureandbeneficiationprincipleoftiny-fine-particlemineralwasanalyzedinthispaper.Thebeneficiationmethodoftiny-fine-particlemineralandtiny-fine-particleflotationequipmentwasalsointroduced.Thi
2、swillprovideareferencefortheirbeneficiationresearchinthefuture.Keywards:tiny-fine-particlemineral;beneficiation;equipment1前言随着富矿资源的不断减少和对金属材料需求量的日益增加，迫使我们不得不去开采和分选贫、细、杂矿石。在对这类矿石分选过程中，为了使其中有用矿物单体解离，必须将矿石磨的很细，因而在选矿生产中除含有原生矿泥外，还含有大量的次生矿泥。这些矿泥中金属含量较为可观,但又因粒细难以分选而被丢弃,造成金属的大量流失。据报道，全世界每年约有1/5的鸨、1/3的磷、1/6的
3、铜以及1/10的铁（美国）、1/2的锡（玻利维亚）损失在细泥中。因此，寻求微细粒矿物分选技术，并且提高微细粒矿物的选矿效率，已成为选矿研究的重要课题，也是当今选矿领域重要的发展方向之一。2微细粒矿物的特点及分选原则2.1微细粒矿物的特点微细粒矿物的选别过程主要是在水中进行，所以微细粒矿物的宏观特点对选矿有很大影响。微细粒矿物的主要特点是：1）质量小。质量小造成了疏水性矿粒在矿浆中的动量小，与气泡的碰撞几率小，难于克服矿粒与气泡之间的能垒而不能粘附于气泡表面；反之，脉石矿粒若一旦粘附于气泡表面，又很难脱落，并且细粒脉石矿物受水介质粘滞作用大，易随水流上升进入泡沫层形成夹层。2）比表面积大、表面能
4、高。比表面积大、表面能高造成了脉石矿物颗粒与有用矿物颗粒之间的非选择性团聚严重；药剂吸附量大，并且药剂吸附的选择性降低；矿粒在水介质中溶解度增大，矿浆中难免离子增多；矿浆粘度大幅度上升等不利于浮选的因素。2.2微细粒矿物的分选原则近几十年来，针对微细粒矿物的有效回收，各研究机构和高等院校探索了一系列的分选技术。其中有很多分选工艺已获得实验室试验、半工业试验或工业试验的成功。这些分选工艺所依据的理论和方法各有不同，但大多都遵循以下三条原则叫1）使微细粒选择性聚团，以增大分选颗粒的粒径，从而使微细粒矿物有效的分选得以实现。2）改变运载介质的品种（例如空气泡、非极性油等）及分散度，以显著提高疏水颗粒
5、的运载效率。3）充分利用包括表面润滑性在内的各种颗粒表面性质，例如表面电性、吸附性及表面吸附层的物理化学性质等的差异，达到分选的目的。3微细粒矿物的分选为了解决质量效应和表面效应所造成的细粒分选问题，并依据微细粒矿物的分选原则，国内外的选矿工作者进行了大量的研究工作，到目前为止，提高细粒选矿效果的有效方法可归纳为两类：一是进行浮选行为发生前的细粒矿物预处理研究，以使其适应常规浮选工艺；二是进行有效的细粒浮选设备的研究，以增大气泡与疏水性矿粒之间的碰撞几率和粘附效率，同时克服脉石矿粒的夹杂问题，从而提高浮选效果。下面将从这两个方面对微细粒矿物的分选进行分析和介绍。3.1 载体浮选川载体浮选是指在
6、微细粒悬浮体系中添加适宜粒度的粗粒作为载体，在表面活性剂（如捕收剂等）和系统动力学的共同作用下，微细粒矿物附着在粗粒载体上,然后用常规泡沫浮选法回收。载体浮选的影响因素较多，包括几何因素、物理因素和化学因素。根据载体不同，我们可将载体浮选分为异类载体浮选与同类载体浮选两种。1）异类载体浮选。所谓“异类载体是指载体与其团聚的微细粒矿物不是同一种矿物。异类载体浮选虽能获得较好的指标，但缺点也较多：一是捕收剂用量较大；二是当被载矿物为有用矿物时，载体的制备和分离比较困难。这些缺点严重限制了这种工艺的应用前景。一般来说，异类载体浮选只宜用于精选阶段，即脱除含量较少的脉石矿物，而且要求载体较便宜或易于回
7、收制备。2）同类载体浮选。所谓“同类载体”即载体与被载矿物是同一类矿物。其分选过程则与异类载体浮选工艺相似。该工艺对微细粒黑鸨矿的分选研究结果表明：与常规浮选相比，该工艺对微细粒黑鸽矿的精矿品位和回收率均有一程度的提高。与异类载体浮选相比，同类载体浮选有以下两个优点：（1）免除了载体与其同类微细粒矿物的分离过程；（2）载体对微细粒矿物的选择性和药剂在矿物上的选择性吸附得到增强，从而大大提高了浮选作业的回收率和分选效率。3.2 油团聚分选油团聚分选就是先用调整剂调浆，使微细粒有用矿物和脉石矿物处于完全分散状态，再用捕收剂使目的矿物表面疏水，然后添加非极性油作介质，最后根据不同的油团状况，采用相应
8、的分离方法进行分选。根据非极性油用量的多少，油团聚分选形成了三个分支过程：乳化浮选、油团聚分选和两液分离。1）乳化浮选。乳化浮选（EmUlSionfIOtation汉称为团聚浮选（AggIomeratiOnflotation）o将非极性油乳化分散，以分散的油珠为桥连介质，实现矿粒之间的团聚，然后再用气泡浮选分离。该工艺除了应用于天然疏水性矿物，如石墨、自然硫、辉铜矿和煤以外，在磷矿和锦矿方面已有工业应用。2）油团聚分选。油团聚分选的工艺过程是：细磨矿石使目的矿物单体解离,用调整剂和捕收剂处理矿浆，使目的矿物选择性疏水，然后添加非极性油，使其覆盖疏水性颗粒。在剪切力场中，覆盖油的颗粒相互粘附并形
9、成球团，最后可用物理方法将球团与仍处于分散状态的亲水性微粒分离。油团聚分选工艺的优点是：在分离细粒矿物的同时，也进行了脱水，因此可简化固液分离工艺；其缺点则表现在药剂用量较大，因而导致生产成本的增高。当非极性油和捕收剂不能循环再用时，该工艺的应用前景便受到一定的限制。3）两液分离。两液分离就是向经过调整剂调浆后的矿浆中加入捕收剂，使目的矿物表面疏水化，再注入非极性油，在剪切力场中，使疏水颗粒粘附于油珠上并形成稳定的乳浊液，然后送至分离装置，使覆盖疏水颗粒的油珠上升至矿浆上部，形成有疏水矿物富集的油层，最后采用相分离的方法，使疏水性矿物与亲水性矿物分离。3.3 选择性絮凝选择性絮凝工艺就是在经过
10、调整剂调浆后的矿浆中，添加捕收剂和高分子凝絮剂，在剪切力场作用下，使目的矿物选择性絮凝，然后再采用浮选、重选或脱泥工艺，使目的矿物和处于分散状态的亲水性矿物分离。选择性絮凝研究的焦点主要集中在如何提高絮凝的选择性。Moudgil等认为影响絮凝选择性的因素主要是：（1）微细矿粒在系统中的溶解，某些离子可能对目的矿粒产生抑制或对脉石矿粒产生活化;（2）微细粒间的异凝聚;（3）絮团中或絮团间细矿粒的机械夹杂；（4）絮凝剂对非目的矿粒具有一定的亲和性。根据添加的关键药剂及其絮凝机理的差异，选择性絮凝可分为两种：剪切絮凝和高分子絮凝。1）剪切絮凝。剪切絮凝浮选是在微细粒悬浮体系中加入表面活性剂，在一定的
11、动力学搅拌下，吸附有表面活性剂的微细粒间相互聚集，从而增大了表观直径，再用泡沫浮选法将絮片浮出。剪切絮凝浮选工艺与单一浮选工艺有很多共同之处。主要区别表现在剪切絮凝浮选的搅拌强度高于单一浮选。其优点表现在过程简单、易于控制，有成熟的浮选药剂制度可供借鉴。在对原矿生产流程不作较大改动的情况下，可使回收率有一定幅度的提高。但该工艺并不能从根本上彻底改善分选效果。2）高分子絮凝。高分子絮凝分选工艺大体包括四个阶段：（1）矿浆分散及调浆；（2）絮凝剂选择性吸附并形成絮团；（3）絮团调整，其目的在于形成符合后续分离过程所要求的絮团，并使絮团中夹杂物减至最少；（4）从悬浮液中分离絮团。高分子絮凝分选工艺能
12、否彻底分离有用矿物和脉石矿物，关键在于寻找有效的选择性絮凝剂和分散剂。该工艺的优势表现在过程简单、分离彻底；缺点则表现在易受水中溶解离子的影响，难以控制。3.4 磁种团聚分选磁种团聚分选工艺主要用于选别一些弱磁性微细粒矿物。即在经调整剂调浆后的矿浆中，加入一定比例的微细粒磁种，在剪切力场中，磁种与弱磁性矿物发生选择性团聚，然后在重选设备或脱泥装置中，将聚团与仍处于分散状态的矿泥分离，最后采用磁选设备将磁种与弱磁性矿物分离，回收磁种循环再用。该分选工艺现主要应用于赤铁矿的选择性团聚分选。4微细粒矿物的浮选设备要想提高浮选设备处理细粒矿物的有效性，一是要能增大和强化疏水性细矿粒与气泡之间的碰撞几率
13、和粘附效率，二是要能降低由于表面效应引起的细矿粒之间的非选择性团聚，并阻止细粒脉石矿物受水粘滞作用，随水流上升进入泡沫层形成夹层。下面，就几种常用的细粒浮选设备进行论述，并对其提高细粒矿物浮选效率的原因进行探讨。4.1 充填介质浮选柱充填介质浮选柱与常规浮选柱相比较，相同之处是矿浆和气泡都是逆向运行，几乎是静态条件下进行矿化泡沫与矿浆的分离，不同之处则是充填介质浮选柱内轴向装有充填介质。充填介质浮选柱与常规浮选柱相比，可以提高细粒矿物的浮选效率，其原因有两点：1）充填介质造成了许多狭窄而曲折的通道。当空气上浮经过通道时，容易形成均匀的微泡，无需专门的微泡发生器即能实现微泡浮选；上升的微泡与矿浆
14、中下降的颗粒发生碰撞，碰撞几率增大；曲折的通道使微泡上升路线增长。也使矿粒与气泡的碰撞几率和粘附效率增大；近于在静态条件下进行矿化泡沫与矿浆的分离。所有这些特点都有利于提高微细矿物的浮选效率。2）由于充填介质层隔板之间的毛细管作用。使充填介质浮选柱能够保持一个相对无限高的泡沫层，这非常有利于采用强而有力的泡沫冲洗技术，以克服细粒脉石的夹杂和脉石与有用矿粒之间的选择性团聚。这可在不影响回收率的情况下增强“二次富集”作用，提高精矿品位。4.2 离心力场浮选设备国内外许多选矿工作者研制了各种形状的离心力场浮选设备，使浮选行为在离心力场作用下发生。通过离心力的作用强制性地克服细粒矿物的质量效应及表面效
15、应，从而提高微细粒浮选效率。离心力场浮选机是近几年来被认为有效的细粒浮选设备之一，其提高细粒浮选效率的原因可以归纳为如下三点：1）离心力场提高了细粒矿物的动量，高速旋转的矿粒在内壁表面附近与气泡发生正交碰撞，从而提高了矿粒与气泡之间的碰撞几率和粘附效率，强化了细粒浮选。2）矿浆高速旋转，层与层之间产生较强的剪切运动，同时旋转的矿浆流又与气泡发生碰撞运动，这些都有利于克服细粒矿物的非选择性团聚及脉石矿粒在气泡团中的夹杂。3）通过增大充气量提高矿浆中的气泡含量，可以提高细粒矿物的回收率，但是这会导致泡沫量大幅度上升，随泡沫携带的水量增加，更多的细粒脉石矿物会随水进入泡沫产品，使浮选分离效率降低。所
16、幸的是，离心力场浮选机中的离心力可以克服以上矛盾，它能在增大矿浆中气泡量的同时，保证泡沫携带水量不至于太多，从而维持较低的泡沫量，并且大幅度加快浮选速度，因此提高了浮选分离效率。4.3 微泡析出式浮选设备从溶液中析出的气泡具有两个基本特性：一是直径小、分散度高，所以在单位体积矿浆内有很大的气泡表面积；二是这种气泡能有选择性地优先在疏水性矿物表面析出，这是一种活性微泡。微泡析出式浮选设备被认为是最有效的微细粒浮选设备之一。微泡析出的方法有很多，如矿浆表面抽气造成矿浆负压微泡析出法（真空浮选机）；将加压矿浆喷入浮选槽，使矿浆突然降压微泡析出法（我国研制的XPM型喷射旋流式浮选机）；用水的电解产生的大量微泡的所谓电微泡析出法等。微泡析出式浮选机形式各异，种类很多，在此仅对澳大利亚新南威尔士纽卡斯尔大学化学工程系的格雷姆詹姆森教授设计的，称之为浮选工艺一项重大突破的詹姆森浮选槽加以分析、
