维普资讯 http://www.cqvip.com Ｓｅｆｉａｌ Ｎｏ．４６５ 矿业快报 ＥＸＰＲＥＳＳ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ０Ｆ ＭＩＮＩＮＧ ＩＮＤＵＳＴＲＹ 总第４６５期 Ｊａｎｕａｒｙ．２００８ ２００８年１月第１期 浮选柱的研究现状及其进展 杨琳琳程 坤 文书明 （昆明理工大学） 摘要：介绍了浮选柱的发展史及近年来的发展趋势。在分析现有浮选柱的优缺点后，提出了 新型环形浮选柱的设计思路及其优点。 关键词：浮选；浮选柱；设计思路 中图分类号：ＴＤ４５６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９－５６８３（２００８）０１－０００４－０４ Ｓｔｕｄｙｉｎｇ Ｐｒｅｓｅｎｔ Ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｄｖａｎｃｅ ｏｆ Ｆｌｏｔａｔｉｏｎ Ｃｏｌｕｍｎ Ｙａｎｇ Ｌｉｎｌｉｎ Ｃｈｅｎｇ Ｋｕｎ Ｗｅｎ Ｓｈｕｍｉｎｇ （Ｋｕｎｍｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｈｉｓｔｏｒｙ ｏｆ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ ｃｏｌｕｍｎ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄｓ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ ｃｏｌｕｍｎ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｈｉｔｎｋｉｎｇ ａｎｄ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ａ ｎｅｗ ｒｉｎｇ ｔｙｐｅ ｆｌｏｍｔｉｏｎ ｃｏｌｕｍｎ ａｒｅ ｇｉｖｅｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｆｌｏｔａｔｉｏｎ；Ｆｌｏｔａｔｉｏｎ ｃｏｌｕｍｎ；Ｄｅｓｉｎ ｔｈｉｇｎｋｉｎｇ 浮选柱具有结构简单、高效节能、对微细粒浮选 优势明显且选别指标优越等特点，特别是近年来改 进了柱体和发泡器结构之后，浮选柱成为今后新型、 高效浮选设备发展的重要趋势之一－ｌ Ｊ。但是，浮选 柱的研究虽然已经有了突破性的进展，其结构和分 选效果仍有待完善和提高。笔者经过研究和分析， 提出了新型浮选柱的设计思路和形式。 １浮选柱的发展历史 卸料维修十分麻烦，此外为克服浮选柱中液体的水 力压头，使压缩空气通过底部发泡器弥散时的压力 损耗亦大。因而，曾一度阻碍了浮选桂的推广应用。 自８Ｏ年代后，在一些新的设计思路指导下，涌现出 多种新型高效的浮选柱－４ Ｊ，比较有代表性的有：美 国戴斯特（Ｄｅｉｓｔｅｒ）公司生产的Ｆｌｏｔａｉｒｅ浮选柱、英国 利兹大学研制的利兹浮选柱、美国的ＶＰＩ微泡浮选 柱、美国密西根（Ｍｉｃｈｉ．ｇａｎ）技术大学杨锦隆（Ｄ．Ｃ． Ｙａｎｇ）研制的ＭＴＵ型充填介质浮选柱（Ｐａｃｋｅｄ Ｆｌｏ－ ｔａｔｉｏｎ Ｃｏｌｕｍｎ）、原苏联研制的Ⅱ系列浮选柱、美国 犹他大学的米勒（Ｍｉｌｌｅｒ）发明的旋流充气式浮选柱 等。尽管上述浮选柱在气泡发生器、充气性能和运 浮选柱的设计思想源于１９１５年，后来为了克服 矿石在底部的沉积，安装了搅拌装置，逐渐演变为现 在的浮选机。在２Ｏ世纪６Ｏ年代，加拿大工程师 Ｂｏｕｔｔｉｎ申请了带泡沫冲洗水装置的浮选柱专利，其 后在前苏联和中国迅速掀起了浮选柱研究和开发应 行稳定性上均有了较大的进展，但在第二次热潮中 用的热潮 Ｊ。但在７Ｏ年代并未得到推广和应 用 ，原因是早期研制的浮选柱均为内部发泡器 最有代表性的当数１９８７年澳大利亚詹姆森（Ｇ．Ｊ． Ｊａｍｅｓｏｎ）教授发明设计的詹姆森浮选柱，可以说该 型，结构不合理，应用后经常发生结垢、堵塞（尤其 用于碱性矿浆时）、脱落、破裂、充气不均匀等现象， 导致浮选柱不能正常运行。早期研究应用的浮选柱 浮选柱是浮选柱研究４０ａ来的分水岭，柱体高度仅 为相同处理量同直径传统浮选柱的１／４，而在结构、 给矿方式和分选机理上有了全新的突破，解决了因 柱高所带来的一系列问题。现在，人们对浮选柱的 设计安装、操作和控制日趋成熟，也使浮选柱的应用 领域不断扩大。国际上有许多从事浮选柱设计、安 均为高柱，工业上应用的浮选柱高度一般都在１０ｍ 以上，入料、精矿和尾矿排放位置相隔太远，给浮选 柱的操作管理带来许多不便。且设备发生故障时， 装和调试的大公司，如加拿大浮选柱公司、Ｃｏｍｉｎｃｏ 杨琳琳（１９７９一），女，博士研究生，６５００９３云南省昆明市。 文书明（１９６２一），男，教授，博士生导师。 ４ 工程服务有限公司、美国Ｄｅｉｓｔｅｒ选矿设备有限公司 等。美国近年推出的以浮选柱为中心，配有多种检 维普资讯 http://www.cqvip.com 杨琳琳程坤等：浮选柱的研究现状及其进展 ２００８年１月第１期 测、控制装置的浮选系统代表了浮选设备的发展趋 势 。 ２浮选柱研究和应用的新进展 ２．３几种新型浮选柱 ２．３．１可换充气器浮选柱 该浮选柱由李明鑫研制［１ ，有两套互为备用的 充气器。充气器可随压力的变化进、出带有活动盖 ２．１詹姆森浮选柱 詹姆森浮选柱自发明后，在选煤厂和选矿厂中 都得到了广泛的应用。詹姆森浮选柱从１９９０年初 开始在芒特・艾萨、希尔顿、田纳特湾（Ｔｅｎｎａｎｔ Ｃｒｅｅｋ）矿山和纽兰德煤矿应用至今。近年来在詹姆 板的过渡室，使其脱离矿浆而不结垢，因此能在不停 产的情况下维修更换，操作简单、易维护。 ２．３．２多产品浮选柱 多产品浮选柱的设计最早由俄罗斯ＩＯＴＩ＂研究 森浮选柱的基础上，研究和发展了几种高效浮选柱， 如射流式浮选柱和旋流式浮选柱等。 （Ｉ）射流式浮选柱。射流式浮选柱是姜志伟博 士根据自由射流浮选原理研制开发出的一种新型浮 选设备 。卢世杰根据射流理论提出了一种新型 的、向下顺流喷射型浮选柱——ＫＹｚ型浮选柱 Ｊ， 就其两相流情况在试验装置上进行了动力学测试。 俄罗斯莫斯科国立大学的Ｎ・Ｆ・米切利科夫（Ｎ． Ｆ．Ｍｅｓｅｈｅｒｉａｋｏｖ）等研究出了一种带有喷射充气器的 浮选柱，该型浮选柱对较大颗粒的矿物有较好的浮 选效果 。 （２）旋流式浮选柱。中国矿业大学近年来围绕 旋流式浮选柱，开展了大量卓有成效的研究工作，旋 流微泡浮选柱就是由该校的欧泽深教授提出并获得 专利的 。该型浮选柱主要是用于浮选煤等非金 属矿。近来已经开始向处理金属矿的方向发展。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，节能；在柱内加入了稳流板， 有利于提高尾矿灰分和降低柱体高度。王永田等研 究了旋流微泡浮选柱在细粒煤泥分选中的应用 Ｊ。 高敏等论述了旋流微泡浮选柱的研制及其应用 Ｊ， 利用其对利国铁矿铜、钴分离作业进行了半工业试 验，试验结果表明，在同样的分选条件下，不仅确保 了铜的品位和回收率，而且使钴精矿的品位和回收 率大幅度提高，具有较好的经济效益。 ２．２充填式浮选柱 １９８５年，美国的杨锦隆教授发明了充填式浮选 柱【ｌ 。该浮选柱除具有传统浮选柱的优点外，还克 服了传统浮选柱气泡易兼并，易产生强烈紊流形成 翻花等流态问题，并取消了易结垢堵塞的气泡发生 器。在柱内装填了多层波形介质以构成许多有规则 的迂回曲折通道¨ ，从下部进入的压缩空气经过通 道时形成均匀气泡并携带疏水性矿物颗粒上浮。近 几年，对充填式浮选柱进行研究和改进应用的实例 很多 ］。 所的Ｒｕｂｉｎｓｅｉｎ提出¨ ，后来出现了三产品的３ＰＣ 浮选柱。３ＰＣ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，泡沫回落物被选择性 地分离出来后，避免了颗粒的再循环，不致发生常规 浮选柱中污染精矿的现象，并且３ＰＣ浮选柱中矿浆 密度、黏度、滞留固体成份保持恒定，可精确地截取 精矿。 ２．３．３机械搅拌浮选柱 普通浮选柱浮选粗粒矿物的能力较低，为改善 粗粒浮选效果，在浮选柱中加入了机械搅拌机构， Ｌｅｅｄｓ浮选柱就是下部充气式的具有Ａｇｉｔａｉｒ型叶轮 机构的浮选柱【１ 。 ２．３．４稳流板浮选柱 密西根技术大学针对轴向混合和泡沫兼并问 题，研制了带有水平稳流板的浮选柱，使问题得到了 较好的解决，水平稳流板由一些简单带孔的板组 成 。 此外，美国西弗吉尼亚大学的Ｍｅｌｏｙ等提出了 二维浮选柱¨引，其柱体内部由充填物分成若干个小 槽，因此可以产出一组品位连续变化的产品，类似于 摇床。 ２．３．５电控浮选柱 （Ｉ）电位浮选柱 引。中南大学的欧乐明等 设计制作了实验室型电位浮选柱，并对电位调 控浮选柱电化学原理、电极结构与分选性能的关系 进行了研究，得到了描述外控电位浮选设备性能的 电流效率公式。 （２）电解浮选柱。印度研制的电解浮选柱是在 其底部安装电极，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。 ２．３．６加拿大ＣＰＴ浮选柱 加拿大工艺技术公司主要设计、制造和供应特 殊浮选设备（如浮选柱）以及气体喷射分散系统。 到目前为止，该公司在世界范围内已销售３００多台 浮选柱和上千套气体分散系统。ＣＰＴ浮选柱的核心 就是其空气分散系统，共有四种类型，其中最新的是 ５ 维普资讯 http://www.cqvip.com
总第４６５期 矿业快报 ２００８年１月第１期 ＳｌａｍＪｅｔ分散器。设计的Ｑｕｉｃｋ Ｌｉｆｔ冲洗水系统，可 根据情况方便快捷地对冲洗水进行调节。 ２．４ 浮选柱按比例放大数学模拟及自动控制进展 按比例放大与模拟等曾是长期困扰浮选柱工业 化推广应用的难题 ¨，近年来的研究取得了一系列 的成果。应用较多的还是Ｄｏｂｂｙ和Ｆｉｎｃｈ的计算方 法，将化学反应器理论中的Ｌｅｖｅｎｓｐｉｅｌ＇ｓ轴向扩散模 型引入浮选柱，把整个浮选柱内分成捕集区和精选 区两部分，分别计算两区的混合状态和动力学问题， 然后再把两区的模型结合成整个浮选区的模型，并 以此为据提出了按比例放大的数学模型。 Ｌｕｔｔｒｅｌｌ等认为¨ ，可靠的浮选柱按比例放大的 过程，必须要注意浮选柱的几何结构、气泡发生系统 和泡沫冲洗系统３个重要的方面。Ｙｏｏｎ等 研究 了浮选速率常数与浮选柱操作变量的关系，提出了 放大的方法。我国学者李定或等将扩散传质与浮选 动力系起来，建立了充填介质浮选柱的数学模 型。苟志远等 研究了新型低高度浮选柱的数学 模型及按比例放大。智利的Ｌ・Ｇ・伯格等 人应 用模糊逻辑对浮选柱中的分布式基本控制系统的管 理进行了研究。ＬＧ・贝尔等 通过动力学模拟， 对浮选柱的动力学进行了试验研究。 ３浮选柱的发展趋势 由以上几种新型浮选柱的出现可以看出，虽然 浮选柱的结构和形式有不同方面的进展，但总体来 说表现在如下几个方面 。 （１）气泡发生器方面。基本上都由２０世纪６０ ～７０年代易堵塞的内置式的气泡发生器发展为外 置式。当然也有经改进比较先进的内置式 Ｊ。而 且其发泡方式更多，更为先进、合理。有旋涡气泡发 生器（ＴＵＲＢＯ ＡＩＲ）［１９／、文丘里管气泡发生器、在线 混合器、高效气动液压型充气器、美国的Ｆｌｏｔａｉｒｅ型 气泡发生器、加拿大的ＣＥＳＬ型 气泡发生器、超 声波气溶发泡器和空气喷射式气泡发生器等。 （２）充填介质方面。近年来，出现了多种类型 的充填介质和介质床层，解决了充填介质在碱性矿 浆中易堵塞的问题，改善了柱内矿浆流态的稳定性 以及气泡分散的均匀性等。 （３）柱体高度方面。已由原来的十几米降至几 米，大型浮选柱的高径比逐渐减小，即使大型化的浮 选柱的高度也基本上都在１０ｍ以下。 （４）矿浆在浮选柱内浮选的时间越来越短；数 学模拟与按比例放大方面开展的研究越来越深入； 自动控制的程度越来越高；向着大型化、系列化方向 ６ 发展；给矿和排矿方式有了较大改进。 ４新型浮选柱的提出 ４．１现行浮选柱的缺点 根据浮选柱中气泡与颗粒作用的理论和柱浮选 方程，高效浮选柱要求在较大的表观充气速率下产 生微小气泡，而现行大多数浮选柱的共同缺点是要 产生小气泡时，必须采用低的表观充气速率和比较 小的处理量。因为气泡大小、表观充气速率、给料速 率三者互有关联，存在极限值 。这个问题一直困 扰着高效浮选柱的研制。 ４．２新型浮选柱的设计思路 ４．２．１浮选柱的设计要求 从气泡与颗粒相互作用的观点出发，提高浮选 柱浮选效率的途径有：①提供足够的碰撞机率，减少 气泡直径，适当增加浮选柱高度，增加气泡与颗粒相 对速度；②增大气泡与颗粒的接触时间及其停留时 间；③创造良好的气泡一颗粒结合体浮升及排出环 境。 研究与开发的浮选柱，尽量产生细小、均匀、足 量的气泡，并创造良好的有利于气泡与矿物颗粒碰 撞的动态环境和其后有利于气泡．颗粒结合体浮升 的相对平稳的环境，提高单位截面积的处理能力，增 强对不同物料和粒度适应性。高效矿化，静态浮升 是浮选柱研制和设计的中心任务，也是浮选柱技术 发展的空间。 浮选柱设计将可靠性及工作效率放在第一位， 力求结构简单，易于放大和自动控制。浮选柱发泡 器优化配置、浮选柱结构参数的调整和柱浮选操作 参数的优化，通过充气性能研究和柱浮选试验完成。 ４．２．２新型环形浮选柱的结构形式及优点 基于以上条件和要求，设计了新型环形浮选柱。 该浮选柱是采用多段管、多段相互的发泡器的 形式。在结构上每段和发泡器都是相互的，便 于更换和维护。在选别不同粒级、不同性质的矿物 的时候，可以根据矿物的性质来随意增加或缩短浮 选柱的实际分选高度。由于每段管设计为同等高 度，所以在精矿的排出方式上采用的是刮板刮出的 形式。在每段精矿给人下段精矿之前都有冲洗水， 因此该浮选柱装有多次冲洗水的装置。该浮选柱的 整体高度为１．５ｍ左右，便于操作。当然，为了增加 颗粒和气泡的相对速度，增加碰撞机率，该浮选柱采 用逆流方式。新型环形浮选柱在结构以及分选效果 上有如下优势。 ’（１）可以在提高浮选柱总的表观充气速率的同 维普资讯 http://www.cqvip.com 杨琳琳程坤等：浮选柱的研究现状及其进展 ２００８年１月第ｌ期 时，不增大单个发泡器的表观充气速率，从而在不增 气式浮选柱．ｘｘＩ ＩＭＰＣ，Ｂ８ａ，１３１． 大气泡直径的前提下，增加了气泡数目。 ［８］ 王永田等．旋流微泡浮选柱在细粒煤泥分选中的应用，第四届 （２）可以使气泡输送某些疏水颗粒大颗粒因输 全国青年选矿学术会议论文集［Ｃ］．昆明：１９９６，云南科技出版 社：１２５． 送路程长而脱落的现象，增加了浮选柱对物料粒级 ［９］ 高敏等．旋流微泡浮选柱的研制度应用［Ｊ］．金属矿山，１９９８ 的适应性，拓展了处理物料的浮选粒度范围。 （８）：２３． （３）可以使某些没有被气泡负载的疏水颗粒与 ［１Ｏ］ 张文军．旋流微泡浮选柱中的旋流离心力场强化分选［Ｊ］．矿 气泡进行多次逆流接触，增加了气泡与颗粒碰撞的 业研究与开发２ｏｏｏ（１２）：２３． 机率。 ［１１］ 陈泉源等．浮选柱的研究与应用［Ｊ］．矿冶工程，２０００（９）：１． ［１２］王化军等．充填浮选柱和外部发泡器的发展［Ｊ］．金属矿山， （４）使夹杂的微细矿粒在紊流状态和多次冲洗 １９９６（２）：２４． 水的情况下，与气泡进行多次碰撞，多次选择，减少 ［１３］任慧等．充填浮选柱正一反浮选胶磷矿工艺研究［Ｊ］．化工 了夹带。 矿物与加工，２ｏｏ１（２）：１， （５）在大幅降低浮选柱绝对高度的情况下，增 ［１４］ 苏成德等．充填式浮选柱浮选赤铁矿的研究［Ｊ］．国外金属矿 加了浮选柱的实际分选高度和有效区域。并且浮选 选矿，１９９６（４）：３０． 柱的处理能力得到了大幅的提高。 ［１５］ 浮选柱浮选矿物颗粒的改善［Ｊ］．国外选矿快报，１９９７（２１）： １． （６）多段管和多段发泡器的形式，易于更换和 ［１６］今井哲男．浮选柱技术的进展［Ｊ］．国外金属矿选矿，２０００ 维护。 （８）：】７． （７）浮选柱只有１．５ｍ高，方便操作和维修。 ［１７］Ｅ．Ｃ．Ｄｏｗｌｉｎｇ，ｅｌ ａ１．用浮选柱反浮选铁矿石的研究［Ｊ］．ＸＸ１ ＩＭＰＣ，Ｂ８ａ，１６３． 参考文献： ［１８］ 黄云峰，浮选柱的现状与发展．第四届全国青年选矿学术会 ［１］ 刘殿文等．浮选柱研究及其应用新进展［Ｊ］．国外金属矿选矿， 议论文集［ｃ］・昆明： ９９６，云南科技出版社： ２００２．（６）：１４． 【１９ Ｊ 欧乐明・铜钼混合精矿浮选分离矿浆电化学及电位浮选 ［２］ 李丢怀．浮选柱的研究和应用［Ｊ］．科技情报开发与经济， 柱研究［Ｄ］・中南大学博士 文ｒ９９８・ ２ｏｏ４，（１Ｏ），第１４卷：３４６． ［２Ｏ］德兴铜矿大山选矿厂－浮选柱操作维护手册［Ｇ１・２ｏｏ２・． ．． ［３１朱友益等．浮选柱技术的研究现状及发展趋势［Ｊ］．冶金矿山 ［２１１ 苟志远等・新型低高度浮选柱数学模型及按比例放大［Ｊ］・有 设计与建设，１９９６，（４）：３． 色金属（季刊），１９９６（８）：２６・ Ｃａ１ 陶长林．詹姆森浮选柱——浮选柱工艺的一大技术突破［Ｊ１． ［２２］Ｌ’Ｇ＿伯格等＿浮选柱的模糊管理控制［Ｊ］・国外选矿快报， 中国矿业．１９９５．１．４（１）．４３， １９９９（１５）’ ［５１ 何绪文等．浮选柱在细粒煤分选中的发展与应用［Ｊ］．国外金 ［２３１ ＩＪ＿Ｇ＿贝尔等・浮选柱的动力学实验与研究［Ｊ１＿国外金属矿选 属矿选矿 ，１９９６ ．（７）：１２． 矿，１９９７（１２）：Ｉ７。［６］卢世杰．ＫＹｚ型浮选柱机理研究［Ｊ］．有色金属（选矿部分）， ［２４１陈泉源＿实验室规模高气泡表面积通量浮选柱的原理、研制 ２００２（１）：２１． 及应用【Ｄｉ・中南大学博士论又， ｏｏ ， ： ＿ ［７］ Ｎ．Ｆ．Ｍ。８ｃｈ。ｄ８ｋ。 ，ｅｔ ８１．轴向叶轮深槽机械浮选机和射流充 （收稿日期２００７－０７—１０） ・信息平台・ 成为全球最大钠硝石矿富集区之一 ２００７年，维吾尔自治区地矿局在东天山地 化合物。２００７年，维吾尔自治区地矿局第一地 区新发现并初步评价大中型钠硝石矿５处，探求资 质大队两支分队分别对哈密市大南湖、北山一带钠 源量７ ０９０万ｔ，加上２００６年在鄯善县库木塔格钠 硝石矿和鄯善县小草湖、红星戈壁一带钠硝石资源 硝石矿探求的资源量１．８４亿ｔ，目前，在东疆地 开展了预查工作，在东天山地区初步评价了西戈壁、 区共获得钠硝石矿资源量２．５亿ｔ，与世界最大的钠 了墩南、北山、红星戈壁和小草湖南等大中型钠硝石 硝石矿主产地智利的资源量持平。已成为全球 矿，目前，该项工作已进入室内的资料整理和综合研 最大的钠硝石矿富集区之一。 究阶段。 钠硝石可用于制造氮肥、、炸药和其他氮素 ７
