维普资讯 http://www.cqvip.com １４ 国 外 金 属 矿 选 矿 ２００２．６ 浮选柱研究及其应用新进展 刘殿文 张文彬一 （昆明理工大学国土资源工程学院 昆明 ６５００９３） 摘 要 本文简要回顾了浮选柱发展的历史，对浮选柱近几年来的研究和应用的新进展进行了较全面、系统的论述，并对今后浮 选柱发展的趋势进行了预测。 关键词 浮选柱詹姆森浮选柱 充填式浮选柱射流式浮选柱 旋流微泡浮选柱 前 言 （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、充气性能和运行稳定性上均有 由于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，其优势逐步 得到人们的重新认识。应该说现在已掀起第三次浮 选柱研究和应用的热潮，成为今后新型、高效浮选设 了较大的进展，但在第二次热潮中最有代表性的，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，可以说该浮选柱是浮选柱研 究４０年来的分水岭，它不仅柱体高度下降很大，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。 备发展的重要趋势之一。本文拟对浮选柱的研发历 史作简要回顾，并对近几年来浮选柱的新进展做较 详细的论述。 １ 浮选柱发展的历史 从世界范围来看，尽管人们对浮选柱的研究从 未间断，但归结起来，从浮选柱发明至今出现过两次 大的研究和应用的热潮。第一次热潮出现在加拿大 人皮埃尔・布廷（Ｐｉｅｒｒｅ Ｂｕｔｉｎ）于１９６１年发明浮选柱 ２ 近年来浮选柱研究和应用的新进展 自２０世纪８０年代以来，浮选柱的发展出现了 方兴未艾的局面。新的进展总体来说表现在如下八 个大方面： （１）气泡发生器方面。基本上都由２０世纪６０ ～后ｌ１ Ｊ，很快传人中国、美国、前苏联和澳大利亚等国 家。但到２０世纪７０年代后，进入了低潮，主要原因 是当时浮选柱的气泡发生器易堵塞、脱落和破裂，充 气不均，流态不稳定，停机必须排出机内滞留矿浆以 及缺乏按比例放大的正确方法；第二次热潮出现在 ２０世纪８０年代以后，涌现出多种新型高效的浮选 柱，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— 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） Ｊ、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 Ｊ、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； ｇａｎ）技术大学杨锦隆（Ｄ．Ｃ．Ｙａｎｇ）研制的ＭＴＵ型 充填介质浮选柱（Ｐａｃｋｅｄ Ｆｌｏｔａｔｉｏｎ Ｃｏｌｕｍｎ）、原苏联 研制的 兀系列浮选柱、美国犹他大学的米勒 ＊博士生，男，２８岁 ＊＊博士生导师，教授 （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十米以下； （４）矿浆在浮选柱内浮选的时间越来越短； 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００２．６ 国 外 金 属 矿 选 矿 １５ （５）数学模拟与按比例放大方面开展的研究越 来越深入； （６）自动控制的程度越来越高； （７）向着大型化、系列化方向发展； （８）在给矿和排矿方式上也有了较大改进。 。近几年出现了多种新型高效的浮选柱，但大多 都是在詹姆森浮选柱的基础上进行研究和改进而来 的，比如说射流式浮选柱和旋流式浮选柱等。 ２．１詹姆森浮选柱研究应用新进展 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。澳大利亚昆士兰州纽兰兹 （Ｎｅｗ—ｌａｎｄｓ）选煤厂是第一家使用詹姆森浮选柱的 选煤厂…１。密西根技术大学的Ｅ．Ｃ．Ｄｏｗｌｉｎｇ等 Ｊ 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ｌ６， 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。低高 度浮选柱是根据詹姆森浮选柱研制成功的一种新型 浮选设备ｌ８ Ｊ，与常规浮选柱相比具有浮选速度快， 选别指标好和处理能力大等特点。苟志远等ｌ９ Ｊ对 低高度浮选柱的几个重要的参数进行了试验研究。 何绪文等ｌ１ ０ｊ利用充填式浮选柱、旋流微泡浮选柱和 射流浮选柱分别对细粒煤的分选进行了研究。 ２．１．１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ｌ１ 。卢世 杰ｌ１ｌｊ根据射流理论提出了一种新型的向下顺流喷 射型浮选柱一ＫＹＺ型浮选柱，还就其两相流情况在 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．Ｍｅｓｃｈｅｒｉａｋｏｖ）等ｌ１ Ｊ 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，已推广应 用于一３＋Ｏ．８ ｍｍ粒级钾盐和一２＋Ｏ．５ ｍｍ粒级金 刚石的浮选，并取得了单位生产效率比其它任何型 号浮选机都高出数倍的较好的技术指标。 ２．１．２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ｌ１ ，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， 大量节能；还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［１３ Ｊ研究了旋流微 泡浮选柱在细粒煤泥分选中的应用。 高敏等ｌ１ ］论述了旋流微泡浮选柱的研制及其 应用，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。 张文军等ｌ１ ］对旋流微泡浮选柱中的旋流力场 对分选效果的强化作用进行了研究。得出的结论认 为旋流微泡浮选柱引入离心力场后，浮、重选结合， 提高了颗粒惯性碰撞的速度、降低了惯性碰撞颗粒 粒度的下限、缩短了浮选感应时间、提高了黏附概率 和加快了浮选速度。 ２．２充填式浮选柱研究及应用新进展 １９８５年，美国的杨锦隆教授发明了充填式浮选 柱ｌ１ 。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。它是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［１７ Ｊ，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。 王化军等ｌ１８Ｊ对充填式浮选柱的外部发生器进 行了改进，先是用亲水性的材料作充填介质床层，且 床层在柱中具有一定的可动性，解决了更换、维修的 困难，克服了堵塞的潜在危险；后来又用沿柱高一定 距离的若干筛网（筛孔４ ｍｍ）取代了填充介质床层， 辅之以外部发泡系统，解决了柱体有效容积过小和 捕收区混合带来的不利影响。它是一种融压力溶解 和机械诱导原理为一体的外部发泡系统。 李冬莲等ｌ１ ６ｊ运用二维床和照相相结合的方法， 对充填式浮选柱的充气性能进行了研究，得出影响 气泡分散状态的最为强烈的三个因素是：波纹填料 尺寸、起泡剂浓度和充气速率，并得出了操作条件如 何影响柱内气泡大小和分散状态的经验模型。 任慧等【１９ ３用充填式浮选柱对胶磷矿的正一反 浮选工艺进行了研究，提出了串联操作的正一反浮 选流程，为生产放大提供了理论依据；苏成德等｛２ｏ］ 利用充填式浮选柱对赤铁矿进行了浮选研究。 维普资讯 http://www.cqvip.com ｌ６ 国 外 金 属 矿 选 矿 ２００２．６ ２．３几种新型浮选柱 ２．３．１新型不停产可换充气器浮选柱 该浮选柱由李明鑫研制 Ｊ。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 板的过渡室，使其脱离矿浆而不结垢，因此能在不停 产的情况下更叠使用或者更换，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ＩＯＴＴ研究 所的Ｒｕｂｉｎｓｅｉｎ提出（２１ Ｊ，后来出现了三产品浮选柱 一３ＰＣ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 Ｊ。 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孑Ｌ的板组 成 ５ｌ。 此外，美国西弗吉尼亚大学的Ｍｅｌｏｙ等提出了 二维浮选柱 Ｊ，它的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。还有多段浮选柱等。 ２．４浮选柱数学模拟、按比例放大以及自动控制新 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 Ｊ，为解决这一难题，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，他们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 和泡沫冲洗系统三个重要的方面。Ｙｏｏｎ等Ｈ川研究 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｜１’ 将扩散传质与 浮选动力学联系起来，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。ｓ・Ｂ・列昂诺夫等 给出 了分选细粒的浮选柱的数学模型，并给出了实验室 及工业试验的模拟结果。 智利的Ｌ・Ｇ・伯格等人｜２ Ｊ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。Ｌ ・Ｇ・贝尔等ｌ２ Ｊ通过动力学模拟，对浮选柱的动力学 进行了试验研究；美国的Ｍ・Ｔ・伊特扬库布尔等 通过研究由计算机控制的０．０７６ １ＴＩ×３．５ ｎｌ的小型 浮选柱浮选一１００目Ｌｏｗｅｒ Ｋｉｔｔａｎｉｎｇ煤矿的精煤， 得出了小型浮选柱的承载能力等参数。 ２．５浮选柱在其他方面的新研究和应用 Ｊ・Ｂ・依安纳托斯等 用放射性示踪气体氪一 ８５，通过脉冲响应法试验研究了浮诜柱内气相停留 时间的分布特性。朱友益等ｌＬ２ ８Ｊ给出了一种利用光 电原理测试浮选柱中气泡尺寸及含气率的方法。Ｂ ・Ｊ・赫尔斯等 研究了使用浮选柱的一些限制因 素。 浮选柱近年来应用的领域在不断扩大，报道较 多的是用浮选柱反浮选脱除铁球团矿中的二氧化 硅ｌＬ３ｌ】－ 和用浮选柱浮选重晶石及萤石 。 ；用浮选 柱从砷黄铁矿中浮选出黄铁矿精矿 引，进而富集其 中的砷；也有的用浮选柱除去铜堆浸一萃取贵液中 的有机物；回收废水和土壤中的重金属离子；从炼油 厂的排水中回收油份；废纸脱墨以及Ｕ—Ｍｏ离子 浮选等。 ３ 结 论 （１）浮选柱是一种非常有发展前途的选别设备， 我国的研究有一定特色，但应用不够广泛，应该加强 和加速浮选柱的研究和应用，特别应加强浮选柱在 选别有色金属矿物中的应用研究，因为目前我国对 浮选柱的研究主要是用于选煤。 （２）实践证明对于微细粒级的难选矿物，用浮选 柱进行选别的优势非常大；对于脱除二氧化硅的某 些作业，也可以考虑使用浮选柱的反浮选；同时也应 加强浮选柱对不同物料的适应性的研究。 （３）新型气泡发生器的研究仍然是浮选柱研究 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００２．６ 国 外 金 属 矿 选 矿 届全国青年选矿学术会议论文集．＜第四届青年选矿学术会议） 筹委会编，昆明，１９９６，云南科技出版社：１２５～１２８ 的热点；综合力场（包括离心力场、磁场和电场）浮选 柱的研究将成为浮选柱研究的新热点。 （４）浮选柱正向着大型化、系列化的方向发展， １４高 敏，等．旋流微泡浮选柱的研制及应用．金属矿山，１９９８ （８）：２３～２４，３１ 其高径比有越降越低的趋势，但对于浮选柱高度与 矿物颗粒大小的关系等的研究还应继续深入。 （５）加强对浮选柱数学模型、放大模拟和方法以 及自动控制的研究。 １５张文军．旋流微泡浮选柱中的旋流离心力场强化分选，矿业研 究与开发２０００（１２）：２３～２５ １６李冬莲，等．充填式浮选柱充气性能研究．中国矿业，１９９９（３）： ５８～６１ 此外，浮选柱内流体的流态比较复杂，对选别效 果的影响较大，也应对其进行深入研究。 参考文献 １ 陶长林．詹姆森浮选柱一浮选柱工艺的一大技术突破．中国矿 业，１９９５，Ｖｏ１．４（１）：４３～４８ １７陈泉源，等．浮选柱的研究与应用．矿冶工程，２０００（９）：１～５ １８王化军，等．充填浮选柱和外部发泡器的发展．金属矿山，１９９６ （２）：２４～２６ １９任慧，等．充填浮选柱正一反浮选胶磷矿工艺研究．化工矿 物与加工，２００１（２）：１～３，２８ ２０苏成德，等．充填式浮选柱浮选赤铁矿的研究．国外金属矿选 矿，１９９６（４）：３０～３４ ２李明鑫，新型不停产可换充气器浮选柱．有色金属（选矿部分）， １９９６，（６）：２０～２５ ２１ 浮选柱浮选矿物颗粒的改善．国外选矿快报，１９９７（２１）：１～５ ２２苟志远，等．新型低高度浮选柱数学模型及按比例放大．有色 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ａ１．轴向叶轮深槽机械浮选机和射流充气 式浮选柱．ＸＸＩ ＩＭＰＣ，Ｂ８ａ，１３１～１３７ １３王永田，等．旋流微泡浮选柱在细粒煤泥分选中的应用．第四 ３３ Ｐ．Ｍａｖｒｏｓ，ｅｔ ａ１．Ｍｉｎｅｒａｌｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９９３（１２）：１２６５～１２７７ （０２０６０２） （上接第３４页） 因此，我们得出如下的结论： １）用ＯＰＯＫＯＨ—Ｍ３０型离心选矿机对原浮选 ２）用ＯＰＯＫＯＨ—Ｍ３０型离心选矿机处理吸附 尾矿或选矿厂尾矿，以便再回收金却是不合适的，因 为在精矿流槽容积较小和富集比不太高时，从这些 尾矿中所回收金的价值并不太高，在这种情况下未 必都能补偿为运转这套设备所支付的生产费用。 （张兴仁；肖力子） （０２０６０６１ 精矿所进行的试验获得了肯定的结果，即重选金很 好地被回收（超过２０％）到精矿和成品中；在湿法冶 金过程中也取得了良好的效果，金在氰化浸出固体 尾矿中的损失量降低。因此，这类设备可推荐在湿 法冶金过程前用于从原浮选精矿中回收金。