分离工程 资源循环科学与工程(下)
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分离工程
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第四章 浮选
Байду номын сангаас4.1 概述
4.1.1 浮选的历史由来
浮选（flotation），是广泛用于矿物富集或回收的一种物理化学分离过程。它是泡沫分 离技术的一种应用形式，即是利用矿物颗粒表面理化性质的差异，通过添加浮选药剂来扩大 物料间润湿性的差别，在固-液-气界面上选择性地富集一种或几种物料，从而达到有用物料 与废弃物料的分离。
浮选的另一重要用途是用于处理细粒及微细粒物料，用其他选矿方法难以回收小于 10μm 的微细矿粒，也能用浮选法处理。一些专门处理极细粒的浮选技术，可回收的粒度下 限更低，超细浮选和离子浮选技术能回收从胶体颗粒到呈分子、离子状态的各类物质。
浮选还可选别火法冶金的中间产品，挥发物及炉渣中的有用成分，处理湿法冶金浸出渣 和置换的沉淀产物，用于污水治理、水的净化、从油砂中回收沥青、煤的脱硫等多种物质浓 集的场合。
4.2 矿物浮选分离基本原理
4.2.1 泡沫分离原理
浮选是泡沫分离的一种具体的应用。泡沫分离是利用泡沫表面的选择性吸附；一般是通
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过向液相鼓泡，使其中所含的表面活性物质富集于气液界面，气泡在溶液中上浮并携带气泡 周围的薄膜液层一起移动，上升到溶液表面后，聚集形成泡沫层；通过抽出泡沫层，实现与 溶液相主体的分离，就能在泡沫液中获得浓缩的表面活性物质，液相主体也得到净化。浓缩 对象既可以是表面活性物质，又可以是能与表面活性物质结合的任何溶质，如金属阳离子、 阴离子、蛋白质、酶以及染料等，还可以是矿石粒子以及沉淀微粒等。基于其分离对象是真 溶液还是带有固体粒子的悬浮液、胶体液，泡沫分离过程分成狭义上的泡沫分离和泡沫浮选 两类，如图 4.1。
泡沫分离
泡沫分离法
泡沫浮选法
矿物浮选 粗粒子浮选 细离子浮选 沉淀浮选 离子浮选 分子浮选 吸浮富集浮选
图 4.1 泡沫吸附分离技术的分类
(1) 泡沫分离法 真溶液中要分离的溶质，可以是如洗涤剂等表面活性物质，也可以是没有表面活性的
物质如金属离子、阴离子、染料及药剂物等。但这些溶质能与某一类型表面活性剂络合或螯 合，从而被选择性富集于气泡表面。通过在塔设备底部鼓泡，该溶质可被选择性地吸附于上 升运动的气泡的表面，被气泡带出，在溶液主体上方形成泡沫层。对排出的泡沫消泡，即可 得富集了溶质的泡沫液。
在矿物加工和资源循环回收中，浮选是目前应用最广泛的一种富集手段，在各种物理分 离方法中最为常用。 在矿物的各种物理选别方法中，用浮选来操作的矿物的总吨量最大， 全世界年均浮选处理的矿石量以 10 亿吨计。有些浮选工厂日处理矿石量多达 200，000 吨[1-6]。
4.1.2 浮选的应用
浮选技术可以广泛用于多种成分和粒度范围的矿物的选别，具有很强的通用性和高选 择性。浮选已用于各种硫化物矿（方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、辉铜矿、辉钼矿、镍黄铁矿）、 含铁、钛、锂、钨、铅、铜、钼、锡等金属的矿石、贵金属矿物以及稀土金属矿物、铀矿等 氧化矿物的选别，辉石石墨、硫黄、金刚石、石英、云母、长石等非金属矿物和硅酸盐矿物 及萤石、磷灰石、重晶石等非金属盐类矿物和钾盐、岩盐等可溶性盐类矿物的选别，等等。 浮选的生产指标和设备效率均较高，选别硫化矿石回收率在 90%以上，精矿品位可接近纯 矿物的理论品位。用浮选处理多金属共生矿物，如从铜、铅、锌等多金属矿矿石中可分离出 铜、铅、锌和硫铁矿等多种精矿，且能得到很高的选别指标。
③ 离子浮选和分子浮选 用于分离非表面活性物质的离子或分子。一般采用加入浮选 捕集剂与待分离物形成沉淀物，再用泡沫吹出。
④ 沉淀浮选 加入某种反应剂可选择性地在溶液中沉淀一种或几种溶质，然后再把这些 沉淀浮选出来。
⑤ 吸附富集分离 将胶体粒子作为捕集剂置于溶液中，选择性地吸附所需分离的溶质， 再用浮选的方法除去。
① 矿物浮选 主要用于矿石与脉石粒子的分离，自然界中矿物大多数都以硫化物形式 存在着，加以捕集剂可使矿石具有疏水性，可使矿物通过浮选富集。
② 粗粒浮选和细粒浮选 常用于共生矿中单质分离。粗粒浮选的粒子直径大致在 1— 10mm 内，疏水性粒子在泡沫层或亲水性粒子在鼓泡槽底部得以富集；细粒浮选的粒子直径 1μm～1mm，处理对象为胶体、高分子物质、矿物液。
在工业文明时代之前，已经有了选矿的实践。古代中国人利用矿物表面的天然疏水性 来净化朱砂、滑石等矿质药物，使矿物细粉飘浮于水面，而与下沉的脉石分开。古代欧洲人 利用油和沥青选择性收集矿物。
18 世纪时，人们已知道气体粘附固体粒子上升至水面的现象；19 世纪时人们就曾用气 化（煮沸矿浆）或加酸与碳酸盐矿物反应产生的气泡浮选石墨。
随着技术和应用需求的扩展，泡沫分离的应用领域和应用形态不断拓展。分离对象从矿 物浮选的富集，发展到从极低浓度稀溶液中回收贵金属、稀有金属或除去有毒物质等。
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4.2.2 矿物浮选的基本流程
矿物浮选基本原理如图 4.2 所示。原矿石经过粗碎、中碎和细碎等多级破碎和相应的分 级操作，得到符合浮选要求的矿粉颗粒后，加水调成矿浆的形式加入浮选设备中，矿浆中固 含量可达 40%左右。浮选机中通入或吸入空气进行鼓泡，并加入捕集剂等浮选药剂；通气 搅拌条件下，矿物或杂质优先在气泡界面上吸着而得到相对富集。浮选过程看似简单，但涉 及表面化学过程，具体机制是比较复杂的。
(2)泡沫浮选法 在磨细的矿浆中，加入捕收剂等化学药剂，利用目的矿物和脉石等杂质矿粒物理化学性
质的差异，使目的矿粒或杂质矿粒表面有疏水性；并通过在矿浆中加入适量的起泡剂，采用 空气鼓泡，从而使疏水性矿粒随泡沫浮出液面得以富集。它和泡沫分离的根本区别，在于浮 选法的最后产物都是固体颗粒。根据具体的分离对象，泡沫浮选的具体形式陆续扩展，目前 用于固体颗粒分离领域的应用形式包括：
19 世纪末，由于对金属的需求量不断增加，能用重选处理的粗粒铅、锌、铜硫化矿的 资源逐渐减少，在澳大利亚、美国及一些欧洲国家开始用浮选选别细粒矿石，为冶炼提供精 矿。初期应用薄膜浮选法及全油浮选法。
浮选在矿物选别种的大规模应用可以上溯到 20 世纪初。20 世纪初开始应用泡沫浮选法， 按矿粒对水中气泡亲和程度不同进行选别。1922 年用氰化物抑制闪锌矿和黄铁矿，发展了 优先浮选工艺；1925 年开始使用以黄药为代表的合成浮选药剂，药剂用量由全油浮选时为 矿石量的 1～10%降至矿石量的万分之几，使浮选得到了重大发展，并广泛应用于工业生产。
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第四章 浮选
Байду номын сангаас4.1 概述
4.1.1 浮选的历史由来
浮选（flotation），是广泛用于矿物富集或回收的一种物理化学分离过程。它是泡沫分 离技术的一种应用形式，即是利用矿物颗粒表面理化性质的差异，通过添加浮选药剂来扩大 物料间润湿性的差别，在固-液-气界面上选择性地富集一种或几种物料，从而达到有用物料 与废弃物料的分离。
浮选的另一重要用途是用于处理细粒及微细粒物料，用其他选矿方法难以回收小于 10μm 的微细矿粒，也能用浮选法处理。一些专门处理极细粒的浮选技术，可回收的粒度下 限更低，超细浮选和离子浮选技术能回收从胶体颗粒到呈分子、离子状态的各类物质。
浮选还可选别火法冶金的中间产品，挥发物及炉渣中的有用成分，处理湿法冶金浸出渣 和置换的沉淀产物，用于污水治理、水的净化、从油砂中回收沥青、煤的脱硫等多种物质浓 集的场合。
4.2 矿物浮选分离基本原理
4.2.1 泡沫分离原理
浮选是泡沫分离的一种具体的应用。泡沫分离是利用泡沫表面的选择性吸附；一般是通
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过向液相鼓泡，使其中所含的表面活性物质富集于气液界面，气泡在溶液中上浮并携带气泡 周围的薄膜液层一起移动，上升到溶液表面后，聚集形成泡沫层；通过抽出泡沫层，实现与 溶液相主体的分离，就能在泡沫液中获得浓缩的表面活性物质，液相主体也得到净化。浓缩 对象既可以是表面活性物质，又可以是能与表面活性物质结合的任何溶质，如金属阳离子、 阴离子、蛋白质、酶以及染料等，还可以是矿石粒子以及沉淀微粒等。基于其分离对象是真 溶液还是带有固体粒子的悬浮液、胶体液，泡沫分离过程分成狭义上的泡沫分离和泡沫浮选 两类，如图 4.1。
泡沫分离
泡沫分离法
泡沫浮选法
矿物浮选 粗粒子浮选 细离子浮选 沉淀浮选 离子浮选 分子浮选 吸浮富集浮选
图 4.1 泡沫吸附分离技术的分类
(1) 泡沫分离法 真溶液中要分离的溶质，可以是如洗涤剂等表面活性物质，也可以是没有表面活性的
物质如金属离子、阴离子、染料及药剂物等。但这些溶质能与某一类型表面活性剂络合或螯 合，从而被选择性富集于气泡表面。通过在塔设备底部鼓泡，该溶质可被选择性地吸附于上 升运动的气泡的表面，被气泡带出，在溶液主体上方形成泡沫层。对排出的泡沫消泡，即可 得富集了溶质的泡沫液。
在矿物加工和资源循环回收中，浮选是目前应用最广泛的一种富集手段，在各种物理分 离方法中最为常用。 在矿物的各种物理选别方法中，用浮选来操作的矿物的总吨量最大， 全世界年均浮选处理的矿石量以 10 亿吨计。有些浮选工厂日处理矿石量多达 200，000 吨[1-6]。
4.1.2 浮选的应用
浮选技术可以广泛用于多种成分和粒度范围的矿物的选别，具有很强的通用性和高选 择性。浮选已用于各种硫化物矿（方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、辉铜矿、辉钼矿、镍黄铁矿）、 含铁、钛、锂、钨、铅、铜、钼、锡等金属的矿石、贵金属矿物以及稀土金属矿物、铀矿等 氧化矿物的选别，辉石石墨、硫黄、金刚石、石英、云母、长石等非金属矿物和硅酸盐矿物 及萤石、磷灰石、重晶石等非金属盐类矿物和钾盐、岩盐等可溶性盐类矿物的选别，等等。 浮选的生产指标和设备效率均较高，选别硫化矿石回收率在 90%以上，精矿品位可接近纯 矿物的理论品位。用浮选处理多金属共生矿物，如从铜、铅、锌等多金属矿矿石中可分离出 铜、铅、锌和硫铁矿等多种精矿，且能得到很高的选别指标。
③ 离子浮选和分子浮选 用于分离非表面活性物质的离子或分子。一般采用加入浮选 捕集剂与待分离物形成沉淀物，再用泡沫吹出。
④ 沉淀浮选 加入某种反应剂可选择性地在溶液中沉淀一种或几种溶质，然后再把这些 沉淀浮选出来。
⑤ 吸附富集分离 将胶体粒子作为捕集剂置于溶液中，选择性地吸附所需分离的溶质， 再用浮选的方法除去。
① 矿物浮选 主要用于矿石与脉石粒子的分离，自然界中矿物大多数都以硫化物形式 存在着，加以捕集剂可使矿石具有疏水性，可使矿物通过浮选富集。
② 粗粒浮选和细粒浮选 常用于共生矿中单质分离。粗粒浮选的粒子直径大致在 1— 10mm 内，疏水性粒子在泡沫层或亲水性粒子在鼓泡槽底部得以富集；细粒浮选的粒子直径 1μm～1mm，处理对象为胶体、高分子物质、矿物液。
在工业文明时代之前，已经有了选矿的实践。古代中国人利用矿物表面的天然疏水性 来净化朱砂、滑石等矿质药物，使矿物细粉飘浮于水面，而与下沉的脉石分开。古代欧洲人 利用油和沥青选择性收集矿物。
18 世纪时，人们已知道气体粘附固体粒子上升至水面的现象；19 世纪时人们就曾用气 化（煮沸矿浆）或加酸与碳酸盐矿物反应产生的气泡浮选石墨。
随着技术和应用需求的扩展，泡沫分离的应用领域和应用形态不断拓展。分离对象从矿 物浮选的富集，发展到从极低浓度稀溶液中回收贵金属、稀有金属或除去有毒物质等。
分离工程
158
4.2.2 矿物浮选的基本流程
矿物浮选基本原理如图 4.2 所示。原矿石经过粗碎、中碎和细碎等多级破碎和相应的分 级操作，得到符合浮选要求的矿粉颗粒后，加水调成矿浆的形式加入浮选设备中，矿浆中固 含量可达 40%左右。浮选机中通入或吸入空气进行鼓泡，并加入捕集剂等浮选药剂；通气 搅拌条件下，矿物或杂质优先在气泡界面上吸着而得到相对富集。浮选过程看似简单，但涉 及表面化学过程，具体机制是比较复杂的。
(2)泡沫浮选法 在磨细的矿浆中，加入捕收剂等化学药剂，利用目的矿物和脉石等杂质矿粒物理化学性
质的差异，使目的矿粒或杂质矿粒表面有疏水性；并通过在矿浆中加入适量的起泡剂，采用 空气鼓泡，从而使疏水性矿粒随泡沫浮出液面得以富集。它和泡沫分离的根本区别，在于浮 选法的最后产物都是固体颗粒。根据具体的分离对象，泡沫浮选的具体形式陆续扩展，目前 用于固体颗粒分离领域的应用形式包括：
19 世纪末，由于对金属的需求量不断增加，能用重选处理的粗粒铅、锌、铜硫化矿的 资源逐渐减少，在澳大利亚、美国及一些欧洲国家开始用浮选选别细粒矿石，为冶炼提供精 矿。初期应用薄膜浮选法及全油浮选法。
浮选在矿物选别种的大规模应用可以上溯到 20 世纪初。20 世纪初开始应用泡沫浮选法， 按矿粒对水中气泡亲和程度不同进行选别。1922 年用氰化物抑制闪锌矿和黄铁矿，发展了 优先浮选工艺；1925 年开始使用以黄药为代表的合成浮选药剂，药剂用量由全油浮选时为 矿石量的 1～10%降至矿石量的万分之几，使浮选得到了重大发展，并广泛应用于工业生产。