絮凝浮选技术的研究进展[1]

应用在选矿、选煤、微生物分离、塑料循环处理、纸张
收稿日期：２０１０—０９—０２；修回日期：２０１０—１０—２９
责任编辑：张士莹
制剂使絮团进一步抑制，将分散相浮出。料浆中的悬
浮粒子或胶体都带有一定的电荷，当加入凝聚剂、絮凝 剂时，带相反电荷的粒子、胶体与凝聚剂、絮凝剂就会
作者简介：王侠（１９８５一），女，安徽宿州人，硕士研究生，主要从 事生物分离工程方面的研究。 通讯作者：刘俊果副教授，Ｅ・ｍａｉｌ：ｈａｐｐｙｌｉｕｌ９９７＠ｙａｈｏｏ．ｅｏｍ．ｅｎ
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第２８卷
表面的化学性质发生改变，在中性ｐＨ值条件下，赤 铁矿的亲水性增强而闪锌矿的疏水性增强，这样就 增加了闪锌矿的可浮性，从而利于将其从混合矿物 中分选出来。实验表明，在捕收剂如黄酸盐的协同 作用下，浮选效果会更好。同时，还通过实验证实， 微生物作用下的矿物富集过程要比微生物浸矿更省 时，因为在微生物浸矿过程中还要进行矿物的生物
比较成功。 另外一种被称为加压溶气浮选（ＤＡＦ）的浮选
方法，在处理含油脂多的废水中更为常用。在ＤＡＦ
中，在压力上升到５ ａｔｍ（约５．０６×１０５ Ｐａ）的条件下
将废水用空气进行饱和，当饱和的废水被迫流经针 型阀或者特殊的孔口时，降低压力就会形成气泡，小 的气泡形成后，不断流动的料浆中的微粒就会与其 接触。形成的这种小气泡升到容器的顶部表面非常 慢，这就是ＤＡＦ容器需要大尺寸的主要原因。尽 管这种方法能除去较多的细小颗粒，且不需要表面 疏水，但是，由于形成的气泡很小，气体的负载能力 太小。为了解决这些问题及ＤＡＦ系统中其他的限 制因素，一些浮选技术应运而生，像喷嘴浮选（ＮＦ）、 离心浮选（ＣＦ）、气泡加速浮选（ＢＡＦ）、空穴空气浮
２．１絮凝剂的种类
对于矿浆中常含有的极难沉降的胶体及半胶体 颗粒，通常是通过凝聚和絮凝的方法来改善微粒的
可浮性。凝聚过程主要是通过加入混凝剂与水中胶
体颗粒迅速发生电中和／双电层压缩脱稳，脱稳颗粒 再相互凝聚形成初级微絮凝体。絮凝过程则是促使 微絮凝体继续增长形成粗大而密实的沉降絮体，有 效促进絮凝作用的药剂就是絮凝剂。絮凝剂的选择 性絮凝示意图见图１。
凝剂已经用来处理铝土矿ｒ ４１、高岭土、赤铁矿、膨润
铝、聚合硫酸铝、三氯化铁、硫酸亚铁、聚合硫酸 铁等。 有机絮凝剂依据化学成分可分为天然高分子 絮凝剂和人工合成高分子絮凝剂２类。天然高分 子絮凝剂包括多糖类物质（如壳聚糖及其衍生
物）、海藻酸钠、明胶和骨胶等，它们都是从天然
土‘引、方铅矿和闪锌矿‘¨］、黄铜矿嘲等多种矿物。 印度理工学院的研究人员在对赤铁矿和闪锌矿的浮 选和絮凝的研究中发现，多粘芽孢杆菌及其代谢产
第２８卷第１期 ２０１１年１月
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Ｈｅwk.baidu.comｅｉ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖ０１．２８，Ｎｏ．１
Ｊａｎ．２０１１
文章编号：１００８—１５３４（２０１１）０１—００６４—０５
絮凝浮选技术的研究进展
王侠，刘俊果
（河北科技大学生物科学与工程学院，河北石家庄０５００１８） 摘要：絮凝浮选具有选择性高、工艺设备简单、环境污染小等优点，在处理含有微细颗粒的悬浮料 液方面具有明显的优越性，其分选效果优于常规浮选。就浮选方法、浮选药剂和浮选设备等方面总 结了浮选技术的现状，并对其发展趋势进行了展望。 关键词：浮选；絮凝剂；浮选机；发展趋势
物（胞外蛋白ＥＢＰ和胞外多糖ＥＣＰ）可作为微生物
絮凝剂，用于赤铁矿和闪锌矿的选择性分选睁９‘。在
浮选实验中发现，加入不同的浮选剂所得到的赤铁
动、植物中提取而得，无毒，使用安全，适宜用于食 品或医药中。人工合成高分子絮凝剂聚丙烯酰胺 （ＰＡＭ）、聚二甲基二烯丙基氯化铵（ＰＤＡＤＭＡ）及 聚二甲基二烯丙基氯化铵一丙烯酰胺共聚物 （ＰＤＡＤＭＡ—ＡＭ）属阳离子型高分子化合物，被广 泛应用于石油开采、矿物浮选［２１］、造纸、废水处 理、医药、纺织及食品工业等。
微粒形成絮团，加捕收剂使絮团疏水化然后浮出，加抑
机矿物粒子）沉降快，通常用沉降澄清的方法就能去 除；相反，有机物质（如脂肪、油、有机悬浮固体和分 散的胶体）比水轻，都有漂浮的倾向，用沉降的方法 难以除去，这就要用到浮选的方法。
浮选是在预处理料浆中加入浮选药剂，并通入
空气形成无数细小气泡，使欲选物质颗粒黏附在气 泡上，随气泡上浮于料浆表面成为泡沫层，不浮的颗 粒仍留在料浆内，通过适当处理后废弃。浮选主要
矿的浮选回收率是不同的：没有加任何浮选剂的以 及同时加入捕收剂ＰＩＰＸ（钾异丙黄原酸盐）和微生
物细胞的都为２５％～３０％；只加微生物细胞的为 １０％～１５％；而只加ＰＩＰＸ的达９０％以上，这就说明 矿物表面对微生物细胞的吸引力远大于ＰＩＰＸ捕收
剂。料浆中的矿物与微生物接触并相互作用后，其
万方数据
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Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ Ｈｅｂｅｉ ０５００１８，Ｃｈｉｎａ）
ｔＯ
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ｋｉｎｄ ｏｆ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ，ｆｌｏｅｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｓ ｏｂｖｉｏｕｓ ｓｕｐｅｒｉｏｒｉｔｙ
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ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ，ｗｉｔｈ
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ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ。ｓｉｍｐｌｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ。ｌｉｔｔｌｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ
ｒｅｎｔ
Ｔｈｉｓ ｒｅｖｉｅｗ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｔｈｅ
ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｅｎｄｅｎｃｙ ｏｆ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ．ｒｅａｇｅｎｔｓ ａｎｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．
发生电中和及吸附架桥作用，从而形成大的絮团。这 些絮团经过疏水化处理后就可以通过浮选作用除去。 ＧＥＲＡＬＤＥＳ等在对表面河水的处理工艺中将浮选作
万方数据
第ｌ期
王
侠等
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为纳滤的前处理手段，用硫酸铝、氯化铁、壳聚糖和其 他几种商业絮凝剂对样品进行浮选前的预处理，发现 处理效果远比没有经过凝聚、絮凝前处理的要好得多， 对悬浮固体和胶体物质有很好的去除效果‘川。
脱墨、土壤清洗等方面［１］。料浆中有些颗粒亲水性 很强，不易吸附在气泡上，加入浮选药剂就会改变物 质的物理化学性质，从而使得疏水性能加强，利于颗 粒与气泡的吸附。浮选工艺过程主要包括浮选前料 浆的调制、浮选药剂的调整、充气浮选。目前，像矿 业中微细矿物难分选的主要原因就是粒度的减小， 矿物中细粒浮选的研究主要有载体浮选、选择性絮 凝浮选（高分子选择性絮凝）、浮选柱浮选、两液分离 浮选、离子浮选、沉淀浮选、吸附胶体浮选等。其中， 选择性絮凝浮选是使微细粒选择性地聚团，增大分 选物的粒径，从而提高矿物的可选性。 絮凝浮选通过加入无机凝聚剂或高分子絮凝剂使
中图分类号：ＴＱ０２８．９；ＴＱ３１４．２５３ 文献标志码：Ａ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＷＡＮＧ Ｘｉａ，ＬＩＵ Ｊｕｎ－ｇｕｏ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。Ｈｅｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ
更好‘１引。 ２．３浮选药剂的发展趋势 随着浮选技术的发展，浮选药剂的种类不断增
国内外浮选机种类较多，分类的方法各不相同， 但目前运用较多的是按充气和搅拌方式把浮选机分 为机械搅拌式浮选机和充气搅拌式浮选机、充气式 浮选机、气体析出式浮选机等［１引。 浮选工艺中的一个重要环节就是将气泡引入水 中，在有搅拌器的浮选设备中，空气可以不经过空压 机或鼓风机而被直接引入水中，这种利用搅拌器的 作用产生劣质气泡的浮选被称为引入气体浮选法 （ＩＡＦ）。但是，这种浮选方法不适合处理含油脂高 的废水和油的萃取，已有研究人员发明了一种改进 的吸入式气浮法，从废水中去除脂肪、油和油脂相对
前体。铝系和铁系絮凝剂主要有硫酸铝、聚合氯化
微生物絮凝剂是微生物在发酵过程中分泌的蛋 白质、糖类、酯类、纤维素、ＤＮＡ等高分子物质，是利 用生物技术，从微生物体或其分泌物中富集、分离、 筛选、纯化而获得的一种安全、高效、无二次污染、易 生物降解的新型絮凝剂。按其化学组成分类，微生 物絮凝剂有的属于功能性蛋白质，有的为多糖类，也 有的为ＤＮＡ或聚羟基丁酸酯（ＰＨＢ）类。微生物絮
图１
Ｆｉｇ．１
选择性絮凝示意图
Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎ
絮凝浮选中所加絮凝剂按组分可分为无机、有 机、微生物３类，另外介于无机、有机之间的混合型、 复合型也有一定的研究与发展。 无机絮凝剂中铁盐和铝盐是极为常用的，无机 絮凝剂价格低廉、应用广泛，如果使用恰当，不仅可 以去除大部分的悬浮固体，还可以去除一部分有机
３．２浮选机的分类
复合型絮凝剂是在单一絮凝剂存在絮凝效果不 够理想等问题的基础上研究和发展起来的，已有不 少研究学者致力于此类絮凝剂的研究。复合型絮凝 剂主要是结合不同种类的单一絮凝剂的优点进行复 配，使各种絮凝剂都发挥各自不同的作用，达到最佳
的絮凝效果。 ２．２提高絮凝选择性
絮凝剂的种类、加药方式和添加量都会影响产 品的数量和质量。控制好这些因素就可以提高絮凝 效果，从而更有利于浮选。可采用以下几种方法来 确保絮凝剂的选择性：调整料液本身的特性，如介质 的ｐＨ值、离子组成；选用具有选择性强的吸附活性 官能团的高分子絮凝剂，如向高聚物分子中引入与 矿物表面相应金属离子具有特殊吸附活性的官能基 团；联合使用其他选择性药剂，如联合使用包括捕收 剂、抑制剂和活化剂在内的其他药剂。阴离子型高 分子絮凝剂具有较强的絮凝能力，但选择性往往不 足，为提高其选择性也可联合使用表面活性剂。 ＳＡＤＯＷＳＫＩ等在对氧化镁和氧化锌悬浮液的絮凝 浮选实验中发现，在表面活性剂油酸钠（ＳＯＬ）、十二 烷基硫酸钠（ＳＤＳ）、十六烷基三甲基溴化铵 （ＣＴＡＢ）和高分子聚合物的作用下，可使氧化物微 粒形成较大、较密实的疏水絮团，从而使得浮选效果
选（ＣＡＦ）、浮选柱等口３｜。
加，性能不断提高，总的来说有以下发展趋势。１）新 药剂的开发和应用仍将是研究的热点，如近几年有 关铝土矿的新捕收剂的文章较多，其捕收剂已由胺 类发展到可以使用醚类和烷基胍等；２）混合用药越 来越受到关注，特别是捕收剂和抑制剂的联合使用 已非常广泛，并取得良好的效果；３）节能减排保护环 境的意识不断增强，如利用工业副产品来加工起泡 剂，原料来源丰富，节约能源，提高效益。另外，尾矿 废水和回收水的利用也受到重视，减少了环境污 染［１¨。总之，开发新型高效、低毒、价廉、易得、环保 的新药剂仍是研究的重要方向。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｌｏｔａｔｉｏｎ；ｆｌｏｃｃｕｌａｎｔ；ｆｌｏｔａｔｉｏｎ ｍａｃｈｉｎｅ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｅｎｄｅｎｃｙ
１絮凝浮选技术简介
目前工业中常用的固一液分离方法主要有离心、 过滤、沉降、浮选等。对于不同的处理样品，一定要 选择合适的分离方法，特别是像难处理的高浓度工
业废水以及精矿提取纯化等。粒度大的颗粒（如无
溶解‘引。
３浮选设备
３．１浮选机的要求
浮选系统一般包括充气、清洗液、料浆入口单元 及富集物和尾渣排除装置。在矿物浮选过程中，经 过浮选药剂调和后的矿浆进入浮选机，经搅拌和充 气使得目的矿物附着于气泡，形成矿化气泡浮至矿 浆表面成为矿化泡沫层，目的产物的泡沫产品经刮 板刮出或自行溢出即可获得。衡量浮选技术经济指 标的好坏与浮选设备的性能密切相关，因此对浮选 机的要求比较高：其充气系统要保证形成大量尺寸 适宜、分布均匀的气泡；形成的泡沫区要平稳；搅拌 要适中，使矿粒与泡沫充分接触；为满足连续自动化 生产，应配有多种监测和调节装置等。
稳定的大量气泡也是浮选能够高效进行的前提。
总的来说，根据作用的不同，浮选药剂可分为捕 收剂、起泡剂和调整剂，调整剂又包括ｐＨ值调整 剂、抑制剂、活化剂、絮凝剂、分散剂等。下面主要就
絮凝剂进行阐述。
２浮选药剂
提高浮选效率的重要方法就是改善微粒的可浮 性。可浮性的大小取决于２个因素：一是微粒的组 成和结构决定了其亲水性／可浮性大小，但是仅利用 微粒天然可浮性的差别难以达到分选的目的；另一 个因素是人为创造条件，如加入浮选药剂，从而改变 微粒表面的物理化学性质，调整其可浮性，从而达到 分选的目的。浮选药剂不仅能够灵活、有效、方便地 控制矿物浮选行为，同时通过浮选药剂的使用得到