浮选柱的研究和应用

浮选柱的研究与应用
◆ 包士雷丁亚卓孙永升
（东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳110004）
摘要：本文介绍了浮选柱的发展历史、结构、工作原理及其应用情况，在分析现有浮选柱的优缺点后,提出了浮选柱的发展趋势。

关键词：浮选柱；应用；优缺点；发展趋势
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。

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，并逐渐显现了一定的发展趋势。

1 浮选柱的发展历史
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20世纪60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用的热潮。

但在70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。

自20世纪80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，如美国戴斯特（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、原苏联研制的Π系列浮选柱等；其中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，可以认为是浮选柱研究 40年来的分水岭，在结构、给矿方式和分选机理上都有了全新的突破，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[1]。

2 浮选柱的结构及其工作原理
2.1 浮选柱的结构
浮选柱构造简单。

自溢式浮选柱是由上体、中间圆筒和下体组成，整个柱体为圆形，如图1。

刮板式浮选柱还有泡沫刮板和传动装置，其柱体形状为上方下圆形，这种形状不但节省材料，而且受力情况及稳定性也较好。

浮选柱中的给矿管有多种深度，其给矿点数目视柱径大小而异，分别为三、四和八点。

浮选柱的充气是由风源经柱体下端的风室通过风管进入竖置的微孔塑料空气管。

刮板式浮选柱的传动装置采用效率高、重量轻的单轴或双轴圆弧齿圆柱蜗杆减速器。

刮板轴承采用寿命较高的铁基合油石墨球面轴承[2]。

2.2 浮选柱的工作原理
浮选柱为一个高达9～15m的柱体，矿浆从上部给矿管给入，由空气压缩机充气，通过下面的竖置空气管形成细小气泡，均匀分布于整个断面上，矿浆在重力作用下缓缓沉降，气泡由下往上缓缓升起，与矿浆中所要选取的有用矿物在柱中不断相遇。

在对流运动中由于浮选药剂的作用，所要选取的矿物便附着于升起的气泡便面上，其余矿物则从下面锥底排出成为尾矿，由刮板刮入或自流到泡沫槽中的泡沫为精矿，从而完成整个分选过程。

另外，矿化气泡中可能夹杂部分连生体及脉石粒子。

这是因为，这些粒子的一部分由于表面附着了捕收剂，形成较弱的疏水性，在适当条件下吸附于气泡被带入泡沫。

但是，这些粒子的大部分是由于气泡在矿浆中上升时，因携带矿浆而机械夹杂进来的。

在上述对流过程中，新给入的矿浆及被抑制的下沉与矿化气泡的上升，发生对流冲刷作用，是气泡中夹杂的连生体和脉石粒子被冲落，重又落入矿浆，形成“二次富集作用”，有利于加强分选并能提高精矿品位[3-4]。

3 选柱的应用
3.1 浮选柱在国外的研究与应用
各种类型的浮选柱巳在美国、加拿大、澳大利亚、德国、俄同等国家研究成功，并先后用于工业生产。

美国研制的Packed浮选柱用于细粒铁矿浮选及铜-镍矿、铜-钼矿、铜矿浮选厂均取得良好效果。

加拿大孔明口有限公司研制的浮选柱已成功用于铁矿浮选厂、铜矿浮选厂及铜-钼矿浮选厂。

俄罗斯生产的浮选柱主要用于铅、锌、铜-镍、铜-钼矿及金、银等选矿厂[5,6]。

有色金属矿山、金矿是较早应用浮选柱的领域：1980年,浮选柱首先在加拿大钼浮选作业成功应用；1987年，加拿大国际镍公司将浮选柱用于冰铜矿浮选，鹰桥公司用于铜镍分离；波里拉斯选矿厂应用浮选柱使方铅矿精矿品位从76%提高到79.13%；Sullivan选矿厂安装的1台3＜2144m的浮选柱替代了19台218m的丹佛浮选机。

智利、巴西、美国、澳大利亚等国家的许多选矿厂也成功地应用了浮选柱[1,2,9]。

近年来，随着在气泡发生器、给料方式与排料方式和应用最新流体动力学成果以及降低浮选柱高度等方面所取得的较大进展，浮选柱也已成为钢铁、煤炭、非金属矿、环保工程、化工行业等选矿或水处理的主要设备。

3.2 国内的应用情况
随着人们对浮选柱的不断认识，国内对其研究的力度也在逐步升级，已研制开发了充填介质式、机械搅拌式、顺流喷射式、微泡式等多种类型的浮选柱。

从上世纪70年代开始，已在铜、铅、锌、铁、钼矿等选矿厂推广使用，但由于没有解决好停电放矿及充气器堵塞等问题，大多数浮选柱都改用了浮选机[3,5-9]。

目前还有少数选矿厂仍在使用浮选柱，如内蒙古敖伦花矿业有限公司铜钼分离作业采用四台浮选柱，其中三台用作精选，一台用作扫选，如图2。

四台浮选柱均采用外置式微泡发生器，部分实现了自动化控制；柿竹园有色金属公司的一粗三精流程采用旋流-静态微泡浮选柱，稳定获得了高品位合格萤石精矿，相对于以浮选机为选别设备的一粗二扫九精二精扫的十四段选别，其流程大大简化；江西铜业公司引进1台D214×10m浮选柱替代2台浮选机，浮选柱系列总的回收率比系列浮选机高出2.13个百分点[7]；洛阳栾川钼矿集团选矿一公司对原浮选系统改造后，粗选选用1台Φ3800×11000mm浮选柱，精选作业分别用1台Φ1200×7200mm和Φ800×6000mm 浮选柱，扫选仍用原有的KYF（XCF）-8型浮选机，使精矿回收率大幅度提升到84.19%，品位由原来的46.12%提高到49.88%[10,11]。

4 浮选柱的优缺点
4.1 浮选柱的优点
与常规浮选机相比，浮选柱无机械搅拌装置，结构简单，基建投资省，总投资仅为浮选机的55%；另外其能耗比同等处理量的浮选机低很多，约为50～60%。

在生产过程中，其能使流程大大简化，操作管理方便，易于实现自动控制，不仅浮选效率高，富集比也很高；同时它的单位处理量特别大，尤其适合于细粒矿物的回收[1-11]。

4.2 存在的问题
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，这样使其气泡发生器易堵塞，运转不稳定，影响生产效率；同时，其对粗粒矿物的分选效果不佳，受矿浆浓度变化的影响较大，淋水用量约为入料量的50%, 加大了洗水处理的难度。

另外，浮选柱外形较高 , 对厂房高度要求大，还需要另设提升装置[1 ,2]。

5 浮选柱的发展趋势
（1）工业浮选柱的大型化和节能降耗是今后相当长时期内的研究热点。

通过改进充气结构等设计，完善充气方式以及实现设备大型化和自动化，可降低浮选柱单位能耗，减轻设备零部件的磨损和提高浮选效率。

（2）降低浮选柱柱体高度和气泡发生器外置是浮选柱技术发展不可忽视的重要问题。

为增强浮选柱对不同物料的适应性，应着力开发外置式微泡发生器及射流式充气器。

通过发泡装置的
改进和矿浆流动方式的优化，可降低浮选柱高度。

（3）应加强浮选过程和浮选设备的自动化研究，结合选矿行业特殊性，研发适用、灵敏的检测元器件，实现浮选柱液位、精矿品位的在线检测。

6 结语
（1）与传统浮选机相比，浮选柱具有分选效率高，易于控制，缩短精选作业流程，提高精矿品位的优点，其在国外选矿等行业的应用获得了巨大成功。

（2）在我国，浮选柱主要应用于选煤行业，在选矿行业的应用尚处于初始阶段（但已有显著成效），所以在金属和非金属矿物选别方面浮选柱的应用潜力会非常大；由于浮选柱在处理极细物料时有常规浮选机所不可比拟的优越性（如处理粒度＜45μm的细粒煤泥时，降灰率达到84.187%），在气、液分离等领域应用的可能性也很大。

（3）加强跨行业的联合开发及国际交流，充分利用浮选柱在矿物加工、环保、化工等行业中表现出的巨大技术、经济优势，对拓宽应用领域，发展浮选柱技术，具有重要的现实意义。

参考文献
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