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高气泡表面积通量浮选柱浮选硫化铜矿参数的研究
2011-05-12
通过浮选硫化铜矿的研究,检验高气泡表面积通量浮选柱的浮选性能,优化主要结构参数和操作参数。研究表明, 高气泡表面积通量浮选柱采用多段相互独立的发泡器,可以在表观充气速率较高的情况下,不增大气泡直径,而增加气泡数量,从 而有效地增大气泡表面积通量,并且减少了气泡在浮升过程中兼并的可能性,避免了疏水颗粒的脱落和因气泡携带能力不足导致 的回收率损失,对分选效率的提高有着十分显著的效果。高气泡表面积通量浮选柱浮选硫化铜矿,在精矿品位下降不大的情况 下,回收率可提高10 个百分点以上。
第 2 58 卷 第 4 期 0 0 6 年 1 1 月   有 色 金 属     Vol158 , No14     November 2 0 0 6 Nonferrous Metals 高 气 泡 表 面 积 通 量 浮 选 柱 浮 选 硫 化 铜 矿 参 数 的 研 究 1 2 3 4 陈 泉 源 ,张 泾 生 ,王 淀 佐 ,H1 Z1 Kuyumcu ( 11 东 华 大 学 环 境 科 学 与 工 程 学 院 ,上 海 200051 ; 21 长 沙 矿 冶 研 究 院 ,长 沙 410012 ; 1 中 南 大 学 ,长 沙 410083 ; 41 柏 林 工 业 大 学 ,柏 林 D10623) 3   摘 要 :通 过 浮 选 硫 化 铜 矿 的 研 究 ,检 验 高 气 泡 表 面 积 通 量 浮 选 柱 的 浮 选 性 能 ,优 化 主 要 结 构 参 数 和 操 作 参 数 。 研 究 表 明 , 高 气 泡 表 面 积 通 量 浮 选 柱 采 用 多 段 相 互 独 立 的 发 泡 器 ,可 以 在 表 观 充 气 速 率 较 高 的 情 况 下 ,不 增 大 气 泡 直 径 ,而 增 加 气 泡 数 量 ,从 而 有 效 地 增 大 气 泡 表 面 积 通 量 ,并 且 减 少 了 气 泡 在 浮 升 过 程 中 兼 并 的 可 能 性 ,避 免 了 疏 水 颗 粒 的 脱 落 和 因 气 泡 携 带 能 力 不 足 导 致 的 回 收 率 损 失 ,对 分 选 效 率 的 提 高 有 着 十 分 显 著 的 效 果 。 高 气 泡 表 面 积 通 量 浮 选 柱 浮 选 硫 化 铜 矿 ,在 精 矿 品 位 下 降 不 大 的 情 况 下 ,回 收 率 可 提 高 10 个 百 分 点 以 上 。 关 键 词 :选 矿 工 程 ;浮 选 柱 ;硫 化 矿 ;气 泡 表 面 积 通 量 ;结 构 参 数 ;操 作 参 数 中 图 分 类 号 :TD92317 ; TD461 ; TD952 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :1001 - 0211 (2006) 04 - 0048 - 06   浮 选 设 备 应 该 高 效 地 实 现 疏 水 颗 粒 与 气 泡 的 碰 气 泡 表 面 积 通 量 ( Sb = 6Jg/ db) ,即 单 位 时 间 内 通 过 单 位 浮 选 柱 截 面 积 的 气 泡 总 表 面 积 ,完 整 地 表 达 了 气 泡 数 量 和 大 小 两 个 概 念 ,包 含 了 浮 选 柱 的 充 气 速 率 ( Jg) 和 含 气 率 (充 气 率 ) 及 其 他 有 关 气 泡 特 性 (如 气 泡 直 径 db) 。 撞 、附 着 及 颗 粒 / 气 泡 结 合 体 按 要 求 转 移 等 过 程 。 近 年 出 现 了 许 多 细 粒 浮 选 设 备 ,而 特 别 引 人 注 目 的 是 多 种 形 式 的 浮 选 柱 。 浮 选 柱 同 其 他 浮 选 设 备 相 比 , 具 有 很 多 优 点 ,如 : (1) 泡 沫 厚 度 、气 泡 大 小 及 数 量 等 调 节 方 便 ; (2) 富 集 比 大 ,流 程 简 单 (一 次 作 业 相 当 于 WWW.KY114.CN 浮 选 机 几 次 作 业 的 效 果 ) ; (3) 适 宜 创 造 气 泡 和 颗 粒 动 态 碰 撞 以 及 气 泡 、颗 粒 结 合 体 静 态 浮 升 的 环 境 ,有 利 于 各 粒 级 特 别 是 微 细 粒 的 选 别 ; (4) 可 方 便 地 引 入 其 他 力 场 ,强 化 分 选 ; (5) 易 于 实 现 自 动 控 制 和 大 型 化 。 微 泡 浮 选 柱 、詹 姆 森 槽 (特 殊 的 矮 浮 选 柱 ) 、充 填 介 质 浮 选 柱 经 受 了 工 业 或 半 工 业 试 验 的 考 验 。 加 拿 大 柱 浮 选 公 司 的 浮 选 柱 、阿 基 泰 尔 浮 选 柱 、PE 浮 选 [ 1 - 4 ] 柱 在 工 业 上 获 得 了 广 泛 应 用 。 当 然 ,浮 选 柱 浮 选 也 存 在 很 多 技 术 问 题 ,如 发 泡 器 工 作 的 可 行 性 、持 [ 5 - 6 ] 。 采 用 高 气 泡 表 久 性 ,对 原 料 变 化 的 适 应 性 等 面 积 通 量 浮 选 柱 浮 选 浸 染 型 硅 卡 岩 铜 矿 石 ,浮 选 指 标 明 显 优 于 机 械 搅 拌 浮 选 机 ,也 较 传 统 浮 选 柱 的 效 [ 7 ] 图 1 高 气 泡 通 量 浮 表 面 积 浮 选 柱 试 验 系 统 Fig11   Scheme of column flotation of high bubble surface area flux 果 好 。 根 据 试 验 结 果 ,讨 论 高 气 泡 表 面 积 通 量 浮 选 柱 主 要 结 构 和 操 作 参 数 对 硫 化 铜 矿 浮 选 的 影 响 。 1 实 验 方 法 柱 浮 选 速 率 方 程 为 d Cp/ d t = 0125 Sb发 Ec 、Cp , 浮 选 速 率 常 数 为 K = 0125 Sb发 Ec ,式 中 Cp 为 待 浮 颗 粒 浓 度 , Ec 为 捕 集 几 率 。 随 着 气 泡 表 面 积 通 量 增 1 11   高 气 泡 表 面 积 通 量 浮 选 柱 试 验 系 统 收 稿 日 期 :2005 - 05 - 17 大 ,浮 选 速 率 常 数 相 应 增 大 , 基 本 上 呈 线 性 关 作 者 简 介 :陈 泉 源 (1962 - ) ,男 ,湖 北 应 城 市 人 ,教 授 ,博 士 ,主 要 从 事 浮 选 和 污 染 控 制 等 方 面 的 教 学 与 研 究 ; 王 淀 佐 (1934 - ) ,男 ,辽 宁 锦 县 人 ,教 授 ,博 士 生 导 师 ,中 国 科 学 院 院 士 ,中 国 工 程 院 院 士 。 [8 - 10 ] 系 。 提 高 柱 浮 选 效 率 ,应 尽 量 提 高 浮 选 柱 的 气 泡 表 面 积 通 量 。 高 气 泡 表 面 积 通 量 浮 选 柱 采 用 多 段 [ 7 ] 相 互 独 立 的 发 泡 器 , 浮 选 柱 外 径 100mm ,内 径 9 0mm ,总 高 度 为 2300mm ,采 用 厚 度 为 5mm 有 机 玻 第 4 期 陈 泉 源 等 : 高 气 泡 表 面 积 通 量 浮 选 柱 浮 选 硫 化 铜 矿 参 数 的 研 究 49 璃 制 造 。 高 气 泡 通 量 浮 表 面 积 浮 选 柱 试 验 系 统 如 图 所 示 ,包 括 搅 拌 槽 <300 佐 400mm、离 心 调 速 泵 、浮 所 需 时 间 后 给 矿 浮 选 ,待 浮 选 终 了 (泡 沫 层 变 空 ) ,泵 送 清 水 。 同 时 ,关 闭 三 通 管 的 横 管 阀 门 ,使 所 有 泡 沫 慢 慢 溢 出 。 1 选 柱 、减 压 阀 和 流 量 计 等 。 压 缩 空 气 来 自 实 验 室 中 央 压 缩 空 气 系 统 。 每 个 发 泡 器 通 过 各 自 减 压 阀 和 流 量 计 , 自 成 体 系 , 以 便 独 立 调 节 。 气 压 在 011 ~ (3) 开 启 浮 选 柱 下 部 阀 门 排 尾 ,冲 洗 浮 选 柱 和 管 道 。 为 了 避 免 取 样 误 差 ,浮 选 各 产 品 用 容 器 全 部 收 集 。 澄 清 、过 滤 后 烘 干 称 重 、制 样 ,供 分 析 化 验 之 用 。 试 验 结 束 后 ,浮 选 柱 注 满 自 来 水 ,让 发 泡 器 仍 有 少 量 气 体 通 过 ,避 免 杂 物 堵 塞 微 孔 。 0 17MPa 可 以 任 意 调 节 ,空 气 流 量 可 在 宽 广 的 范 围 充 足 供 应 和 调 节 。 采 用 三 通 阀 门 与 U 型 管 连 接 控 制 浮 选 柱 中 矿 浆 高 度 和 泡 沫 层 厚 度 。 为 了 避 免 颗 粒 的 沉 积 堵 塞 ,在 管 下 部 (横 管 ) 特 增 加 两 根 管 收 储 大 颗 粒 。 113 试 验 物 料 硫 化 矿 由 土 耳 其 伊 垣 布 尔 大 学 提 供 ,属 浸 染 型 硅 卡 岩 铜 矿 石 。 多 元 素 分 析 结 果 见 表 1。 主 要 有 用 矿 物 为 黄 铜 矿 、黄 铁 矿 、斑 铜 矿 、辉 铜 矿 ,脉 石 矿 物 为 硅 酸 盐 矿 物 ,如 石 榴 子 石 、石 英 、透 辉 石 、绢 云 母 、绿 泥 石 等 ,以 及 少 量 碳 酸 盐 矿 物 如 白 云 石 ,方 解 石 。 矿 石 中 含 有 少 量 黏 土 矿 物 ,易 泥 化 。 黄 铜 矿 多 呈 浸 染 状 ,嵌 布 粒 度 极 细 ,一 般 为 01005~ 0104mm。 约 有 20 %的 黄 铜 矿 呈 5~ 20μ m 分 布 在 脉 石 矿 物 或 黄 铁 矿 中 。 黄 铁 矿 嵌 布 粒 度 一 般 为 01010~ 011mm。 硫 化 矿 多 段 破 碎 筛 分 至 - 1mm 密 闭 备 用 。 为 了 避 免 铁 质 污 染 ,磨 矿 采 用 不 绣 钢 罐 及 不 绣 钢 棒 。 罐 容 积 为 6L ,棒 质 量 13kg ,棒 直 径 10~ 20mm 不 等 ,充 填 率 约 40 %。 磨 矿 转 速 约 40r/ min , 磨 矿 浓 度 约 为 60 %。 当 磨 到 - 01074μ m 90 %时 ,黄 铜 矿 的 单 体 解 离 度 仅 70 %左 右 。 1 12   浮 选 试 验 程 序 浮 选 柱 试 验 为 连 续 操 作 ,需 时 115~ 2h。 除 大 部 分 (2/ 3) 石 灰 添 加 于 棒 磨 机 外 ,其 他 调 整 剂 、捕 收 剂 、起 泡 剂 , 按 次 序 添 加 至 搅 拌 槽 (间 隔 分 别 为 5 min、3min 和 3min) 。 由 于 浮 选 柱 试 验 采 用 泵 连 续 给 矿 ,药 剂 的 实 际 搅 拌 时 间 很 长 。 浮 选 机 试 验 时 采 用 机 械 搅 拌 充 气 浮 选 机 ,药 剂 添 加 至 棒 磨 机 或 浮 选 机 中 。 浮 选 试 验 采 用 德 国 柏 林 自 来 水 ,钙 、镁 离 子 含 量 较 多 。 磨 矿 用 水 全 部 加 入 搅 拌 槽 或 浮 选 机 。 浮 选 柱 试 验 程 序 如 下 。 ( 1) 按 试 验 要 求 调 整 浮 选 柱 结 构 参 数 。 将 浮 选 柱 注 满 同 浮 选 p H 介 质 相 同 的 含 有 一 定 量 起 泡 剂 的 清 水 ,开 启 所 需 充 气 器 ,使 之 产 生 稳 定 的 气 泡 。 调 节 泡 沫 冲 洗 水 ,查 对 各 参 数 至 预 定 值 。 ( 2) 按 浮 选 条 件 制 备 矿 浆 及 添 加 浮 选 药 剂 ,搅 拌 表 1 硫 化 矿 多 元 素 分 析 结 果 Table 1 Composition of sulfide ore 1 ) 1) 成 分 Cu Pb Zn CaO Al2O3 SiO2 TFe Au 012 Ag 2108 S 含 量 / % 0155 01015 0125 1123 7192 37115 19190 15151   1) 单 位 为 g/ t 。 1 14   浮 选 药 剂 浮 选 起 泡 剂 为 一 种 商 品 名 为 22EH 的 短 碳 链 有 数 。 它 对 气 泡 的 大 小 、数 量 ,即 气 泡 表 面 积 通 量 影 响 很 大 ,从 而 影 响 浮 选 的 选 择 性 和 回 收 率 。 乙 黄 药 用 量 为 300g/ t ,22EH 用 量 为 50g/ t ,在 自 然 形 成 的 范 围 内 (p H = 7~ 8) ,表 观 充 气 速 率 对 硫 化 矿 混 合 浮 选 的 影 响 如 图 2 所 示 。 采 用 单 个 发 泡 器 (普 通 浮 选 柱 ) ,尽 管 发 泡 器 微 孔 材 料 的 孔 径 小 ,在 Jg ≤ 2 佐 机 醇 ,有 很 弱 的 捕 收 作 用 。 硫 化 矿 混 合 浮 选 捕 收 剂 为 乙 基 黄 药 ,铜 硫 分 离 浮 选 所 用 的 捕 收 剂 是 一 种 主 要 成 分 为 Z2200 的 工 业 品 X231 ,铜 优 先 浮 选 捕 收 剂 为 Z2200 ;浮 选 p H 调 整 剂 为 石 灰 。 这 些 药 剂 分 别 由 德 国 波 鸿 浮 选 有 限 公 司 和 Cariant 化 工 公 司 表 面 活 - 2 1 0 m/ s 条 件 下 ,气 泡 直 径 不 大 (0175mm) ,但 产 生 性 剂 厂 提 供 。 除 石 灰 为 化 学 纯 外 ,其 他 均 为 工 业 品 。 药 剂 配 制 采 用 蒸 馏 水 或 乙 醇 。 22EH 采 用 注 射 器 滴 加 原 液 ,石 灰 以 粉 状 固 体 加 于 棒 磨 机 或 搅 拌 槽 中 。 的 气 泡 数 量 有 限 ,因 而 气 泡 表 面 积 通 量 不 大 (仅 - 1 [7 ] ) ,铜 回 收 率 不 高 。 混 合 浮 选 时 铜 回 收 率 仅 2 7 00s 3 %左 右 。 单 纯 提 高 表 观 充 气 速 率 ,超 过 2 佐 10 - 2 m/ s 后 ,由 于 气 泡 直 径 明 显 变 大 ,气 泡 表 面 积 通 量 增 2 试 验 结 果 及 讨 论 加 不 多 ,回 收 率 改 善 不 大 ,但 品 位 下 降 。 当 Jg 达 到 2 11   表 观 充 气 速 率 表 观 充 气 速 率 是 浮 选 柱 浮 选 最 重 要 的 操 作 参 - 2 10 佐 10 m/ s 后 ,矿 浆 泡 沫 层 的 分 界 不 清 ,难 以 分 3 选 。 Jf , Jt , Jw , Jg , Hf 分 别 代 表 表 观 给 料 速 率 、表 观 5 0 有 色 金 属 第 58 卷 尾 矿 速 率 、表 观 冲 水 速 率 、表 观 充 气 速 率 和 泡 沫 层 高 度 。 - 2 - 2 - 2 J g = 2 佐 10 m/ s ;Jf = 012 佐 10 m/ s ;Jw = 0103 佐 10 m/ s 图 4 柱 高 与 硫 化 矿 优 先 浮 选 指 标 的 关 系 Fig14   Variation of selective flotation indices with column height - 2 - 2 Jf = 012 佐 10 m / s ;Jw = 0103 佐 10 m/ s ; H = 2m 图 2 表 观 充 气 速 率 与 混 合 浮 选 指 标 的 关 系 Fig12   Relation of bulk flotation index with superficial gas velocity 浮 选 柱 高 度 与 回 收 率 关 系 很 复 杂 ,既 使 对 难 浮 矿 物 的 细 颗 粒 ,也 并 非 越 高 越 好 。 浮 选 柱 高 度 的 增 加 到 一 定 程 度 ,回 收 率 不 再 增 加 ,如 柱 高 从 2m 增 高 至 213m ,铜 回 收 率 变 化 不 明 显 ,如 图 4 所 示 。 浮 选 柱 过 高 ,浮 升 距 离 长 ,很 难 避 免 在 浮 升 过 程 中 疏 水 粗 颗 粒 的 脱 落 ,导 致 回 收 率 的 损 失 。 柱 高 与 所 要 求 的 回 收 率 以 及 矿 物 颗 粒 和 气 泡 的 大 小 及 分 布 、矿 物 解 离 度 、表 观 充 气 速 率 、矿 浆 和 气 泡 流 动 及 混 合 方 式 、 表 观 给 矿 速 率 、药 剂 用 量 、疏 水 性 程 度 、矿 浆 浓 度 以   表 观 充 气 速 率 与 优 先 浮 选 指 标 关 系 如 图 3 所 示 [ 起 泡 剂 22EH , 50g/ t ; 石 灰 , 10kg/ t (p H = 11) ; Z2 00 ,80g/ t ] ,表 观 充 气 速 率 必 须 控 制 在 一 定 的 范 围 2 内 ,才 能 兼 顾 品 位 和 回 收 率 。 采 用 一 段 发 泡 器 ,优 先 浮 选 时 铜 回 收 率 仅 70 %左 右 。 [11 - 14 ] [15 ] WWW.KY114.C 及 待 浮 矿 物 含 量 有 关 。 Ityokumbul 的 研 究 N 结 果 表 明 ,单 纯 增 加 柱 高 即 增 加 颗 粒 停 留 时 间 并 不 能 有 效 增 加 回 收 率 。 另 外 ,浮 选 柱 高 度 在 很 大 程 度 上 决 定 了 浮 选 柱 的 造 价 和 运 行 能 量 的 消 耗 。 根 据 气 体 方 程 P发 Q = K ,则 P发Jg = K ,因 而 有 Jg (某 点 ) = Jg (大 气 压 下 ) 发 Patm / P (某 点 ) ,式 中 : P - 2 - 2 Jf = 012 佐 10 m/ s ;Jw = 0103 佐 10 m/ s ; H = 2m - - 压 强 ;Qg - 气 体 流 量 ;P(某 点 ) 柱 内 某 点 压 力 ; Patm 大 气 压 ( = 101133 kPa) 。 类 似 地 有 db (p 点 ) = db 图 3 表 观 充 气 速 率 与 优 先 浮 选 指 标 关 系 Fig13   Results of selective flotation of sulfide at different superficial gas velocities 1 / 3 。 ( 大 气 压 下 ) (Patm/ P) - 2 假 定 柱 顶 端 与 大 气 连 通 ,柱 顶 端 Jg = 115 佐 10   从 试 验 结 果 可 以 看 出 ,一 段 发 泡 器 浮 选 柱 ,表 观 m/ s ,db = 110 m m ε, g = 18 %(含 气 率 ) ,可 以 计 算 在 柱 中 的 表 观 充 气 速 率 ,含 气 率 和 气 泡 大 小 ,结 果 列 于 - 2 充 气 速 率 在 2 佐 10 m/ s 较 合 适 。 表 观 充 气 速 率 过 小 ,回 收 率 低 ;表 观 充 气 速 率 过 大 ,不 仅 品 位 下 降 ,且 回 收 率 基 本 不 增 加 。 表 2。 可 以 看 出 ,随 着 压 力 的 减 少 ,气 泡 直 径 增 大 , 若 高 度 相 差 12m ,气 泡 直 径 大 约 增 加 20 %。 这 值 得 引 起 注 意 ,因 为 气 泡 在 浮 选 柱 浮 升 过 程 中 随 着 流 体 静 压 力 减 少 而 变 大 ,不 仅 降 低 了 停 留 时 间 以 及 碰 撞 效 率 ,而 且 容 易 导 致 气 泡 / 颗 粒 结 合 体 及 气 泡 的 兼 并 和 破 灭 ,对 浮 选 产 生 一 系 列 不 利 影 响 ,如 回 收 率 损 失 等 。 因 此 ,发 泡 器 安 装 位 置 、浮 选 柱 的 柱 高 以 及 它 们 之 间 的 关 系 是 值 得 研 究 的 ,在 浮 选 柱 放 大 和 推 广 应 用 中 应 予 重 视 。 2 12   浮 选 柱 高 度 浮 选 柱 高 度 是 十 分 重 要 的 结 构 参 数 。 浮 选 柱 高 度 的 增 加 ,品 位 变 化 不 明 显 ,回 收 率 增 加 较 为 明 显 , 见 图 4。 柱 高 从 115m 增 高 至 2m ,铜 精 矿 产 率 增 加 7 ~ 10 个 百 份 点 。 浮 选 回 收 率 的 增 加 ,是 由 于 浮 选 柱 高 度 的 增 加 ,导 致 气 泡 - 颗 粒 碰 撞 次 数 增 加 的 缘 故 。 浮 选 难 浮 矿 物 或 选 别 细 颗 粒 物 料 时 浮 选 柱 应 高 些 ,选 别 粗 颗 粒 和 可 浮 性 较 强 的 物 料 ,浮 选 柱 高 度 可 以 适 当 降 低 。 第 4 期 陈 泉 源 等 : 高 气 泡 表 面 积 通 量 浮 选 柱 浮 选 硫 化 铜 矿 参 数 的 研 究 51 表 2 不 同 流 体 压 力 气 泡 变 化 情 况 Table 2 Variations of bubble parameters with fluid static pressure in column flotation 表 压 距 柱 顶 部 距 离 / m Jg/ (10 - m发s - 1) db/ mm 2 ε g / % / kPa 0 0 4 1150 1113 0190 0175 1100 0191 0184 0180 1810 1414 1213 1016 3 6 314 617 8 1 0010 12 - 2 - 2 - 2 Jg = 2 佐 10 m/ s;Jf = 012 佐 10 m/ s;Jw = 0102 佐 10 m/ s; H = 2m 图 6 泡 沫 层 高 度 对 硫 化 矿 混 合 浮 选 的 影 响 Fig16   Variations of bulk flotation indexes of sulfide ore with froth height   浮 选 柱 不 同 高 度 (距 柱 底 部 距 离 ) 取 样 化 验 铜 品 位 ,结 果 如 图 5 所 示 。 发 现 铜 品 位 存 在 梯 度 ,但 不 是 很 大 。 正 如 预 料 的 一 样 ,在 泡 沫 与 矿 浆 界 面 存 在 突 变 。 根 据 品 位 的 分 析 结 果 ,柱 中 流 态 介 于 柱 塞 流 和 混 合 流 之 间 ,预 计 采 用 分 散 模 型 对 其 进 行 放 大 是 合 适 的 。 [ 7 ] 。 值 得 特 别 强 调 的 充 气 速 率 的 关 系 如 图 7 所 示 是 ,对 于 一 段 发 泡 器 浮 选 柱 和 二 段 发 泡 器 浮 选 柱 ,当 表 观 充 气 速 率 超 过 一 定 值 后 ,由 于 气 泡 直 径 增 大 过 快 ,气 泡 表 面 积 通 量 反 而 减 少 。 三 段 发 泡 器 未 观 察 到 此 现 象 。 这 说 明 浮 选 柱 存 在 最 佳 表 观 充 气 率 ,在 同 一 个 发 泡 器 要 同 时 兼 顾 Jg 最 大 和 db 最 小 是 十 分 [ 8 ] 困 难 的 。 一 段 发 泡 器 浮 选 柱 气 泡 表 面 积 通 量 最 1 - - 1 大 值 为 200S ,二 段 发 泡 器 为 220S ,三 段 发 泡 器 - 1 浮 选 柱 可 达 到 250~ 300S 。 根 据 气 泡 直 径 与 气 泡 表 面 积 通 量 或 表 观 充 气 速 率 的 关 系 ,可 以 计 算 单 位 [ 7 ] 截 面 积 、单 位 时 间 浮 选 柱 内 新 生 气 泡 的 数 量 。 一 7 段 发 泡 器 浮 选 柱 气 泡 数 量 最 大 值 为 7106 佐 10 (个 发 - 1 - 2 7 - 1 s 发m ) ,二 段 发 泡 器 浮 选 柱 为 9170 佐 10 (个 发s 图 5 柱 中 各 点 Cu 品 位 - 2 8 发m ) ,三 段 发 泡 器 浮 选 柱 可 达 到 1162 佐 10 (个 发 Fig15 Variation of copper grade with column height - 1 - 2 s 发m ) 。 由 此 可 见 ,多 段 发 泡 器 增 多 气 泡 数 量 的 2 13   泡 沫 层 高 度 效 果 十 分 显 著 。 颗 粒 / 气 泡 结 合 体 在 浮 升 过 程 中 以 及 在 泡 沫 层 内 ,由 于 相 互 碰 撞 或 其 他 原 因 发 生 气 泡 兼 并 、破 裂 会 导 致 脱 附 的 发 生 。 浮 选 柱 泡 沫 层 高 度 对 硫 化 矿 浮 选 效 果 的 影 响 如 图 6 所 示 ,总 的 趋 势 是 ,泡 沫 层 厚 度 高 对 品 位 有 利 ,对 回 收 率 不 利 。 亲 水 颗 粒 的 脱 落 归 因 于 泡 沫 / 颗 粒 结 合 体 到 达 界 面 的 动 能 释 放 和 界 面 的 冲 击 力 、气 泡 振 动 以 及 气 泡 兼 并 。 浮 选 柱 泡 沫 层 过 高 ,导 致 气 泡 运 载 能 力 减 小 ,附 着 矿 物 颗 粒 的 脱 落 概 率 增 大 。 疏 水 性 差 的 矿 物 浮 选 需 要 较 低 的 泡 沫 层 厚 度 ,以 便 增 加 回 收 率 。 若 要 求 获 得 高 的 精 矿 品 位 ,可 适 当 增 加 浮 选 柱 泡 沫 层 高 度 。 2 14   气 泡 表 面 积 通 量 气 体 压 力 014MPa ;温 度 293 K 为 了 根 本 改 善 浮 选 效 果 ,需 要 对 发 泡 器 的 段 数 图 7 表 观 充 气 速 率 与 气 泡 表 面 积 通 量 的 关 系 Fig17   Relationship of bubble surface area flux and superficial gas velocity 和 布 置 进 行 研 究 ,以 增 大 柱 浮 选 的 气 泡 表 面 积 通 量 , 缩 短 某 些 气 泡 / 颗 粒 结 合 体 的 浮 升 距 离 。 基 于 气 泡 直 径 与 表 观 充 气 速 率 ,可 以 计 算 气 泡 表 面 积 通 量 。 采 用 不 同 段 数 发 泡 器 ,气 泡 表 面 积 通 量 ( Sb) 与 表 观 浮 选 柱 发 泡 器 段 数 增 加 ,表 观 充 气 速 率 增 加 时 , 气 泡 尺 寸 减 少 或 不 增 大 ,有 效 地 增 加 气 泡 数 量 ,也 就 5 2 有 色 金 属 第 58 卷 是 增 大 气 泡 表 面 积 通 量 ,增 加 了 气 泡 与 细 颗 粒 碰 撞 的 几 率 和 次 数 ,对 提 高 分 选 效 率 效 果 十 分 显 著 ,如 表 了 土 耳 其 伊 斯 坦 布 尔 大 学 采 用 传 统 浮 选 柱 浮 选 该 硫 化 矿 的 指 标 作 为 参 考 。 硫 化 矿 混 合 浮 选 产 品 的 粒 级 分 析 结 果 表 明 ,回 收 率 提 高 主 要 归 因 于 - 45μ m 粒 级 回 收 率 的 提 高 ,见 表 4。 3 所 示 。 在 品 位 下 降 不 大 的 情 况 下 ,三 段 发 泡 器 较 二 段 发 泡 器 回 收 率 提 高 6104 个 百 分 点 ,而 二 段 发 泡 器 较 一 段 发 泡 器 提 高 11181 个 百 分 点 。 表 3 中 给 出 表 3 浮 选 柱 气 泡 表 面 积 通 量 与 硫 化 矿 浮 选 指 标 Table 3 Relationship of sulfide ore flotation indexes and bubble surface area flux of column flotation 品 位 / % 回 收 率 / % 产 品 产 率 / % 选 择 性 指 数 备 注 Cu S Cu S 混 合 精 矿 尾 矿 21188 781 12 100100 27182 72118 100100 33119 66181 100100 18160 80113 100100 1174 0118 0152 1162 01107 0153 1153 01074 01559 1179 0116 0146 44185 5140 14103 39100 2136 12155 37106 2135 13187 - 73121 26179 100100 85102 14198 100100 91117 8183 69194 30106 100100 86145 13155 100100 88168 11132 100100 - - 2 一 段 充 气 器 Jg = 2 佐 10 m/ s 51133 - 1 给 矿 sb = 200s 混 合 精 矿 尾 矿 - 2 二 段 充 气 器 Jg = 215 佐 10 m/ s - 1 57120 57198 5412 给 矿 sb = 220s 混 合 精 矿 尾 矿 - 2 三 段 充 气 器 Jg = 315 佐 10 m/ s - 1 sb = 250s 给 矿 100100 7218 2712 混 合 精 矿 尾 矿 - - 浮 选 矿 试 验 结 果 给 矿 - 100100 - 表 4 高 气 泡 表 面 积 通 量 浮 选 柱 浮 选 硫 化 矿 粒 级 回 收 率 Table 4 Variations of copper recovery with particle size in column flotation of bubble surface area flux 粒 级 占 有 率 / % 45μ m - 45μ m Cu 品 位 / % + 45μ m - 45μ m Cu 回 收 率 / % + 45μ m - 45μ m 产 品 产 率 / % 表 观 充 气 速 率 ( Jg ) + WWW.KY114.CN 尾 矿 精 矿 给 矿 尾 矿 精 矿 给 矿 尾 矿 精 矿 给 矿 72188 27112 100100 67106 32194 100100 65146 34154 100100 61102 66118 62142 64191 75136 68135 66167 58170 63188 38198 33182 37158 35109 24164 31165 33133 41130 36112 01036 1118 01425 2127 7103 92197 100100 3121 96179 100100 4192 36170 63130 100100 21110 78190 100100 9140 2cm/ s ,一 段 发 泡 器 Sb∶150/ S 0137 0188 01026 11375 0151 01212 212987 0175 3cm/ s ,二 段 发 泡 器 Sb∶210/ S 010335 113828 0146 011209 117824 0178 95108 100100 90160 100100 315cm/ s ,三 段 发 泡 器 Sb∶250/ S   采 用 多 段 发 泡 器 ,布 置 在 浮 选 柱 的 不 同 位 置 ,不 兼 并 和 在 浮 升 过 程 中 变 大 及 其 对 颗 粒 的 碰 撞 捕 集 造 成 的 不 利 影 响 ,增 加 气 泡 与 颗 粒 碰 撞 几 率 和 碰 撞 的 次 数 ,而 且 高 气 泡 表 面 积 通 量 浮 选 柱 将 多 个 发 泡 器 布 置 在 柱 的 不 同 高 度 ,缩 短 了 某 些 气 泡 / 颗 粒 结 合 体 的 浮 升 距 离 ,十 分 有 利 于 减 轻 因 大 表 观 充 气 速 率 造 成 的 矿 浆 紊 流 和 扰 动 ,使 气 泡 / 颗 粒 结 合 体 有 相 对 静 态 的 浮 升 环 境 ,避 免 了 在 浮 升 过 程 中 疏 水 颗 粒 的 脱 落 ,实 现 疏 水 颗 粒 的 迅 速 捕 集 和 转 移 到 泡 沫 层 ,进 而 迅 速 排 出 ,从 而 对 物 料 的 粒 度 有 较 强 的 适 应 性 。 多 段 发 泡 器 的 另 一 个 显 著 的 优 势 是 其 位 置 可 根 据 浮 选 物 料 性 质 和 选 别 指 标 的 要 求 调 整 ,并 可 灵 活 调 节 各 自 的 充 气 参 数 。 高 气 泡 表 面 积 通 量 ,避 免 气 泡 因 携 带 能 力 不 足 导 致 的 回 收 率 损 失 。 多 段 发 泡 器 在 浮 选 精 矿 品 位 下 降 不 大 的 情 况 下 ,精 矿 回 收 率 大 幅 度 提 高 (10 个 百 分 点 以 上 ) 。 仅 减 少 气 泡 兼 并 的 可 能 性 ,而 且 不 同 高 度 的 发 泡 器 可 分 工 合 作 。 上 部 发 泡 器 产 生 的 气 泡 可 较 快 地 完 成 对 疏 水 大 颗 粒 的 捕 集 ,实 现 疏 水 颗 粒 的 迅 速 捕 集 和 转 移 到 泡 沫 层 ,进 而 迅 速 排 出 ,而 不 像 传 统 浮 选 柱 上 部 气 泡 由 于 已 满 负 载 基 本 不 再 捕 集 颗 粒 (传 统 浮 选 柱 气 泡 容 易 过 载 ,导 致 已 捕 集 颗 粒 脱 附 ,造 成 回 收 率 损 失 ) 。 下 部 发 泡 器 产 生 的 气 泡 可 完 成 对 疏 水 小 颗 粒 的 捕 集 ,浮 升 距 离 长 ,有 利 于 亲 水 颗 粒 从 气 泡 表 面 脱 附 ,减 少 机 械 夹 杂 ,提 高 浮 选 选 择 性 。 3 结 论 采 用 多 段 发 泡 器 在 高 表 观 充 气 速 率 (3~ 4 佐 2 m/ s) 的 条 件 下 ,可 不 增 加 气 泡 尺 寸 ,大 幅 度 增 - 0 1 加 气 泡 数 量 ,获 得 高 气 泡 表 面 积 通 量 ,减 少 了 气 泡 的 第 4 期 陈 泉 源 等 : 高 气 泡 表 面 积 通 量 浮 选 柱 浮 选 硫 化 铜 矿 参 数 的 研 究 53 致 谢 :柏 林 工 业 大 学 Dr1 L1 Rolf , Dr1 M1 Salas , Dipl1 M1 Hinkel , Bernick 先 生 和 Teubert 先 生 在 浮 选 柱 的 制 造 、安 装 和 调 试 中 给 予 了 极 大 的 帮 助 。 参 考 文 献 : [ [ [ [ 1 ] Dai Z , Fornasiero D , Ralston J . 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On the optimization of column height [J ]. Miner Metall Process , 1996 , 13(1) : 36 - 41. Flotation Parameter Investigation of Copper Sulf ide Ore by Flotation Column with High Bubble Surface Area Flux 1 2 3 4 CHEN Quan2yuan , ZHA N G Jing2sheng , WA N G Dian2zuo , H. Z. Kuyumcu ( 11 School of Environmental Science and Engineering , Donhua University , S hanghai 200051 , China; 2. Changsha Research Institute of Ming and Metallurgy , Changsha 410012 , China; 3. Central south University , Changsha 410083 , China; 4 . TU Berlin , Berlin D10623 , Germany) Abstract The flotation performance of the flotation column with high bubble surface area flux is verified and the main structural and operation parameters of the column are optimized by investigation of the copper sulfide ore floata2 tion1 The results show that the column with independent multi2spargers generates sufficient and very fine bub2 bles , that is , increase the numbers of the bubble without the change of the average diameter of the bubble , at high superficial gas velocity. Consequently , the independent multi2spargers increase the bubble surface area flux of the column effectively. The column flotation with high bubble surface area flux can also decrease the possibili2 ty of bubble coalescence and avoid the loss of recovery of hydrophobic particles due to the insufficient carrying ca2 pability of bubbles , which often occure in traditional column flotation. It is concluded that the column flotation with high bubble surface area flux can upgrade the flotation efficiency , which can be attributed to the exploita2 tion of independent multi2spargers. The over 10 percentage of copper recovery is increased for copper sulfide ore floatation by using the flotation column with high bubble surface area flux at similar concentrate grade1 Keywords : mineral processing ; flotation column ; sulfide ore ; bubble surface area flux ; structural parame2 ter ; operation parameter
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