2021-10-09 18:27:28

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浮选是指采用能产生大量气泡的表面活性剂-起泡剂。当在水中通入空气或由于水的搅动引起空气进入水中时,表面活性剂的疏水端在气-液界面向气泡的空气一方定向,亲水端仍在溶液内,形成了气泡;另一种起捕集作用的表面活性剂(一般都是阳离子表面活性剂,也包括脂肪胺) 吸附在固体矿粉的表面。这种吸附随矿物性质的不同而有一定的选择性,其基本原理是利用晶体表面的晶格缺陷,而向外的疏水端部分地插入气泡内,这样在浮选过程中气泡就可能把指定的矿粉带走,达到选矿的目的。

基本信息

  • 分类

    分选有价组分不同

  • 出处

    明《天工开物》

折叠 编辑本段 简介

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。浮选的另一重要用途是降低细粒煤中的灰分和从煤中脱除细粒硫铁矿。全世界每年经浮选处理的矿石和物料有数十亿吨。大型选矿厂每天处理矿石达十万吨。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。

浮选适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,回收化工产品(如纸浆,表面活性物质等)以及废水中的无机物和有机物。

折叠 编辑本段 用途

浮选法广泛用于细粒嵌布的金属矿物非金属矿产、化工原料矿物等的分选。 我国所称的选矿是源自西文的"(oredressing)选矿",原义可进似地译作矿石调理(是冶炼前的准备工作),现今由于技术内容的扩展,西方通常使用"矿物加工(mineral processing)"一词。目前广为大众学者说接受的浮选,精确地说,应为矿物"泡沫浮选(froth flotation)"。

浮选的另一重要用途是降低细粒煤中的灰分和从煤中脱除细粒硫铁矿。全世界每年经浮选处理的矿石和物料有数十亿吨。大型选矿厂每天处理矿石达十万吨。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。 浮选适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。

折叠 编辑本段 浮选分类

浮选按分选有价组分不同可分为正浮选与反浮选,将无用矿物(即脉石矿物)面在矿浆中作为尾矿排出的方法叫正浮选;反之叫反浮选。浮选中常用的浮选药剂有捕收剂起泡剂抑制剂活化剂、pH调整剂、分散剂、絮凝剂等。常见的浮选机有机械搅拌式、充气式、充气机械搅拌式等。

折叠 编辑本段 发展历史

折叠 中国古代

中国古代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。淘洗砂金时,将羽毛蘸油粘捕亲油疏水的金、银细粒,称为鹅毛刮金,迄今仍有应用。明《天工开物》记载金银作坊回收废弃器皿和尘土中金、银粉末时"滴清油数点,伴落聚底"。就是利用表面性质的差异进行分选的方法。

折叠 西方古代

在古希腊和欧洲也有用油和沥青收集矿物的证据。18世纪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。19世纪末期,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。前者是将矿石粉洒于浮选机中流动的水面上,疏水性矿物飘浮于表层被回收;后者在矿浆中拌入一定数量的矿物油,粘捕疏水亲油矿粒并浮至矿浆表面回收。

折叠 现代

到20世纪初应用泡沫浮选法,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。同时,浮选理论的研究也迅速发展,例如1932年美国高登著《浮选》,1933年苏联列宾捷尔著《浮选过程的物理化学》,1938年澳大利亚瓦克著《浮选原理》等。

1949年以前中国只有几座浮选厂,1949年以后建成了几百座处理各种矿石的现代浮选厂。在多金属矿石的分离浮选、复杂矿石的综合利用、铁矿石浮选以及非金属矿石与煤的浮选等领域内,均取得了成就。

折叠 编辑本段 浮选工艺

各种浮选工艺的理论基础大体相同,即矿粒因自身表面的疏水特性或经浮选药剂作用后获得的疏水(亲气或油)特性,可在液-气或水-油界面发生聚集。目前应用最广泛的是泡沫浮选法。矿石经破碎与磨碎使各种矿物解离成单体颗粒,并使颗粒大小符合浮选工艺要求。向磨矿后的矿浆加入各种浮选药剂并搅拌调和,使与矿物颗粒作用,以扩大不同矿物颗粒间的可浮性差别。调好的矿浆送入浮选槽,搅拌充气。矿浆中的矿粒与气泡接触、碰撞,可浮性好的矿粒选择性地粘附于气泡并被携带上升成为气-液-固三相组成的矿化泡沫层,经机械刮取或从矿浆面溢出,再脱水、干燥成精矿产品。不能浮起的脉石等矿物颗粒,随矿浆从浮选槽底部作为尾矿产品排出,图1为泡沫浮选过程示意图。有时,将无用矿物颗粒浮出,有用矿物颗粒留在矿浆中,称为反浮选,如从铁矿石中浮出石英等。

工艺实例:

云南省某铅锌矿主要铅矿物为氧化铅和硫化铅,以及少量的铅铁钒; 主要锌矿物为氧化锌,以及少量的硫化锌和铁尖晶石X射线衍射分析可知原矿中的氧化铅是白铅矿,硫化铅是方铅矿,氧化锌是异极矿,脉石成分有石英、萤石、方解石和白云石。主要矿物铅、锌关系复杂,多呈细脉浸染状,氧化矿与方解石的嵌布关系密切,硫化矿与石英的嵌布关系密切,风化、泥化严重。

试验原则流程的确定:根据白铅矿、异极矿硫化的顺序,确定了先硫化-黄药法浮选白铅矿,再硫化-苯硫酚法浮选异极矿的异步硫化-浮选流程,该流程比直接加入大量的Na2S一步硫化浮选效果更好。

磨矿细度试验

铅、锌的回收率随磨矿细度的提高先显著升高,当磨矿细度达到 -0.074 mm 占 95%时,铅、锌的回收率几乎同时达到最大值; 继续提高磨矿产品细度,铅、锌的回收率开始小幅下降。因此,该铅锌矿合适的磨矿细度为 -0.074 mm 占95% 。

浮选条件的试验:方铅矿的浮选条件试验包括Na2CO3用量试验和丁黄药用量试验,白铅矿的浮选条件试验包括Na2S 用量试验和丁黄药用量试验,异极矿浮选条件试验包括Na2S 用量试验和苯硫酚用量试验,通过以上试验确定最佳药剂用量。

闭路试验

对于该易磨易粉碎、嵌布粒度较细的铅锌矿石,利用同种矿物可浮性的差异,采用分级硫化浮选工艺,可以有效地降低药剂用量、提高分选指标;在 Na2S 硫化白铅矿的同时,少部分活性较好、难以被硫酸锌和亚硫酸钠抑制的异极矿也被硫化,从而随白铅矿一起上浮,导致白铅矿精矿含锌高达19.10% ,因此,将白铅矿浮选精矿作为铅锌混合精矿有利于提高生产效益,对于铅锌矿浮选工艺,烟台鑫海矿山设计院创新的工艺流程能得到较高的铅锌回收率和品位,受到好评。

折叠 编辑本段 浮选方法

折叠 常规泡沫浮选

常规泡沫浮选:适于选别0.5mm至5μm的矿粒,具体的粒限视矿种而定。当入选的粒度小于5μm 时需采用特殊的浮选方法。如絮凝-浮选是用絮凝剂使细粒的有用矿物絮凝成较大颗粒,脱出脉石细泥后再浮去粗粒脉石。载体浮选是用粒度适于浮选的矿粒作载体,使微细矿粒粘附于载体表面并随之上浮分选。还有用油类使细矿粒团聚进行浮选的油团聚浮选和乳化浮选;以及利用高温化学反应使矿石中金属矿物转化为金属后再浮选的离析浮选等。用泡沫浮选回收水溶液中的金属离子时,先用化学方法将其沉淀或用离子交换树脂吸附,然后再浮选沉淀物或树脂颗粒。

处理呈分子、离子及胶体大小的物料,采用浮沫分离。其特点是利用某些物料的疏水性,缓慢搅拌及少量充气,使成浮沫聚集于水面上刮出。如从水中回收油脂、蛋白质、纸浆以及化工产品等。离子浮选是在能与离子发生沉淀或络合的表面活性剂的作用下,使反应生成物进入浮沫,完成分选。

折叠 无泡沫浮选

无泡沫浮选:是使浮选物料在水-气、有机液-水、水-油界面(或表面)萃取聚集后分离。例如早期使用的薄膜浮选,全油浮选;正在发展中的液-液萃取浮选等。油球团筛分是用油将已疏水化了的有用矿物颗粒形成选择性球团后,再行筛分。浮选所需的气泡最早由煮沸矿浆或化学反应产生;目前常用机械搅拌以吸入空气或导入压缩空气起泡,还有减压或加压后再减压起泡以及电解起泡等。与浮选效果有关的因素很多,除矿石性质外以浮选药剂,浮选机和浮选流程最为重要。

折叠 编辑本段 浮选药剂

浮选时使用各种药剂来调节浮选物料和浮选介质的物理化学特性,以扩大浮选物料间的疏水-亲水性(即可浮性)差别,提高浮选效率。常用的浮选药剂分捕收剂、起泡剂和调整剂三大类。

捕收剂自然界中除煤、石墨、硫黄、滑石和辉钼矿等矿物颗粒表面疏水,具有天然可浮性外,大多数矿物颗粒的表面是亲水的。为改善可浮性,需添加使矿物颗粒疏水的捕收剂,即极性捕收剂和非极性捕收剂。极性捕收剂由能与矿物颗粒表面发生作用的极性基团和起疏水作用非极性基团两部分组成。当这类捕收剂吸附于矿物颗粒表面时,其分子或离子呈定向排列,极性基团朝向矿物颗粒表面,非极性基团朝外形成疏水膜,使矿粒具有可浮性。

选别铜、铅、锌、铁、镍与锑等硫化矿物时,常用各种有机硫代化合物作为捕收剂。具代表性的是:①烷基(乙、丙、丁、戊基等)二硫代碳酸钠(或钾),如CH3CH2OCSSNa,又称黄原酸盐,俗称黄药;②烷基二硫代磷酸或其盐类,如(RO)2PSSH,式中R为烷基,俗称黑药。烷基二硫代氨基甲酸盐以及黄药的酯类衍生物等,也是硫化矿物常用的捕收剂。

硫化矿物捕收剂多为各种有机含氧酸及其盐类,如脂肪酸及其皂类(常用的有油酸、塔尔油、氧化石蜡皂)以及烃基磺酸钠等。用于浮选铁矿石、磷灰石及萤石等。浮选钨、锡矿泥时,则用甲苯胂酸、苯乙烯磷酸等捕收剂。以上药剂均为离子型化合物,有效部分为阴离子,称阴离子捕收剂。常用的阳离子捕收剂有脂肪胺及醚胺,用于氧化锌矿及硅酸盐等矿物的浮选。

非离子型极性捕收剂的分子不解离,如含硫酯类,非极性捕收剂为烃油(也称中性油),如煤油、柴油等,用于天然可浮性矿物如石墨、辉钼矿及煤的浮选;与极性捕收剂共用,可进一步增大矿物颗粒的疏水性。

起泡剂 具有亲水基团和疏水基团的表面活性分子,定向吸附于水-空气界面,降低水溶液的表面张力,使充入水中的空气易于弥散成气泡,并产生稳定的泡沫。起泡剂与捕收剂有联合作用,共同吸附于矿物颗粒表面,促进矿物上浮。常用的起泡剂有松醇油(中国俗称二号油)、甲酚酸、混合脂肪醇、异构的己醇或辛醇、醚醇类以及各种酯类等。

调整剂按用途不同分:①pH值调整剂。通过调节矿浆酸碱度,控制矿物表面特性、矿浆化学组成以及各种药剂的作用条件,改善浮选效果。常用的有石灰、碳酸钠、氢氧化钠和硫酸等。②活化剂。能增强矿物同捕收剂的作用能力,使难浮矿物受到活化而被浮起。如用硫酸铜处理难于同黄药作用的闪锌矿,在矿物表面形成硫化铜覆盖薄膜,能被捕收浮选;或用硫化钠活化铅、铜氧化矿后,再用黄药浮选等。③抑制剂。提高矿物亲水性或阻止矿物同捕收剂作用,使其可浮性受到抑制。如用石灰抑制黄铁矿,用硫酸锌及氰化物抑制闪锌矿,用水玻璃抑制硅酸盐脉石等。利用淀粉,栲胶(单宁)等有机物作抑制剂,可使多种矿物浮选分离。④絮凝剂。使矿物细颗粒聚集成较大颗粒,以加快其在水中的沉降速度;利用选择性絮凝可进行絮凝-脱泥及絮凝-浮选。常用的絮凝剂有聚丙烯酰胺和淀粉等。⑤分散剂。阻止细矿粒聚集,使之处于单体分散状态,作用与絮凝剂相反,常用的有水玻璃、磷酸盐等。

浮选药剂的用量随药剂种类、矿石性质、浮选条件及流程特点等因素而变化。一般每吨矿石只用几克、数十克至数百克,也有多至数千克的。

折叠 编辑本段 主要设备

浮选机是浮选工艺的主要设备。由单槽或多槽串联组成,浮选中矿浆的搅拌充气,气泡与矿粒的粘附,气泡上升并形成泡沫层被刮出或溢流出等过程,都在浮选槽内进行。按搅拌和充气方式的不同,可分 5种:①机械搅拌式。搅拌和充气都由机械搅拌器实现。有离心叶轮、星形转子和棒形转子等类型。搅拌器在浮选槽内高速旋转,驱动矿浆流动,在叶轮腔内产生负压而吸入空气。②充气机械搅拌式。除机械搅拌外,再向浮选槽中充入低压空气。③充气式。靠压入空气进行搅拌并产生气泡,如浮选柱和泡沫分离装置等。④气体析出式。用降低压力方法或先加压后降至常压的方法,使矿浆中溶解的空气析出,形成微泡。⑤压力溶气式。利用高压将充入的空气预溶于水,然后在常压下于浮选槽内析出,形成大量微泡。

折叠 编辑本段 浮选流程

浮选流程包括磨矿,分级,调浆及浮选的粗选、精选、扫选作业。有一段磨浮流程;分段磨矿-浮选的阶段磨浮流程;精矿中矿再磨再选流程。浮选产出粗精矿的作业称粗选;粗精矿再选作业称精选;尾矿再选作业称扫选。回收矿石中多种有用矿物时,不同矿物先后浮选的流程称优先浮选或选择浮选;先将有用矿物全部浮出后再行分离的流程,称混合-分离浮选。工业生产时必须针对矿石的性质和对产品的要求,采用不同的药方和浮选流程。

铜矿浮选 硫化铜矿物常用黄药(捕收剂),松醇油(起泡剂)和石灰(调整剂)等药剂处理后浮选,以与脉石及共生的硫化铁矿物分离。大多采用优先浮选。氧化铜矿一般用硫化钠活化后再加黄药浮选,或直接用脂肪酸作捕收剂浮选。

铅锌矿浮选 采用优先浮选流程时,用硫酸锌、氰化物抑制闪锌矿,用黄药浮选方铅矿;然后用硫酸铜活化并再加黄药浮选闪锌矿。采用混合浮选流程时,先用黄药将铅、锌矿物一并浮出;再对混合精矿用硫酸锌、氰化物抑制锌矿物,浮出铅矿物。现在许多选矿厂采用亚硫酸及其盐类代替氰化物。

铁矿浮选 常用油酸、塔尔油、氧化石蜡皂或石油磺酸盐为捕收剂(兼起泡剂),浮选赤铁矿、褐铁矿等矿物,称铁矿正浮洗;或用阳离子胺类捕收剂浮选石英,或用阴离子捕收剂浮选经钙离子活化的石英,称铁矿反浮选。可用絮凝-脱泥-反浮选工艺处理细粒浸染铁矿石。

钨、锡矿泥浮选 对含有黑钨矿或锡石的细泥,用油酸或甲苯胂酸或苯乙烯磷酸作捕收剂,用水玻璃作脉石抑制剂浮选回收。有时还需用硝酸铅等作活化剂。

萤石及磷灰石浮选 常用油酸或氧化石蜡皂或塔尔油作捕收剂,用水玻璃、栲胶、磺化粗菲等作脉石抑制剂进行浮选。

煤泥和石墨浮选 一般用醇类作起泡剂,用煤油等中性油作捕收剂浮选。

折叠 编辑本段 影响因素

磨矿细度

磨矿细度必须满足下列要求:有用矿物基本上单体解离,粗粒单体矿粒粒度,必须小于矿物浮选的粒度上限,尽可能避免泥化。

矿浆浓度

最适宜的矿浆浓度,要根据矿石性质与浮选条件来确定:浮选比重较大或粒度较粗的矿物应采用较浓的矿浆,粗选与扫选作业也趋向于采用较浓的矿浆。

矿浆酸碱度

各种矿物在采用各种不同浮选药剂进行浮选时,都有一个浮与不浮的ph值,叫做临界ph值。控制临界ph值,就能控制各种矿物的有效分选。

药剂制度

浮选过程中加入药剂的种类和数量、加药地点和加药方式统称为药剂制度。它对浮选指标有重大影响,药剂的种类和数量,是通过矿石可选性试验确定的。

充气和搅拌

强化充气作用,可以提高浮选速度,节约水电与药剂。但充其量过分,会把大量的矿泥机械夹带至泡沫产品中,给选别造成困难,最终难于保证精矿的质量。

浮选时间

浮选时间的长短,要根据有用矿物的可浮性好坏及对精矿质量要求而定。

水质和矿浆温度

浮选一般在常温下进行。矿浆加温与否,需依据具体情况经详细的技术经济比较确定。同时还应因地适宜,进来利用余热与废气。

折叠 编辑本段 发展趋势

由于需浮选处理的矿石中的有用成分含量越来越低,浸染粒度越来越细,成分越来越复杂难选,同时,浮选领域不断扩大,包括其他选矿方法难于奏效的细泥物料的处理,老选矿厂尾矿的再处理,各种废旧金属材料的回收以及各种废料的处理、利用,以及污水的净化等。因此必须:①继续发展新的浮选工艺和大型高效的浮选设备;②研究作用力强,选择性好,用量少,无毒或毒性小的浮选药剂;③研究浮选数学模型以及过程的自动控制,使过程最佳化,达到最好的分选效果,以提高经济效益;④进一步从矿物工艺学、化学、物理学、表面化学、流体动力学、概率统计等方面深入研究浮选机理,以指导浮选生产实践,进一步发展浮选理论体系。自吸式浮选机,充气搅拌器具有类似泵的抽吸特性,既自吸空气又自吸矿浆。 机械搅拌式浮选机(俗称A型)其特点是: 第一,盖板上安装了18~20个导向叶片。 第二,叶轮、盖板、垂直轴、进气管、轴承、皮带轮等装配成-个整体部件。 第三,槽子周围装设了一圈直立的翅板,阻止矿浆产生涡流。 充气搅拌式式浮选机 其特点是:1、充气量易于单独调节;2、机械搅拌器磨损小;3、选别指标较好;4、功率消耗低。5、效充气量大;6、内形成一个矿浆上升流。 充气式浮选机 充气式浮选机:1、结构特点:无机械搅拌器无传动部件;2、充气特点:充气器充气,气泡大小由充气器结构调整;3、气泡与矿浆混合特点:逆流混合。用途:处理组成简单、品位较高、易选矿石的粗、扫选。浮选柱结构简单、占地面积小、维修方便、操作容易、节省动力。气体析出式浮选机 气体析出式浮选机主要用于细粒矿物浮选和含油废水的脱油浮选。 浮选机主要用于选别铜、锌、铅、镍、金等有色金属,也可以用于黑色金属和非金属的粗选和精选。选机由电动机三角带传动带动叶轮旋转,产生离心作用形成负压,一方面吸入充足的空气与矿浆混合,一方面搅拌矿浆与药物混合,同时细化泡沫,使矿物粘合泡沫之上,浮到矿浆面再形成矿化泡沫。调节闸板高度,控制液面,使有用泡沫被刮板刮出。 煤泥和药剂充分混合后给入浮选机的第一室的槽底下,叶轮旋转后,在轮腔中形成负压,使得槽底下和槽中的矿浆分别由叶轮的下吸口和上吸口进入混合区,也使得空气沿导气套筒进入混合区,矿浆、空气和药剂在这里混合。 在叶轮离心力的作用下,混合后的矿浆进入矿化区,空气形成气泡并被粉碎,与煤粒充分接触,形成矿化气泡,在定子和紊流板的作用下,均匀地分布于槽体截面,并且向上移动进入分离区,富集形成泡沫层,由刮泡机构排出,形成精煤泡沫。 分选转环慢速旋转,当分选室进入浮场区时,此时入选物料经矿浆分配器分别给到6个分选点,弱磁性矿粒被吸在齿板上并随分选环转动。非磁性矿粒在重力与矿浆流的作用下经过齿板的缝隙,排入分选环下部的尾矿槽中。分选室转至中矿清洗位置时,少量清洗水给入,将夹杂的脉石,连生体及矿泥洗入尾矿槽中(该机未设置中矿槽),以达到提高精矿质量的目的。当分选室转到磁场很弱的位置时(精矿冲洗区),喷入压力水,将吸在齿板上的弱磁性矿粒冲入精矿槽中。随后分选室转到另一个极性相反的磁场区,分选环每转一周,其中每个分选室如此反复6次。 槽底上面未被矿化的煤粒会通过循环孔和上吸口再一次混合、矿化和分离。槽底下未被叶轮吸入的部分矿浆,通过埋没在矿浆中的中矿箱进入第二室的槽底下,完成第一室的全部过程后,进入第三室,浮选机如此周而复始,矿浆通过最后一室后进入尾矿箱排出最终尾矿。

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