CN1144144A - 提高微细粒矿物浮选效率的方法及浮选装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于提高微细粒矿物浮选效率的方法及浮选装置。其关键是：浮选过程中，气泡在外力激发下产生一定的形变振荡，其形变振荡频率1/(2τ₁)>f>1/(2τ₂)，形变振荡幅度为气泡直径的10～50％。公开的浮选装置中，气泡形变振荡是通过对充填波纹板介质的柱体施加周期性振动或通过喷嘴瞬间施力和强紊流共同激发的。提供的三种具体方案均能有效提高微细粒矿物浮选效率，可广泛用于各种微细嵌布矿产资源的分选，提纯及废水处理。

Description

提高微细粒矿物浮选效率的方法及浮选装置

本发明涉及一种用于提高微细粒矿物浮选效率的方法及浮选装置。

众所周知，矿物浮选过程包含以下一些步骤：1)矿粒与气泡的接触；2)矿粒与气泡的附着；3)负载气泡与矿浆体的分离；4)泡沫层中二次精选。对于微细粒矿物，由于矿粒尺寸小、质量小，矿粒与气泡的接触几率和附着几率都很低；而微细粒矿物与气泡之间无选择性非接触粘着的普遍存在及气泡对矿粒的夹带影响分选的选择性。这些就构成了微细粒矿物浮选效率低的原因。

已知的提高微细粒矿物浮选效率的方法，一是增大矿粒行为尺寸来提高矿粒与气泡的接触几率和附着几率，如载体浮选、絮凝浮选，但矿粒行为尺寸的增大过程也是一个限制分选选择性的过程，要保证这个过程的高选择性，从现有技术水平看，还存在一定难度，因而其应用受到限制；二是减小气泡尺寸，实行微泡浮选，适当减小气泡尺寸能提高微细矿粒与气泡的接触几率和附着几率，但当气泡尺寸太小时，又将发生相反的作用，因而效果有限；三是通过提高矿粒、气泡接触的相对速度和使矿粒、气泡对流来增加矿粒、气泡接触机会，如喷射式浮选、柱浮选，但对微细粒矿物浮选效率提高幅度仍不大，同时喷咀磨损、柱高给配置带来的麻烦也阻碍其大规模应用；四是离心力场浮选，由于在离心力场下，微细矿粒具有较大的惯性力，有利于矿粒、气泡的惯性碰撞接触，但仍需解决诸如在离心力场中矿粒的良好分散，合适气泡的产生及负载气泡与矿浆的快速分离等问题；五是强化浮选药剂的作用，矿粒疏水性的增强及气泡膜性能的改善将使微细矿粒与气泡的附着几率提高，但对接触几率没有多大影响，因而不能从根本上解决问题。

1986年公布的美国专利(专利号4,529,834)给出了一种提高微细粒矿物浮选效率的静态充填式浮选柱，通过在浮选柱内充填波纹板介质，形成许多狭小通道，增加矿粒与气泡的接触机会，同时能保持一个较高的泡沫层，有利于泡沫层的二次精选，提高了微细粒矿物浮选效率。但浮选柱高度仍然在6米以上，生产能力较低，还容易产生堵塞问题，因而至今并末得到推广应用。

1988年，澳大利亚的G.J.Jameson在《Column Flotation′88》上介绍了一种新型喷射式浮选柱，由顶部装有喷头的下导管和分选柱组成。矿浆通过喷咀高速喷射进入下导管，空气由负压自动吸入，由于下导管中高气溶率，矿粒在下导管中快速完成与气泡的接触和附着过程，分选柱只起使负载气泡与矿浆体之间分离和泡沫二次精选作用，因而柱体高度只有1米。其突破之处在于利用下导管中高的气溶率提高矿粒、气泡接触和附着几率，但由于缺少对负载气泡与矿浆体分离及泡沫二次精选过程的创新，因而效率的提高并不显著。虽然柱体的高度得到了极大的降低，但同时也带来了喷咀堵塞和磨损的问题。

以上的一些方法及浮选装置在微细粒矿物浮选不同环节及一定程度上改善了微细粒矿物浮选过程，但均存在一些局限性，没有从根本上解决微细粒矿物浮选效率低的问题。

本发明的目的在于提供一种能显著提高微细粒矿物浮选效率的方法及浮选装置。

本发明的目的可通过以下技术方案来达到：

一种提高微细粒矿物浮选效率的方法，其关键是，在矿粒与气泡的接触、矿粒与气泡的附着、负载气泡与矿浆体的分离及泡沫中的二次精选四个过程中，气泡在外力激发下产生形变振荡，其形变振荡频率1/(2τ₁)＞f＞1/(2τ₂)，形变振荡幅度为气泡直径的10～50％。

以往的技术只注意到了矿物浮选过程中矿粒、气泡的大小，速度及表面物理化学性质的影响，而忽视了气泡形变振荡这一可变因素。分析研究表明，在微细粒矿物浮选过程中，当气泡发生合适的形变振荡时，一方面将促进微细矿粒与气泡的相互接触，增加接触机会，显著提高矿粒与气泡的接触几率同时将激发气泡膜的伸缩振动，使气泡水化膜易于破裂，促进疏水性矿粒与气泡的附着，显著提高疏水性矿粒在气泡上的附着几率；另一方面，还能有效清除微细矿粒在气泡上的无选择性非接触粘着和气泡对矿粒的夹带，强化泡沫的二次精选作用，提高浮选的选择性。因此，合适的气泡形变振荡将极大地提高微细粒矿物浮选效率。

合适的气泡形变振荡参数是这样确定的。当气泡形变振荡时，在一个周期内，与气泡邻近的矿粒受到气泡一次主动接触和一次排斥，可以近似认为，主动接触时间等于气泡形变振荡的半周期。当主动接触时间大于疏水性矿粒的浮选感应时间τ₁而小于亲水性矿粒的浮选感应时间τ₂时，对提高矿物的分选效率有利。

τ₂＞1/(2f)＞τ₁   即1/(2τ₁)＞f＞1/(2τ₂)

在一定范围内，气泡形变振荡幅度越大，提高微细粒矿物浮选效果越好。但振幅过大，所需的能耗剧增，同时可能导致附着矿粒的脱落，使浮选效果变坏。另外，气泡形变振荡幅度还与激振频率、气泡大小有关，频率越高，气泡越小，振幅可以越小。一般情况下，气泡形变振荡幅度控制在气泡直径的10～50％为宜。

气泡形变振荡可以通过如下方式获得：

1)紊流或搅拌，矿浆中的气泡受到紊流脉动速度的作用或搅拌叶轮的直接作用而发生形变振荡；

2)施加周期性振动，一定频率和振幅的振动作用于浮选系统引起气泡形变振荡；

3)强制通过充填介质，当矿浆和气泡通过由充填介质形成的弯曲窄通道时，气泡被迫与介质碰撞，改变方向，发生形变振荡；

4)瞬间施力，气泡受到一个瞬间力的作用，发生较大的形变，随着力的解除，气泡将发生形变振荡，其频率与气泡的固有振动频率接近，但这种形变振荡将迅速衰减。

合适的气泡形变振荡通常是通过以上方式中多种方式的组合实现的。

需要注意的是，一定的气泡形变振荡能显著提高微细矿粒与气泡的接触、附着几率，也能导致气泡间兼并的急剧增加，因此，在浮选装置中充填分隔介质，尤其在负载气泡与矿浆体分离及泡沫二次精选两个过程就显得重要，这样可以显著减少气泡兼并的发生。

第一种使用上述方法提高微细粒矿物浮选效率的浮选装置，其特殊之处是：由捕收柱和分选柱组成，捕收柱上装有激振器，其激振频率1/(2τ₁)＞f＞1/(2τ₂)，捕收柱的振幅为λ＝k/f²，k＝1～5米/秒²，柱内充填波纹板介质，柱底设有矿浆、空气入口，柱顶设有排出口；分选柱上装有激振器，其激振频率1/(2τ₁)＞f＞1/(2τ₂)，分选柱的振幅为λ＝k/f²，k＝1～5米/秒²，柱内充填波纹板介质，柱中部设有给矿入口，与捕收柱排出口通过软管连接，柱顶部设有泡沫产品排出口和清洗水管，柱底部设有矿浆排出口和空气入口。

上述解决方案中，捕收柱的高度可以是1～1.5米，分选柱的高度可以是1.5～2.5米；波纹板介质的波距可以在3～20毫米之间，波纹板介质在捕收柱和分选柱内可分段充填，段与段之间波纹板介质波纹方向可成45～90度角。

本发明提供的第二种使用上述方法，提高微细粒矿物浮选效率的浮选装置，由顶部装有喷头组件的导管和分选柱组成，其特殊之处在于：喷头组件为多喷咀结构，其中一个为高速水流喷咀，布置于导管的中心，周围为环形低速矿浆喷管；分选柱上装有激振器，其激振频率1/(2τ₁)＞f＞1/(2τ₂)，分选柱振幅λ＝k/f²，k＝1～5米/秒²，柱内充填波纹板介质，柱中部设有给料入口，与导管下端通过软管连接，柱顶设有泡沫产品排出口和清洗水管，柱底部设有矿浆排出口和空气入口。

上述解决方案中，导管长可以是1～3米，分选柱高可以是1.5～2.5米；波纹板介质的波距可以在3～20毫米之间，波纹板在分选柱内可分段充填，段与段之间波纹板波纹方向可成45～90度角。

本发明提供的第三种使用上述方法提高微细粒矿物浮选效率的装置，由内充填波纹板介质的浮选柱组成，其特殊之处是：浮选柱上装有激振器，其激振频率1/(2τ₁)＞f＞1/(2τ₂)，浮选柱振幅为λ＝k/f²，k＝1～5米/秒²。

浮选柱的高度可以是2～3米。

附图描述了本发明浮选装置三个方案的结构简图。

图1是本发明浮选装置第一种方案的结构简图；

图2是本发明浮选装置第二种方案的结构简图；

图3是本发明浮选装置第三种方案的结构简图；

图4是波纹板介质充填方式；

图5是喷头组件结构图。

参见图1知，第一种方案的浮选装置由捕收柱3和分选柱7组成。捕收柱上装有激振器4，内充填波纹板介质2，柱底部为矿浆、空气入口1，柱顶部为排出口5；分选柱上装有激振器11，柱内充填波纹板介质8，中部设有给矿入口6，顶部设有清洗水管12和泡沫产品排出口13，底部设有矿浆排出口10，空气入口9；捕收柱排出口5与分选柱给矿入口6通过软管14连接。

矿浆和空气由捕收柱入口1给入，由于充填介质和激振器的共同作用，很快形成细小气泡，并激发气泡产生形变振荡。合适的气泡形变振荡使微细矿粒与气泡的接触几率和附着几率得到极大的提高，因而矿粒在捕收柱中停留10～20秒，即可得到气泡较完全的捕获。

为了配置上的方便，捕收柱高度一般限制在1～1.5米之间。

从捕收柱中排出的矿浆、气泡混合物经给矿入口6给入分选柱，负载气泡在充填波纹板介质形成的通道中上升，激振器引起分选柱振动，进而通过波纹板充填介质使分选柱内气泡也产生形变振荡，由于气泡形变振荡及清洗水的共同作用，亲水性颗粒在负载气泡表面的无选择性非接触粘着及气泡对矿粒的夹带易于清除，从而可以强化精选作用，得到高品位精矿，最终泡沫产品从排出口13排出。另一方面，分选柱底部通过空气入口9充气，在给矿入口6以下的充填波纹板介质通道中形成一定量的上升气泡，对在捕收柱中未得到气泡捕获的少量疏水性矿物颗粒及由于精选作用而脱落的疏水性矿物颗粒补充捕获，从而确保高的回收率，最终非可浮尾矿从矿浆排出口排出。

为确保分选效率和便于配置，分选柱高度为1.5～2.5米，矿浆在分选柱内平均停留时间2～3分钟。

波纹板介质2和8在捕收柱和分选柱中的充填方式如图4示，层与层之间波纹板介质波纹方向成45～90度角。

捕收柱和分选柱的激振参数可以通过如下方式选择：一般微细粒矿物浮选中，亲水性矿物的浮选感应时间在10^-2秒以上，疏水性矿粒的浮选感应时间在10^-3秒以内，因此，捕收柱和分选柱上激振器激振频率可在几十到几千赫兹之间选取；根据频率大小，激振器可以是惯性激振器，电磁激振器或超声激振器。为了产生合适的气泡形变振荡幅度，相应捕收柱和分选柱的振幅λ＝k/f²，不同的浮选体系，根据实验数据选取k＝1～5米/秒²，一般可取，k＝2.5米/秒²。

捕收柱和分选柱分别由隔振弹簧支承。

参见图2知，第二种方案的浮选装置，由顶部装有喷头组件15的导管16和分选柱20组成，导管顶部的喷头组件详见图5，35为高速水流喷咀，36为环形低速矿浆喷管，37为固定螺母，38为空气入口，39为环形挡板；导管底部为排出口17；分选柱上装有激振器24，柱内充填波纹板介质21，中部设有给料入口19，顶部设有清洗水管25和泡沫产品排出口26，底部设有矿浆排出口23和空气入口22；导管排出口17与分选柱给料入口19通过软管18连接。

经高浓度调浆的矿浆通过喷头组件中环形低速矿浆喷管36以小于5米/秒速度给入导管16；与此同时，浮选补加水通过高速水流喷咀35以大于20米/秒的速度也给入导管16，空气由入口38自动吸入，在导管中形成细小气泡，由于高速水流的喷射作用，一方面矿粒与气泡高速碰撞接触；另一方面，造成导管中的强紊流，由于强紊流作用及喷咀附近急剧的压力变化给气泡施加的瞬间力作用，气泡发生形变振荡，其振荡频率高达1000赫兹，形变振荡幅度较大，因而对微细矿粒与气泡的接触和附着极为有利。导管越长，矿粒与气泡的作用时间越长，有利于气泡对矿粒的充分捕获，但由于气泡的形变振荡随着离开喷射区域而迅速衰减，所以过长的导管也是没有必要的，以1～3米为宜。导管的直径可以矿浆在导管中平均停留时间5～10秒进行设计。

从导管中排出的矿浆、气泡混合物由给料入口19给入分选柱，负载气泡在充填波纹板介质形成的通道中上升，激振器24引起分选柱振动，进而通过波纹板充填介质使分选柱内气泡也产生形变振荡。由于气泡形变振荡及清洗水的共同作用，亲水性颗粒在负载气泡表面的无选择性非接触粘着及气泡对矿粒的夹带易于清除，从而可以强化精选作用，得到高品位精矿，最终泡沫产品从排出口26排出。另一方面，分选柱底部通过空气入口22充气，在给料入口19以下的充填波纹板介质通道中形成一定量的上升气泡，对在导管中未得到气泡捕获的少量疏水性矿物颗粒及由于精选作用而脱落的疏水性颗粒补充捕获，从而确保高的回收率，最终非可浮尾矿从矿浆排出口23排出。

为确保分选效率和便于配置，分选柱高度为1.5～2.5米，矿浆在分选柱内平均停留时间2～3分钟。

波纹板介质21在分选柱内的充填方式如图4示，层与层波纹板介质波纹方向成90度角。

分选柱的激振参数可以通过如下方法选取：一般微细粒矿物浮选中，亲水性矿粒的浮选感应时间在10^-2秒以上，疏水性矿粒的浮选感应时间则在10^-3秒以内，因此分选柱上激振器频率可在几十到几千赫兹之间选取；根据频率大小，激振器可以是惯性激振器，电磁激振器或超声波激振器。为了产生合适的气泡形变振荡幅度，相应分选柱的振幅λ＝k/f²，不同的浮选体系根据实验数据选取k＝1～5米/秒²，一般可取k＝2.5米/秒²。

分选柱由隔振弹簧支承。

参见图3知，第三种方案的浮选装置由内充填波纹板介质29的浮选柱28组成，浮选柱上装有激振器32，中部设有给矿入口27，顶部设有清洗水管33和泡沫产品排出口34，底部设有矿浆排出口31和空气入口30。

空气由入口30给入，由于浮选柱内充填波纹板介质和激振器的激振作用，空气很快形成细小气泡，在充填波纹板介质形成的通道中上升，并发生形变振荡；经调浆的矿浆由给矿口27给入浮选柱，矿浆向下运动，与向上运动的气泡相遇。一方面，由于合适的气泡形变振荡，矿粒与气泡的接触几率和附着几率都很高；另一方面，由于气泡的形变振荡及清洗水的共同作用，负载气泡在上升过程中对微细亲水性矿物颗粒的无选择性非接触粘着及夹带都可被有效清除，从而可保障微细粒矿物浮选的高效率。最终泡沫产品从排出口34排出，非可浮尾矿从矿浆排出口31排出。

为保证分选效率和便于配置，设计浮选柱时遵循如下设计参数：浮选柱高度2～3米，矿浆平均停留时间3～5分钟，波纹板介质在浮选柱中的充填方式见附图4。

浮选柱的激振参数可以通过如下方法选取：一般微细粒矿物浮选中，亲水性矿粒的浮选感应时间在10^-2秒以上，疏水性矿粒的浮选感应时间则在10^-3秒以内，因此，浮选柱上激振器激振频率可在几十到几千赫兹之间选取；根据频率大小，激振器可以是惯性激振器，电磁激振器或超声波激振器。为了产生合适的气泡形变振荡幅度，相应浮选柱的振幅λ＝k/f²，不同的浮选体系根据实验数据选取k＝1～5米/秒²，一般可取k＝2.5米/秒²。

浮选柱由隔振弹簧支承。

结合以上所述，本发明与现有技术相比，有如下优点：

1.由于在浮选过程中，气泡产生合适的形变振荡，强化了微细矿粒与气泡的接触和附着，消除了亲水性矿粒在气泡上的无选择性非接触粘着和夹带，本发明提供的方法和浮选装置，提高了微细粒矿物浮选效率；

2.现有浮选设备可调因素少，而本发明提供的三个方案的浮选装置，可调因素多，易于调节，第一种方案浮选装置由捕收柱和分选柱组成，分别设置激振器，便于对浮选过程作出最佳的调节；第二种方案浮选装置，喷头结构中矿浆喷管喷射速度小，不易磨损，水流喷咀以高速喷射，无磨损，可以在较宽范围内调节，便于导管中气泡形变振荡特性的调整，分选柱内气泡形变振荡参数通过调节激振器控制装置亦可得到优化调整；第三种方案浮选装置中，对气泡形变振荡参数也可通过激振器作出方便的调整；三种方案的浮选设备中对充气量、气泡大小、泡沫厚度、冲洗水等均可作出调整，满足不同工艺的需要；

3.三种方案的浮选设备，高度均在3米以下，比传统浮选柱有明显的降低，结构紧凑；由于设备浮选效率高，一般微细粒浮选过程只须一段到两段配置，流程简单，配置方便，投资省；

4.虽然三种方案浮选设备均设有充填波纹板介质，但由于激振器激振作用，且柱高较小，与静态充填式浮选柱相比，不易堵塞，生产能力提高。

Claims (9)

1.一种提高微细粒矿物浮选效率的方法，其特征是，在矿粒与气泡的接触、矿粒与气泡的附着、负载气泡与矿浆体的分离及泡沫中的二次精选四个过程中，气泡在外力激发下产生形变振荡，其形变振荡频率1/(2τ₁)＞f＞1/(2τ₂)，形变振荡幅度为气泡直径的10～50％。

2.一种使用权利要求1所述的用于提高微细粒矿物浮选效率的方法的浮选装置，其特征是：由捕收柱和分选柱组成，捕收柱上装有激振器，其激振频率1/(2τ₁)＞f＞1/(2τ₂)，捕收柱的振幅为λ＝k/f²，k＝1～5米/秒²，柱内充填波纹板介质，柱底设有矿浆、空气入口，柱顶设有排出口；分选柱上装有激振器，其激振频率1/(2τ₁)＞f＞1/(2τ₂)，分选柱的振幅为λ＝k/f²，k＝1～5米/秒²，柱内充填波纹板介质，柱中部设有给矿入口，与捕收柱排出口通过软管连接，柱顶部设有泡沫产品排出口和清洗水管，柱底部设有矿浆排出口和空气入口。

3.根据权利要求2所述的一种浮选装置，其特征在于：所述捕收柱的高度为1～1.5米，分选柱的高度为1.5～2.5米。

4.根据权利要求2或3所述的一种浮选装置，其特征在于：所述波纹板介质的波距在3～20毫米之间，波纹板介质在捕收柱和分选柱内分段充填，段与段之间波纹板介质波纹方向成45～90度角。

5.一种使用权利要求1所述的用于提高微细粒矿物浮选效率的方法的浮选装置，由顶部装有喷头组件的导管和分选柱组成，其特征是：喷头组件为多喷咀结构，其中一个为高速水流喷咀，布置于导管的中心，周围为环形低速矿浆喷管；分选柱上装有激振器，其激振频率1/(2τ₁)＞f＞1/(2τ₂)，分选柱振幅λ＝k/f²，k＝1～5米/秒²，柱内充填波纹板介质，柱中部设有给料入口，与导管下端通过软管连接，柱顶设有泡沫产品排出口和清洗水管，柱底部设有矿浆排出口和空气入口。

6.根据权利要求5所述的一种浮选装置，其特征在于：所述导管长为1～3米，分选柱高为1.5～2.5米。

7.根据权利要求5或6所述的一种浮选装置，其特征在于：所述波纹板介质的波距在3～20毫米之间，波纹板在分选柱内分段充填，段与段之间波纹板介质波纹方向成45～90度角。

8.一种使用权利要求1所述的用于提高微细粒矿物浮选效率的方法的浮选装置，由内充填波纹板介质的浮选柱组成，其特征是：浮选柱上装有激振器，其激振频率1/(2τ₁)＞f＞1/(2τ₂)，浮选柱振幅为λ＝k/f²，k＝1～5米/秒²。

9.根据权利要求8所述的一种浮选装置，其特征在于：所述浮选柱的高度为2～3米。

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