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    浮選

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    浮選

    “浮選(flotation)”一詞,是漂浮選礦的簡稱。浮選是根據礦物顆粒表面物理化學性質的不同,從礦石中分離 有用礦物的技術方法。

    1簡介


      浮選,漂浮選礦的簡稱,是根據礦物顆粒表面 物理化學性質的不同,按礦物可 浮性的差異進行 分選的方法。
      利用礦物表面的物理化學性質差異選別礦物顆粒的過程,舊稱 浮游選礦,是應用最廣泛的選礦方法。幾乎所有的礦石都可用浮選分選。如金礦、 銀礦、 方鉛礦、 閃鋅礦、 黃銅礦、 輝銅礦、 輝鉬礦、鎳 黃鐵礦等 硫化礦物, 孔雀石、 白鉛礦、菱 鋅礦、 異極礦和 赤鐵礦、 錫石、 黑鎢礦、鈦 鐵礦、 綠柱石、 鋰輝石以及稀土 金屬礦物、 鈾礦等氧化礦物的選別。 石墨、 硫黃、金剛石、石英、 云母、長石等非 金屬礦物和 硅酸鹽礦物及 螢石、 磷灰石、 重晶石等非金屬 鹽類礦物和 鉀鹽、巖鹽等可溶性鹽類礦物的選別。浮選的另一重要用途是降低 細粒煤中的 灰分和從煤中脫除細粒 硫鐵礦。全世界每年經浮選 處理的礦石和物料有數十億噸。大型 選礦廠每天處理礦石達十萬噸。浮選的生產指標和設備效率均較高,選別 硫化礦石 回收率在90%以上, 精礦品位可接近純礦物的理論品位。用浮選處理多金屬 共生礦物,如從銅、鉛、鋅等多金屬礦礦石中可分離出銅、鉛、鋅和硫鐵礦等多種精礦,且能得到很高的選別指標。
      浮選適于處理細粒及微細粒物料,用其他選礦方法難以回收小于10μm 的微細礦粒,也能用 浮選法處理。一些專門處理極細粒的 浮選技術,可回收的 粒度下限更低,超細浮選和 離子浮選技術能回收從 膠體顆粒到呈分子、 離子狀態的各類物質。浮選還可選別 火法冶金的 中間產品, 揮發物及 爐渣中的有用成分,處理 濕法冶金浸出渣和置換的沉淀產物,回收化工產品(如 紙漿, 表面活性物質等)以及廢水中的 無機物和有機物。

    浮選工藝流程(圖1)浮選工藝流程(圖1)

    2用途


       浮選法廣泛用于 細粒嵌布的金屬 礦物、 非金屬礦產、 化工原料礦物等的 分選。 我國所稱的 選礦是源自西文的“(oredressing)選礦”,原義可進似地譯作 礦石調理(是冶煉前的準備工作),現今由于技術內容的擴展,西方通常使用“礦物加工(mineral processing)”一詞。目前廣為大眾學者說接受的浮選,精確地說,應為礦物“ 泡沫浮選(froth flotation)”。
      浮選的另一重要用途是降低細粒煤中的 灰分和從煤中脫除細粒硫鐵礦。全世界每年經浮選 處理的礦石和物料有數十億噸。大型選礦廠每天處理礦石達十萬噸。浮選的生產指標和設備效率均較高,選別硫化礦石回收率在90%以上, 精礦品位可接近純礦物的理論品位。用浮選處理多金屬共生礦物,如從銅、鉛、鋅等多金屬礦礦石中可分離出銅、鉛、鋅和硫鐵礦等多種精礦,且能得到很高的選別指標。 浮選適于處理細粒及微細粒物料,用其他選礦方法難以回收小于10μm的微細礦粒,也能用浮選法處理。

    3分類


      浮選按分選有價組分不同可分為正浮選與 反浮選,將無用礦物(即 脈石礦物)面在 礦漿中作為 尾礦排出的方法叫正浮選;反之叫反浮選。浮選中常用的浮選藥劑有 捕收劑、 起泡劑、 抑制劑、 活化劑、pH 調整劑、 分散劑、 絮凝劑等。常見的 浮選機有機械攪拌式、 充氣式、充氣機械攪拌式等。

    4發展歷史


       中國古代利用礦物表面的天然 疏水性來凈化朱砂、 滑石等礦質藥物,使礦物細粉飄浮于水面,而與下沉的 脈石分開。淘洗 砂金時,將羽毛蘸油粘捕親油疏水的金、銀 細粒,稱為鵝毛刮金,迄今仍有應用。明 《 天工開物》記載金銀作坊回收廢棄器皿和塵土中金、銀粉末時“滴 清油數點,伴落聚底”。就是利用表面性質的差異進行 分選的方法。在 古希臘和歐洲也有用油和瀝青收集礦物的證據。18世紀人們已知道氣體粘附固體粒子上升至水面的現象;19世紀時人們就曾用氣化(煮沸礦漿)或加酸與碳酸鹽礦物反應產生的 氣泡浮選 石墨。19世紀末期,由于對金屬的需求量不斷增加,能用重選 處理的粗粒鉛、鋅、銅 硫化礦的資源逐漸減少,在 澳大利亞、美國及一些歐洲國家開始用浮選選別細粒礦石,為冶煉提供 精礦。初期應用薄膜 浮選法及 全油浮選法。前者是將礦石粉灑于浮選機中流動的水面上,疏水性礦物飄浮于表層被回收;后者在礦漿中拌入一定數量的 礦物油,粘捕疏水親油礦粒并浮至礦漿表面回收。到20世紀初應用 泡沫浮選法,按礦粒對水中氣泡親和程度不同進行選別。1922年用 氰化物抑制 閃鋅礦和 黃鐵礦,發展了 優先浮選工藝,1925年使用以 黃藥為代表的合成浮選 藥劑,藥劑用量由全油浮選時為礦石量的1~10%降至礦石量的萬分之幾,使浮選得到了重大發展,并廣泛應用于工業生產。同時,浮選理論的研究也迅速發展,例如1932年美國 高登著 《浮選》,1933年 蘇聯 列賓捷爾著《浮選過程的物理化學》,1938年澳大利亞瓦克著《浮選原理》等。
      1949年以前中國只有幾座浮選廠,1949年以后建成了幾百座處理各種礦石的現代浮選廠。在多 金屬礦石的分離浮選、復雜礦石的綜合利用、 鐵礦石浮選以及非金屬礦石與煤的浮選等領域內,均取得了成就。

    浮選工藝流程(圖2)浮選工藝流程(圖2)

    5工藝


      各種 浮選工藝的理論基礎大體相同,即礦粒因自身表面的疏水特性或經浮選藥劑作用后獲得的疏水(親氣或油)特性,可在液-氣或水-油界面發生聚集。目前應用最廣泛的是 泡沫浮選法。 礦石經破碎與磨碎使各種 礦物解離成單體 顆粒,并使顆粒大小符合浮選工藝要求。向 磨礦后的 礦漿加入各種浮選藥劑并 攪拌調和,使與礦物顆粒作用,以擴大不同礦物顆粒間的可 浮性差別。調好的礦漿送入浮選槽,攪拌 充氣。礦漿中的礦粒與 氣泡接觸、碰撞, 可浮性好的礦粒選擇性地粘附于氣泡并被攜帶上升成為氣-液-固三相組成的 礦化泡沫層,經 機械刮取或從礦漿面溢出,再脫水、干燥成 精礦產品。不能浮起的 脈石等礦物顆粒,隨礦漿從浮選槽底部作為 尾礦產品排出,圖1為 泡沫浮選過程示意圖。有時,將無用礦物顆粒浮出, 有用礦物顆粒留在礦漿中,稱為反浮選,如從 鐵礦石中浮出石英等。

    6方法

    7常規泡沫浮選


      常規泡沫浮選:適于選別0.5mm至5μm的礦粒,具體的粒限視礦種而定。當入選的 粒度小于5μm 時需采用特殊的浮選方法。如 絮凝-浮選是用 絮凝劑使細粒的有用礦物絮凝成較大顆粒,脫出 脈石細泥后再浮去粗粒脈石。 載體浮選是用粒度適于浮選的礦粒作載體,使微細礦粒粘附于載體表面并隨之上浮分選。還有用油類使細礦粒團聚進行浮選的油 團聚浮選和乳化浮選;以及利用高溫 化學反應使礦石中 金屬礦物轉化為金屬后再浮選的 離析浮選等。用泡沫浮選回收 水溶液中的 金屬離子時,先用化學方法將其沉淀或用 離子交換樹脂吸附,然后再浮選沉淀物或樹脂顆粒。
      處理呈分子、 離子及 膠體大小的物料,采用浮沫分離。其特點是利用某些物料的疏水性,緩慢攪拌及少量 充氣,使成浮沫聚集于水面上刮出。如從水中回收油脂、蛋白質、 紙漿以及化工產品等。 離子浮選是在能與離子發生沉淀或絡合的 表面活性劑的作用下,使反應 生成物進入浮沫,完成分選。

    8無泡沫浮選


      無 泡沫浮選:是使浮選物料在水-氣、有機液-水、水-油界面(或表面)萃取聚集后分離。例如早期使用的薄膜浮選,全油浮選;正在發展中的液-液萃取浮選等。油 球團 篩分是用油將已疏水化了的 有用礦物顆粒形成選擇性球團后,再行篩分。浮選所需的氣泡最早由煮沸 礦漿或化學反應產生;目前常用機械攪拌以吸入空氣或導入 壓縮空氣起泡,還有減壓或加壓后再減壓起泡以及電解起泡等。與浮選效果有關的因素很多,除礦石性質外以浮選藥劑, 浮選機和浮選流程最為重要。

    9藥劑


      浮選時使用各種 藥劑來調節浮選物料和浮選介質的 物理化學特性,以擴大浮選物料間的疏水- 親水性(即可浮性)差別,提高浮選效率。常用的浮選藥劑分 捕收劑、 起泡劑和 調整劑三大類。
      捕收劑  自然界中除煤、 石墨、 硫黃、 滑石和 輝鉬礦等礦物顆粒表面疏水,具有天然可浮性外,大多數礦物顆粒的表面是親水的。為改善 可浮性,需添加使礦物顆粒疏水的捕收劑,即 極性捕收劑和非極性捕收劑。極性捕收劑由能與礦物顆粒表面發生作用的極性 基團和起 疏水作用的 非極性基團兩部分組成。當這類捕收劑吸附于礦物顆粒表面時,其分子或離子呈定向排列, 極性基團朝向礦物顆粒表面,非極性基團朝外形成疏水膜,使礦粒具有可浮性。
      選別銅、鉛、鋅、鐵、鎳與銻等 硫化礦物時,常用各種 有機硫代化合物作為捕收劑。具代表性的是:① 烷基(乙、丙、丁、 戊基等)二 硫代碳酸鈉(或鉀),如 CH3 CH2OCSSNa,又稱 黃原酸鹽,俗稱 黃藥;②烷基二硫代磷酸或其 鹽類,如(RO)2PSSH,式中R為烷基,俗稱 黑藥。烷基 二硫代氨基甲酸鹽以及黃藥的酯類衍生物等,也是硫化礦物常用的捕收劑。
      非硫化礦物捕收劑多為各種有機含氧酸及其鹽類,如脂肪酸及其皂類(常用的有 油酸、 塔爾油、氧化 石蠟皂)以及 烴基磺酸鈉等。用于浮選 鐵礦石、 磷灰石及 螢石等。浮選鎢、錫 礦泥時,則用 甲苯 胂酸、 苯乙烯磷酸等捕收劑。以上藥劑均為離子型化合物,有效部分為 陰離子,稱陰離子捕收劑。常用的 陽離子捕收劑有 脂肪胺及醚胺,用于 氧化鋅礦及 硅酸鹽等礦物的浮選。
      非離子型極性捕收劑的分子不解離,如含硫酯類,非極性捕收劑為烴油(也稱中性油),如 煤油、柴油等,用于天然可浮性礦物如石墨、輝鉬礦及煤的浮選;與極性捕收劑共用,可進一步增大礦物顆粒的 疏水性。
      起泡劑 具有 親水基團和疏水基團的 表面活性分子,定向吸附于水-空氣界面,降低水溶液的 表面張力,使充入水中的空氣易于彌散成 氣泡,并產生穩定的泡沫。起泡劑與捕收劑有聯合作用,共同吸附于礦物顆粒表面,促進礦物上浮。常用的起泡劑有 松醇油( 中國俗稱 二號油)、 甲酚酸、混合 脂肪醇、異構的 己醇或 辛醇、醚 醇類以及各種酯類等。
      調整劑 按用途不同分:①pH值調整劑。通過調節礦漿酸堿度,控制礦物表面特性、礦漿化學組成以及各種藥劑的作用條件,改善浮選效果。常用的有 石灰、 碳酸鈉、 氫氧化鈉和 硫酸等。② 活化劑。能增強礦物同捕收劑的作用能力,使難浮礦物受到活化而被浮起。如用 硫酸銅 處理難于同黃藥作用的 閃鋅礦,在礦物表面形成 硫化銅覆蓋薄膜,能被捕收浮選;或用 硫化鈉活化鉛、銅氧化礦后,再用黃藥浮選等。③ 抑制劑。提高礦物親水性或阻止礦物同捕收劑作用,使其可浮性受到抑制。如用石灰抑制 黃鐵礦,用 硫酸鋅及 氰化物抑制閃鋅礦,用水玻璃抑制硅酸鹽 脈石等。利用 淀粉, 栲膠( 單寧)等有機物作抑制劑,可使多種礦物浮選分離。④絮凝劑。使礦物細顆粒聚集成較大顆粒,以加快其在水中的 沉降速度;利用 選擇性絮凝可進行絮凝-脫泥及絮凝-浮選。常用的絮凝劑有 聚丙烯酰胺和淀粉等。⑤ 分散劑。阻止細礦粒聚集,使之處于單體分散狀態,作用與絮凝劑相反,常用的有 水玻璃、 磷酸鹽等。
      浮選藥劑的用量隨藥劑種類、礦石性質、浮選條件及流程特點等因素而變化。一般每噸礦石只用幾克、數十克至數百克,也有多至數千克的。

    10主要設備


       浮選機是 浮選工藝的主要設備。由單槽或多槽串聯組成,浮選 中礦漿的 攪拌 充氣, 氣泡與礦粒的粘附,氣泡上升并形成泡沫層被刮出或溢流出等過程,都在浮選槽內進行。按攪拌和充氣方式的不同,可分 5種:① 機械攪拌式。攪拌和充氣都由機械 攪拌器實現。有 離心 葉輪、星形 轉子和棒形轉子等類型。攪拌器在浮選槽內高速旋轉,驅動 礦漿流動,在葉輪腔內產生負壓而吸入空氣。②充氣機械攪拌式。除機械攪拌外,再向浮選槽中充入低壓空氣。③充氣式??繅喝肟諝膺M行攪拌并產生氣泡,如 浮選柱和 泡沫分離裝置等。④氣體析出式。用降低壓力方法或先加壓后降至 常壓的方法,使礦漿中溶解的空氣析出,形成 微泡。⑤壓力溶氣式。利用高壓將充入的空氣預溶于水,然后在常壓下于浮選槽內析出,形成大量微泡。

    浮選脫墨槽浮選脫墨槽

    11流程


      浮選流程包括 磨礦,分級,調漿及浮選的 粗選、精選、掃選作業。有一段磨浮流程;分段磨礦-浮選的階段磨浮流程; 精礦或中礦再磨再選流程。浮選產出粗精礦的作業稱粗選;粗精礦再選作業稱精選; 尾礦再選作業稱掃選?;厥?礦石中多種 有用礦物時,不同 礦物先后浮選的流程稱 優先浮選或選擇浮選;先將有用礦物全部浮出后再行分離的流程,稱混合-分離浮選。工業生產時必須針對礦石的性質和對產品的要求,采用不同的藥方和浮選流程。
       銅礦浮選 硫化銅礦物常用黃藥(捕收劑),松醇油(起泡劑)和石灰(調整劑)等藥劑處理后浮選,以與 脈石及共生的 硫化鐵 礦物分離。大多采用優先浮選。 氧化銅礦一般用硫化鈉活化后再加黃藥浮選,或直接用脂肪酸作捕收劑浮選。
       鉛鋅礦浮選  采用優先浮選流程時,用硫酸鋅、氰化物抑制閃鋅礦,用黃藥浮選 方鉛礦;然后用硫酸銅活化并再加黃藥浮選閃鋅礦。采用 混合浮選流程時,先用黃藥將鉛、鋅礦物一并浮出;再對混合精礦用硫酸鋅、氰化物抑制鋅礦物,浮出鉛礦物?,F在許多 選礦廠采用 亞硫酸及其鹽類代替氰化物。
      鐵礦浮選 常用油酸、塔爾油、 氧化石蠟皂或 石油磺酸鹽為捕收劑(兼起泡劑),浮選 赤鐵礦、 褐鐵礦等礦物,稱鐵礦正浮洗;或用陽離子胺類捕收劑浮選石英,或用陰離子捕收劑浮選經 鈣離子活化的石英,稱鐵礦 反浮選??捎?絮凝-脫泥-反浮選工藝處理 細粒浸染鐵礦石。
      鎢、錫礦泥浮選  對含有 黑鎢礦或 錫石的細泥,用油酸或甲苯胂酸或苯乙烯磷酸作捕收劑,用水玻璃作脈石抑制劑浮選回收。有時還需用 硝酸鉛等作活化劑。
      螢石及磷灰石浮選 常用油酸或氧化石蠟皂或塔爾油作捕收劑,用水玻璃、栲膠、 磺化粗菲等作脈石抑制劑進行浮選。
       煤泥和石墨浮選 一般用醇類作起泡劑,用煤油等中性油作捕收劑浮選。

    12發展趨勢


      由于需浮選 處理的礦石中的有用成分含量越來越低,浸染 粒度越來越細,成分越來越復雜難選,同時,浮選領域不斷擴大,包括其他 選礦方法難于奏效的細泥物料的處理,老選礦廠尾礦的再處理,各種廢舊金屬材料的回收以及各種 廢料的處理、利用,以及污水的凈化等。因此必須:①繼續發展新的浮選工藝和大型高效的浮選設備;②研究作用力強,選擇性好,用量少,無毒或毒性小的浮選藥劑;③研究浮選數學模型以及過程的自動控制,使過程最佳化,達到最好的 分選效果,以提高經濟效益;④進一步從礦物工藝學、化學、 物理學、 表面化學、 流體動力學、 概率統計等方面深入研究 浮選機理,以指導浮選生產實踐,進一步發展浮選理論體系。
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