大型浮選機內(nèi)外泡沫槽的礦物回收效果研究

供稿|陳金祥 / CHEN Jin-xiang

內(nèi)容導(dǎo)讀

大型浮選機采用內(nèi)外泡沫槽設(shè)計可有效增加溢流堰長度，縮短銅精礦泡沫的遷移距離，使銅精礦泡沫快速排出，但內(nèi)外泡沫槽的設(shè)置易對泡沫區(qū)域結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。文章介紹了KYF-130浮選機主要結(jié)構(gòu)工藝流程，通過對充氣量、泡沫取樣及應(yīng)用效果對比，分析了不同作業(yè)條件下浮選機內(nèi)外泡沫槽對礦物回收效果的差異。通過分析指出浮選流程作業(yè)條件不同，對泡沫槽結(jié)構(gòu)要求也不盡相同，實際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)流程特點、銅精礦泡沫特性及測試數(shù)據(jù)等優(yōu)化浮選機泡沫槽結(jié)構(gòu)，必要時做出差別設(shè)計，從而使浮選銅精礦泡沫回收效果達到最優(yōu)。

浮選即浮游選礦是利用礦物表面的物理化學(xué)性質(zhì)差異選別礦物顆粒，從礦石中分離有用礦物的選礦方法[1]。它是一個集固、液、氣三相的復(fù)雜流動與物理化學(xué)變化過程，對浮選機的性能和效能提出了更高的要求[2]。目前，我國原生礦產(chǎn)資源已逐漸貧、細、雜化，選礦工藝日趨復(fù)雜，選別難度增加，能耗、生產(chǎn)成本高，要求浮選設(shè)備應(yīng)在設(shè)備大型化、研究手段多元化、功能專用、多力場融合、自動控制、浮選設(shè)備節(jié)能降耗、應(yīng)用領(lǐng)域拓寬等方面加強研究[3]。而大型浮選機普遍存在粗粒礦物回收率低、細粒礦物回收效果差、短路概率高、泡沫輸送慢等世界性難題，但隨著大型礦山生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大和浮選技術(shù)的快速發(fā)展，浮選設(shè)備將向大型專用、高效節(jié)能、低操作成本、更安全環(huán)保的方向發(fā)展。

江銅德興銅礦屬于特大型斑巖銅礦，該礦包括銅廠、富家塢、朱砂紅三大礦區(qū)，下轄泗洲、大山選礦廠。現(xiàn)以泗洲選礦廠為例，該選礦廠始建于1960年，擴建于1987年，技改次數(shù)多，碎礦、磨礦、浮選系統(tǒng)較多，工藝流程落后、設(shè)備老舊、自動化程度低、能耗高、效益低，例如一、二選礦廠116臺16 m3浮選機已使用20多年，超過服役年限，鋼制槽體發(fā)生嚴重銹蝕、剝落，槽體底板、大梁腐爛，機體振動大，安全隱患極大。2010年開始，該選礦廠針對粗掃選段浮選進行技術(shù)改造，拆除了一選廠四個系列16 m3、二選廠三個系列16 m3小型刮板浮選機，各新建了一個系列130 m3大型浮選機的粗掃系統(tǒng)等。改造后，該系統(tǒng)工藝流程大為簡化，自動化程度較高，操作人員勞動強度低，產(chǎn)能也由原3萬t/a擴大至3.8萬t/a。多年來，該選礦廠不斷探索和優(yōu)化KYF-130型充氣機械攪拌式浮選機的選別性能，以逐步提升銅精礦泡沫的回收效果，從而使其發(fā)揮最大的生產(chǎn)效能。

主要結(jié)構(gòu)工藝流程

工況條件

泗洲選礦廠改造后，與原使用JJF-16 m3型浮選機相比，應(yīng)用KYF-130浮選機的浮選工藝流程未作任何變更，共分為兩段，其中一段為粗、掃選作業(yè)，兩次粗選和兩次掃選皆采用130 m3圓槽型浮選機，溢流出泡；二段為精選、精掃選作業(yè)，采用浮選柱+方槽浮選機配置形式。泗洲選礦廠一期一段KYF-130浮選機配置示意圖如圖1所示。

圖 1 一期一段KYF-130浮選機配置示意圖

KYF-130型浮選機采用圓柱形槽體結(jié)構(gòu)，槽底呈平底型，有效幾何面積達130 m3，取消了刮板機構(gòu)；浮選機充氣量可實現(xiàn)自動控制，以保證浮選槽內(nèi)達到最佳的空氣量、分散度；礦漿液位也可實現(xiàn)自動控制，礦漿液位計檢測出浮選槽內(nèi)礦漿液位輸出信號(4~20 mA)，由液位控制器接收后，再控制啟動調(diào)節(jié)閥；溢流排泡的方式也明顯有別于小型刮板浮選機，內(nèi)外兩圈泡沫槽將泡沫區(qū)分成內(nèi)外兩個區(qū)域，之間由泡沫管連通，泡沫槽采用周邊溢流方式[4]，礦漿可實現(xiàn)自然流動，泡沫溢流快，為縮短泡沫輸送距離，內(nèi)泡沫槽兼具推泡功能，能快收和早收有用礦物。由于浮選槽內(nèi)充氣量足夠，大小適中的空氣氣泡可充分地分散在礦漿中，也可保證槽內(nèi)的氣-液分選界面足夠，增大礦粒碰撞、接觸及粘附氣泡的幾率。粘附有銅礦物、脫附脈石礦物的礦化氣泡上升至浮選槽表面，泡沫流向泡沫溢流槽中，而返回葉輪區(qū)的部分礦漿可實現(xiàn)再循環(huán)，其他礦漿則通過槽間壁上的流通孔進入下槽再行選別[5]。KYF-130浮選機泡沫槽結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

測試方法及對比

圖2 KYF-130浮選機泡沫槽結(jié)構(gòu)示意圖

氣泡的礦化過程、浮選速率、浮選藥劑的用量及工藝指標皆取決于浮選機的充氣量和空氣分散程度，而浮選機充氣強度的大小直接影響浮選機礦漿充氣量和氣泡的礦化概率，進而影響浮選技術(shù)指標[6]。每種礦石浮選充氣量必須達到最佳方可。若充氣量過大時，礦化氣泡穩(wěn)定性差，在浮選機內(nèi)部上升過程中易破裂，影響浮選分離效率[7]，而礦漿液面易產(chǎn)生嚴重翻花現(xiàn)象會使泡沫層更不穩(wěn)定，加之受縮短浮選時間、浮選藥劑與礦物顆粒作用效果差、增大藥劑用量等不利影響，銅精礦泡沫槽內(nèi)易混入隨浮選泡沫帶進的脈石等雜質(zhì)礦物，甚至惡化浮選指標。充氣量過小時，必須增大浮選機的充氣量從而保證槽體內(nèi)的氣泡均勻分布，促使礦粒碰撞、接觸和粘附氣泡的幾率增大，保證浮選指標。

浮選泡沫的主要特征是量大、粘附、混雜和形狀不規(guī)則，其特征變化可及時反映礦石性質(zhì)的變化及過程控制量，因而可以作為浮選效果最快捷的指示[8]。KYF-130浮選機內(nèi)泡沫槽對泡沫區(qū)的分割，使內(nèi)外泡沫區(qū)表現(xiàn)出不同的泡沫回收特性。充氣量會因內(nèi)泡沫槽的阻隔產(chǎn)生差異，內(nèi)外泡沫區(qū)的泡沫遷移至泡沫槽溢流堰的距離也不相等，內(nèi)外泡沫區(qū)面積的不同也會造成溢流堰載荷的不等，會影響回收泡沫的品位和金屬量。對此，應(yīng)先測試分析內(nèi)外泡沫區(qū)的充氣性能，再分別測試礦漿相氣泡負載率、懸浮能力及泡沫流動特性。為保證該型浮選機的充氣量測量的準確性，應(yīng)遵循的原則是每個測量點表征的測量范圍面積相等，因而在整臺浮選機的液面上優(yōu)選16個具有代表性的測量點。

首先，利用排水取氣法測試浮選機的充氣量，以獲得充氣量測試結(jié)果，并據(jù)此計算空氣分散度。采用排水取氣法測試浮選機充氣量示意圖如圖3所示。其次，對內(nèi)外泡沫槽中回收的泡沫分別取樣，取樣時利用取樣勺分別從內(nèi)外泡沫槽的溢流堰接取，每0.5 h接取一次，6 h的取樣合成一個大樣，進行烘干、篩分和品位分析。最后，對泡沫槽結(jié)構(gòu)設(shè)計所產(chǎn)生的泡沫品位與金屬量差異進行分析。取樣測試在粗掃選9臺KYF-130浮選機內(nèi)完成，形成作業(yè)對比趨勢。

圖 3 排水取氣法測試浮選機的充氣量示意圖

測試結(jié)果與分析

內(nèi)外槽充氣量差異與分析

泡沫的形成受充氣量影響顯著，設(shè)置KYF-130浮選機內(nèi)泡沫槽實際上是將泡沫區(qū)分割成兩個區(qū)域，兩個區(qū)域的泡沫各自流向?qū)?yīng)的泡沫槽，相互間沒有直接的干擾。為此，取樣分析內(nèi)外槽的泡沫之前，首先要采樣分析內(nèi)外泡沫區(qū)的充氣量差異，了解其差異性。

不同浮選槽內(nèi)外泡沫區(qū)充氣速率曲線圖，如圖 4所示。由圖4可見，粗II-1、粗II-2、粗II-3和掃II-1內(nèi)外槽充氣差別較明顯，內(nèi)槽充氣量>外槽充氣量；其他區(qū)段的數(shù)據(jù)顯示外槽充氣量≥內(nèi)槽充氣量。不同作業(yè)浮選機內(nèi)外泡沫區(qū)的充氣量分布沒有一致的規(guī)律性，從內(nèi)外槽充氣量的重合度看，KYF-130浮選機內(nèi)外槽充氣相對均勻。

圖4 不同浮選槽內(nèi)外泡沫區(qū)充氣速率曲線圖

粗選作業(yè)內(nèi)外槽泡沫品粒級位分布

首先對粗選作業(yè)的4臺浮選機進行內(nèi)外槽回收泡沫的品位特性進行分析，由于粗II-3浮選機運轉(zhuǎn)狀況與其他浮選機差異性較大，本文暫不討論。

圖5 粗選作業(yè)內(nèi)外槽泡沫品位分布情況

粗選作業(yè)內(nèi)外槽泡沫品位分布情況見圖5。由圖5可以看出，粗選作業(yè)中，粗I和粗II的同一槽內(nèi)外泡沫各粒級品位接近，趨勢較為一致，差別在于：粗I-1泡沫品位大部分粒級為內(nèi)低外高，粗II-1泡沫品位內(nèi)高外低，粗II-2泡沫品位為內(nèi)低外高。粗II-2浮選機內(nèi)外泡沫槽泡沫品位在各粒級差異較明顯，說明內(nèi)外泡沫槽在這兩個作業(yè)浮選槽內(nèi)對泡沫的回收產(chǎn)生了較大的內(nèi)外差異。從粒級變化來看，粗I-1浮選機內(nèi)外泡沫品位隨著粒級的減小，呈明顯的上升趨勢，這一現(xiàn)象導(dǎo)致后續(xù)作業(yè)精礦細粒級精礦含量降低。而對于粗I-2、粗II-1和粗II-2浮選機，泡沫品位在各粒級變化較為平穩(wěn)。

掃選作業(yè)內(nèi)外槽泡沫品粒級位分布

圖 6 掃選作業(yè)內(nèi)外槽泡沫品位分布情況

掃選作業(yè)內(nèi)外槽泡沫品位分布情況見圖6。由圖 6可以看出掃選作業(yè)的4臺浮選機內(nèi)外槽泡沫品位在粒級變化趨勢，即粒級越細品位相對較低。掃選作業(yè)中，掃I和掃II作業(yè)在大趨勢下也存在局部差別，可以看出，–400目粒級礦物在掃I作業(yè)回收效果明顯，而在掃II作業(yè)兩臺浮選機內(nèi)粗粒級回收效果顯著；掃選作業(yè)中4臺浮選機內(nèi)外槽品位差異較小，既浮選機內(nèi)外泡沫槽的在掃選作業(yè)的回收效果較為一致。

攝影 劉繼鳴

結(jié)束語

生產(chǎn)實踐證明，在溢流排泡方式下，大型浮選機采用一個泡沫槽難以滿足大量泡沫的排出需求，內(nèi)外泡沫槽設(shè)計可有效增加溢流堰長度，縮短銅精礦泡沫的遷移距離，使銅精礦泡沫快速排出，但內(nèi)外泡沫槽的設(shè)置易對泡沫區(qū)域結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。分析表明，泗洲選廠KYF-130浮選機現(xiàn)有內(nèi)外泡沫槽在泡沫回收時品位較為一致，只是在粗I-2和粗II-2作業(yè)區(qū)內(nèi)外槽產(chǎn)生了較大差異，因此應(yīng)對泡沫槽結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計。浮選流程作業(yè)條件不同，對泡沫槽結(jié)構(gòu)要求也不盡相同，實際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)流程特點、銅精礦泡沫特性及測試數(shù)據(jù)等，優(yōu)化浮選機泡沫槽結(jié)構(gòu)，必要時做出差別設(shè)計，從而使浮選銅精礦泡沫回收效果達到最優(yōu)。