粗顆粒浮選技術(shù)與裝備研究進(jìn)展與趨勢(shì)

肖 遙 韓海生,2 孫 偉 胡岳華 衛(wèi) 召 田 佳 彭 建

（1.中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410083；2.礦物加工科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102628）

從基因礦物加工工程的角度來(lái)說(shuō)，粗顆粒浮選過(guò)程中顆粒表面特性基因、泡沫特性基因是影響粗顆粒浮選特性的重要因素。如何擴(kuò)大入選礦物料粒度范圍，提高入選礦物浮選粒度上限和下限［1］，本質(zhì)上來(lái)說(shuō)都是從顆粒表面特性基因和泡沫特性基因出發(fā)，研究粗顆粒和泡沫相互作用的機(jī)理。在國(guó)內(nèi)外學(xué)者的共同努力下，粗顆粒浮選在基礎(chǔ)研究和工業(yè)應(yīng)用方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。

對(duì)于新時(shí)代的礦山，粗粒浮選的重要性愈加顯著。粗顆粒浮選不僅可以緩解碎磨壓力、節(jié)能降耗，而且有利于尾礦的資源化利用，為無(wú)尾或少尾礦山提供了新的解決方案，對(duì)于節(jié)能降耗、提高資源利用率和綠色礦山建設(shè)意義重大［2］。國(guó)內(nèi)外科研工作者針對(duì)粗顆粒難以常規(guī)浮選的難題開(kāi)展了一系列研究。20世紀(jì)60年代開(kāi)始，科研工作者們?cè)跈C(jī)械攪拌式浮選體系下分析了影響粗粒浮選回收率的各因素，并通過(guò)優(yōu)化浮選機(jī)結(jié)構(gòu)和浮選工藝等不斷提高了粗粒浮選的回收率，提出了閃速浮選工藝，進(jìn)一步完善粗粒浮選體系。然而由于機(jī)械攪拌式浮選的不穩(wěn)定水力環(huán)境，浮選粒度的上限難以進(jìn)一步提高［3］。近年來(lái)，從改善水力環(huán)境的角度出發(fā)，先后開(kāi)發(fā)了流化床浮選法和SIF法（一種基于礦物顆粒在泡沫中的行為不同而進(jìn)行分選的粗粒浮選方法），大幅提高了浮選粒度上限和浮選回收率［4］，為粗顆粒乃至超粗顆粒的浮選提供了強(qiáng)有力的支撐。

本文結(jié)合基因礦物加工工程的理念，從顆粒和泡沫作用的特性出發(fā)，綜述了國(guó)內(nèi)外對(duì)粗顆粒浮選技術(shù)與裝備的研究進(jìn)展，分別總結(jié)了機(jī)械攪拌式粗粒浮選、粗顆粒流化床浮選和泡沫中分選（SIF法）浮選技術(shù)的原理及其優(yōu)勢(shì)和不足，提出進(jìn)一步提高浮選粒度上限的技術(shù)發(fā)展方向，為粗粒和超粗顆粒浮選技術(shù)的發(fā)展提供參考。

1 粗顆粒浮選過(guò)程中顆粒與泡沫作用特性

在礦物浮選過(guò)程中，礦物的粒度是影響浮選指標(biāo)的關(guān)鍵因素之一［5］。研究表明，泡沫浮選的最佳粒度范圍（機(jī)械攪拌式浮選機(jī)）在5～75 μm之間。高密度礦物的浮選粒度上限是0.1～0.3 mm；低密度礦物相應(yīng)為0.3～0.5 mm。礦物粒度過(guò)細(xì)或過(guò)粗都不利于礦物的浮選回收。Trhar的研究結(jié)果表明：錫石、黑鎢礦、重晶石、螢石、石英等礦物的浮選粒度界限分別為 3～20 μm、20～50 μm、10～30 μm、10～90 μm、9～50 μm。超出最佳粒度范圍時(shí)，不論硫化礦還是氧化礦浮選指標(biāo)均明顯惡化。大量研究結(jié)果表明，不同粒級(jí)具有不同的浮選速率，最佳浮選粒度范圍以外的粒級(jí)，浮選速率系數(shù)（數(shù)值）明顯變小［6］。

礦床、礦石和礦物的基因特征應(yīng)是決定礦物分選的最本質(zhì)因素［5］，為了考察粗顆粒浮選過(guò)程中導(dǎo)致粗顆粒難以浮選的最本質(zhì)因素，盧壽慈等［6］從理論上分析了能在氣-液界面穩(wěn)定漂浮的礦粒粒度上限并得出：可以在氣-液界面穩(wěn)定存在的礦粒最大粒度會(huì)隨著其接觸角的增大而增大的結(jié)論，當(dāng)接觸角為60°時(shí)，理論上可浮選的粗顆粒最大粒度達(dá)2.5 mm。礦化氣泡集合體在浮選過(guò)程中能夠上浮的必要條件是集合體的平均密度小于液相的密度。據(jù)此，盧壽慈等進(jìn)行了進(jìn)一步計(jì)算發(fā)現(xiàn)，礦粒表面接觸角大于20°時(shí)能夠形成牢固的礦粒-氣泡集合體。然而粒度上限的理論計(jì)算值與實(shí)際值相差甚遠(yuǎn)，實(shí)際礦物浮選粒度仍然難以提高，其本質(zhì)因素是由粗粒與氣泡的作用特點(diǎn)決定的。

礦粒與氣泡的接觸幾率及粘著幾率隨著礦物粒度的增大而明顯降低［6］。Kirehberg等對(duì)粗顆粒的礦化過(guò)程進(jìn)行了高速攝影觀察，他們發(fā)現(xiàn)粗顆粒和氣泡碰撞時(shí)會(huì)使氣泡顯著變形，氣泡由于彈性變形將會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生彈性振動(dòng)，導(dǎo)致礦粒被拋出從而無(wú)法與氣泡結(jié)合［6］。粗顆粒與氣泡碰撞時(shí)會(huì)導(dǎo)致氣泡變形，氣泡表面中心部分會(huì)夾帶液相，從而導(dǎo)致實(shí)際上氣泡和礦粒并沒(méi)有真正地接觸［6］。當(dāng)顆粒和氣泡的接觸時(shí)間小于感應(yīng)時(shí)間時(shí)，顆粒無(wú)法礦化［6-8］，而粒度增大、礦漿水利環(huán)境不穩(wěn)定等因素均會(huì)導(dǎo)致感應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，并大大縮短接觸時(shí)間。

此外，顆粒的粒度過(guò)大時(shí)，顆粒和氣泡的黏著牢固度明顯減弱，顆粒極易從氣泡上脫落［9］。當(dāng)?shù)V漿湍流強(qiáng)度增大時(shí)，顆粒的最大脫落粒度顯著減小，并且在機(jī)械攪拌式浮選機(jī)內(nèi)，礦粒的最大黏著粒度遠(yuǎn)小于無(wú)湍流時(shí)的最大黏著粒度。

結(jié)合各學(xué)者的分析研究不難看出，機(jī)械攪拌式浮選機(jī)內(nèi)葉輪的高速旋轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致礦漿強(qiáng)烈的湍流運(yùn)動(dòng)，從而妨礙顆粒與氣泡的黏著，進(jìn)一步導(dǎo)致氣泡脫落，這也就是粗粒浮選難以進(jìn)行的根本原因［6］。基于對(duì)這些本質(zhì)因素的分析，國(guó)內(nèi)外研究者為提高浮選粒度上限展開(kāi)了一系列的研究，粗粒浮選技術(shù)逐步發(fā)展起來(lái)。

2 機(jī)械攪拌式浮選

由于較粗的礦粒在浮選機(jī)中不易懸浮，與氣泡碰撞的幾率低且極易從氣泡上脫落，因而粗粒礦粒在常規(guī)工藝條件下浮選效果較差［10］。根據(jù)浮選原理，可通過(guò)降低浮選機(jī)槽深和攪拌強(qiáng)度、增大浮選充氣量、適當(dāng)提高浮選濃度以及改進(jìn)藥劑制度等措施提高粗粒礦物的回收效果［11］。近年來(lái)各種粗粒浮選設(shè)備的成功研制，使高濃度粗粒級(jí)礦漿閃速浮選成為現(xiàn)實(shí)［12］。

2.1 機(jī)械攪拌式粗粒浮選過(guò)程的影響因素

顆粒在浮選池當(dāng)中難以上浮的根本原因是顆粒沒(méi)有與氣泡結(jié)合或者是顆粒與氣泡結(jié)合后發(fā)生了分離而沒(méi)有成功地被氣泡帶到液面上。影響顆粒從氣泡中分離的因素（收集區(qū)中的湍流、較長(zhǎng)的誘導(dǎo)時(shí)間、顆粒氣泡聚集體的浮力減小等）在粗粒浮選過(guò)程中是應(yīng)該被重視的，因?yàn)槿绻谂菽A段發(fā)生脫離，則分離的顆粒將排回到礦漿中，重新附著到另一個(gè)氣泡或被捕獲在泡沫中。如果顆粒過(guò)于粗大或致密，則更有可能流回礦漿。因此浮選對(duì)粒度因素較為敏感，細(xì)微的變化都可能導(dǎo)致粗顆粒流回到礦漿。

2.1.1 浮選藥劑制度對(duì)粗顆粒浮選的影響

捕收劑、起泡劑以及礦漿浮選pH值等對(duì)浮選的影響是非常顯著的。浮選條件的調(diào)整，例如試劑添加速率和pH值對(duì)粗顆粒浮選的影響比任何其他尺寸范圍都大得多。1994年，Senior等提出了一個(gè)強(qiáng)調(diào)pH值對(duì)粗粒組分影響的例子，他們研究了鎳黃鐵礦和石英的合成混合物對(duì)pH值水平變化的尺寸響應(yīng)，得到的結(jié)果如圖1所示，很明顯，最粗的顆粒受pH值條件變化的影響最大［13］。

捕收劑濃度已被證明會(huì)影響系統(tǒng)內(nèi)粗顆粒的性能，許多學(xué)者指出粗顆粒浮選時(shí)捕收劑的添加要求較高，捕收劑的添加速率會(huì)對(duì)浮選結(jié)果產(chǎn)生較大影響。Vianna對(duì)Pb/Zn/Ag礦石浮選系統(tǒng)中各種尺寸顆粒的表面化學(xué)進(jìn)行了詳細(xì)研究，結(jié)果顯示粗鉛礦顆粒（+150 mm）比中間尺寸顆粒需要更大的捕收劑表面覆蓋率。除了需要增加試劑添加量，捕收劑的最小添加速率必須達(dá)到或超過(guò)一定界限才可以引發(fā)有意義的粗粒浮選［14］。但是增加捕收劑濃度也會(huì)帶來(lái)額外的缺點(diǎn)，為了改善目標(biāo)礦物中粗顆粒的回收率，可以采用增加捕收劑添加量和活化劑添加量的方法，但這也會(huì)顯著提高脈石礦物的回收率［14］。

同時(shí)，起泡劑的添加速率、添加方式和起泡劑分子結(jié)構(gòu)均會(huì)影響浮選可回收的尺寸范圍。Klimpel和Isherwood的研究表明，隨著他們所使用的酒精起泡劑的添加速率增加，可回收的顆粒尺寸上限提高；如果采用兩段添加起泡劑的方法，浮選回收率會(huì)進(jìn)一步增加［15］。（如表1所示）。此外，Klimpel和Isherwood還發(fā)現(xiàn)，如果增加所使用的聚乙二醇鏈的長(zhǎng)度，可回收的粒徑上限也將增加［15］。

2.1.2 泡沫性質(zhì)對(duì)粗顆粒浮選的影響

在粗粒浮選的過(guò)程當(dāng)中，泡沫的穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)、泡沫深度、泡沫尺寸和泡沫含量等都對(duì)浮選結(jié)果有著顯著的影響，因此諸多學(xué)者都對(duì)泡沫性質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)的討論。

2.1.2.1 泡沫穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)的影響

在工業(yè)環(huán)境中，泡沫的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)通常是很重要的一個(gè)性能指標(biāo)。在泡沫明顯不穩(wěn)定的情況下，回收率通常會(huì)受到影響。由液態(tài)泡沫的動(dòng)力學(xué)機(jī)制可以知道，任何一種能夠改變泡沫排液速度和液膜穩(wěn)定性的方法，均可以影響泡沫的穩(wěn)定性。例如，通過(guò)表面活性劑的加入以改變液相的表面張力；通過(guò)水溶性聚合物的加入以改變液相黏度，減緩排液速度；通過(guò)疏水性顆粒在氣液界面的黏附提高液膜的機(jī)械強(qiáng)度等［16］。

泡沫穩(wěn)定性已經(jīng)顯示出受到顆粒尺寸的顯著影響，為了維持泡沫的穩(wěn)定性，顆粒有一個(gè)最佳尺寸范圍。Ross和Dippenaar強(qiáng)調(diào)了泡沫中顆粒作用的復(fù)雜性，因?yàn)樵谝环N條件下，特定尺寸的顆?？梢苑€(wěn)定泡沫［17-18］，而在其他條件下它們可以導(dǎo)致泡沫不穩(wěn)定。

顆粒對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響與顆粒粒徑相關(guān)［19］，細(xì)顆粒顯著影響泡沫穩(wěn)定性，盡管在大多數(shù)情況下可能是這樣，但在閃速浮選池中獲得的穩(wěn)定泡沫（其中細(xì)顆粒已通過(guò)循環(huán)去除）表明穩(wěn)定的泡沫不一定需要通過(guò)細(xì)顆粒的作用。Tao等研究表明，粗煤顆粒在較低的礦漿濃度下使泡沫失穩(wěn)，但在較高的礦漿濃度下使泡沫穩(wěn)定，因此在閃速浮選的高濃度礦漿條件下，粗顆?？梢栽黾优菽€(wěn)定性［20］。

泡沫中的濕度也會(huì)影響不同大小顆粒的回收率。在較干燥的泡沫（如較清潔的泡沫）中，粗顆粒（150 μm）獨(dú)立于水，且不傾向于自由排水，而在較濕的泡沫（如較粗糙的泡沫）中，粗顆粒與泡沫內(nèi)的水流相似［21］。如果泡沫非常干燥，較粗的顆?？赡茉谂菽砻嫘纬伞胺ば挝铩保@將導(dǎo)致泡沫的局部坍塌，因此較濕的泡沫有利于粗粒浮選。

2.1.2.2 泡沫高度的影響

泡沫高度可以定義為浮選槽邊緣和泡沫/礦漿界面之間的距離，隨著泡沫高度的增加，尺寸大于212 μm以及尺寸在150～212 μm之間的顆粒回收率有明顯降低，而更細(xì)的顆粒受氣泡破碎的影響較小，因此回收率沒(méi)有太大變化［21-22］，如圖2所示。

圖2表明泡沫高度對(duì)較粗尺寸顆粒的回收率有顯著影響，隨著較粗單元中泡沫高度的增加，氣泡膜變薄，因此無(wú)法支撐較大的顆粒，其濃度隨粒徑的增加而降低。在7 cm泡沫高度處2 μm顆粒無(wú)法被支撐，在12 cm泡沫高度處+150 μm顆粒無(wú)法被支撐。粗顆粒需要較淺的泡沫才能有效回收，隨著泡沫高度的增加，脫附的粗顆粒被截留在泡沫內(nèi)的概率將隨著泡沫膜變薄而增加。工業(yè)閃速浮選池通常采用淺泡沫層，從操作角度來(lái)看，這是為了最大限度地提高單位回收率，但也符合文獻(xiàn)中的這些發(fā)現(xiàn)：淺泡沫層更有利于粗顆?；厥?。

Seher Ata a，Graeme J.Jameson b等對(duì)某選礦廠進(jìn)行了考察，該選礦廠主要回收礦物是黃銅礦，其他礦物有磁鐵礦、黃鐵礦和斑銅礦。在試驗(yàn)期間，他們發(fā)現(xiàn)泡沫高度對(duì)銅的總回收率和品位有顯著影響［23］。隨著泡沫高度從600 mm增加到900 mm，銅的總回收率從69%下降到46%，這表明泡沫高度是導(dǎo)致銅總回收率下降的原因；但同時(shí)銅的品位從20%上升到44%，并且在相同條件下精礦中銅品位由21.6%提高到23.5%，這表明泡沫高度的增加會(huì)對(duì)品位有積極影響。

2.1.2.3 泡沫尺寸和含量的影響

Johnson、Feng、Aldrich、Ahmed、Trahar等 均 指出［24-27］，對(duì)于較粗顆粒，浮選所需要的氣泡較大。Yoon在數(shù)學(xué)上證明了顆粒附在氣泡上的概率（PA）是氣泡大小和顆粒大小的函數(shù)，隨著顆粒粒徑減小，PA增大；而隨著氣泡尺寸減小，PA減小，直到無(wú)法浮選［28］。

Yoon研究表明，攪拌強(qiáng)度會(huì)對(duì)氣泡大小有影響，在使用細(xì)氣泡的情況下，強(qiáng)攪拌是有害的；在使用較大氣泡的情況下，強(qiáng)攪拌更有益。在閃速浮選環(huán)境中，攪拌速度必須足夠高，以保持粗顆粒懸浮，因此粗顆粒需要較大的氣泡，細(xì)顆粒應(yīng)使用小氣泡［29］。

浮選槽內(nèi)的通氣速率（或空氣添加率）對(duì)回收率也有顯著影響。隨著空氣添加率的增加，槽內(nèi)的氣體含量也隨之增加［30］。在低含氣率下，較粗的黃銅礦顆粒的回收率比中間體或細(xì)粉低得多。這表明，粗粒的回收需要更高的通氣率；然而，雖然增加空氣添加率將提高粗?；厥章剩@也存在最大值，在這個(gè)最大值之后，回收率將會(huì)下降，但是細(xì)顆?；厥招Ч坪醪粫?huì)受到過(guò)量空氣添加率的影響［21］。

2.1.3 流體力學(xué)條件和礦漿密度的影響

一些學(xué)者指出，細(xì)顆粒浮選建議采用較慢的速度，但同時(shí)仍超過(guò)固體懸浮物的最低攪拌水平，如圖3所示，對(duì)粗顆粒來(lái)說(shuō)不滿(mǎn)足最低攪拌水平無(wú)法發(fā)生浮選，但是攪拌速度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致細(xì)顆粒從氣泡上脫離。大多數(shù)浮選槽中都有不同尺寸的礦物顆粒，因此對(duì)整體來(lái)說(shuō)不存在一個(gè)最佳葉輪攪拌速度［21］。

同時(shí)，礦漿密度也將影響可回收顆粒的大小，在一定范圍內(nèi)，隨著礦漿密度的增加，粗顆粒的回收率增加，但礦漿密度過(guò)大時(shí)會(huì)導(dǎo)致礦漿與氣泡不能自由流動(dòng)，浮選過(guò)程中的氣泡作用會(huì)變壞［30］，從而降低回收率，因此時(shí)刻控制礦漿的密度大小對(duì)粗顆粒的浮選成功至關(guān)重要，對(duì)于粗粒來(lái)說(shuō)，應(yīng)該適當(dāng)增加礦漿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以增加礦漿的浮力，但是又要避免礦漿濃度過(guò)大。

2.2 閃速浮選法

閃速浮選通常是在高濃度（65%～75%）條件下浮選粗粒級(jí)礦物。通過(guò)處理磨礦分級(jí)回路中分級(jí)機(jī)的返砂或是旋流器的底流，實(shí)現(xiàn)有用礦物與脈石的快速分離［31］。工業(yè)中廣泛認(rèn)為：使用閃速浮選槽將增加可回收物料的尺寸范圍。盡管文獻(xiàn)中幾乎沒(méi)有證據(jù)支持這一點(diǎn)，但Van der Spuy和Ross的工作證明，用專(zhuān)門(mén)的浮選槽和特殊的Deister Flotaire單元格浮選硫化物，可以在工業(yè)水平上實(shí)現(xiàn)顆粒尺寸高達(dá)500 μm物料的浮選［32］。該發(fā)現(xiàn)的重要性在于說(shuō)明非常粗糙的顆粒可能具有在閃速浮選回路中回收的可能性，并且超出典型上限150 μm的擴(kuò)展尺寸范圍的工作是有保證的。因此，利用閃速浮選處理粗顆粒是一種可行的手段，但是對(duì)于閃速浮選所能夠處理的顆粒尺寸范圍還需要進(jìn)一步研究加以確定。

典型閃速浮選流程圖如圖4所示。閃速浮選流程中，先是由旋流器進(jìn)料，給料經(jīng)過(guò)了初次研磨，然后在旋流器中經(jīng)歷重選過(guò)程。旋流器的上部溢流為較細(xì)的顆粒，因此可以通過(guò)常規(guī)的浮選富集；旋流器下部底流為粗顆粒甚至大塊的礦石，這部分底流將會(huì)給到閃速浮選池當(dāng)中。

閃速浮選池接受旋流器下端的底流作為其進(jìn)料；該進(jìn)料的一部分（非常粗的顆粒和小的巖石）將直接匯入尾礦流（通常是二次磨機(jī)進(jìn)料量的兩倍），因?yàn)檫@一部分物料必須進(jìn)行二次研磨才能被浮選利用，而較細(xì)的物料和較高比例的水將被吸入葉輪混合（較細(xì)的物料是相對(duì)于需要被研磨的物料尺寸而言）。然后物料與氣泡接觸，進(jìn)行泡沫浮選過(guò)程。閃速浮選富集得到的礦物作為精礦利用，而閃速浮選得到的尾礦將進(jìn)行二次研磨。之后研磨回路又將物料給到旋流器當(dāng)中，進(jìn)行新一輪的循環(huán)。閃速浮選池中的浮選過(guò)程示意如圖5所示。

將閃速浮選過(guò)程與其他類(lèi)型的礦物浮選區(qū)別開(kāi)來(lái)的關(guān)鍵因素包括：非常粗的進(jìn)料（旋流器下端底流）；泥漿中固體含量很高（高達(dá)70%）；停留時(shí)間短（通常小于3 min）；浮選前與試劑的接觸有限（在閃速浮選回路中沒(méi)有使用調(diào)節(jié)罐）；以及從葉輪向料漿輸入較低的功率，促進(jìn)過(guò)粗物料旁通等。

捕收劑和起泡劑以及pH值等對(duì)浮選的影響是非常巨大的，而在大多數(shù)閃速浮選系統(tǒng)中，在顆粒到達(dá)“浮選區(qū)”之前幾乎沒(méi)有時(shí)間來(lái)進(jìn)行調(diào)整，因此通常是將試劑加入到室內(nèi)進(jìn)料井或進(jìn)料管中。這意味著在閃速浮選之前研磨階段中存在的條件將對(duì)浮選性能產(chǎn)生顯著影響，因此必須仔細(xì)選擇用于浮選的試劑。另外，由于閃速浮選的浮選時(shí)間很短，這就使得部分大粒的脈石沒(méi)有足夠的時(shí)間上浮，從而保證了閃速浮選可獲得合格的精礦品位［33］，且還可以通過(guò)調(diào)整藥劑制度、礦漿的pH值、泡沫層的厚度、充氣量和補(bǔ)加水量來(lái)改變閃速浮選的精礦品位［34］。

2.3 機(jī)械攪拌式粗粒浮選相關(guān)設(shè)備

2.3.1 CGF型浮選機(jī)

CGF型寬粒級(jí)浮選機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖6所示，該浮選機(jī)主要包含了葉輪、蓋板、阻流柵板、中心筒、主軸、吸氣管、電機(jī)裝置、大皮帶輪、軸承體和槽體部件等部分。

CGF型寬粒級(jí)機(jī)械攪拌式浮選機(jī)的葉輪在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中通過(guò)離心力作用使礦漿向外甩出，在將礦漿甩出的同時(shí)由于葉輪區(qū)域處于低壓狀態(tài)并形成負(fù)壓，此時(shí)將會(huì)吸入空氣，吸入的空氣和礦漿在該區(qū)域進(jìn)行充分混合，再?gòu)娜~輪的上半部分被甩出，較粗的礦粒被甩出后運(yùn)動(dòng)到阻流柵板的上方，阻流柵板上方的氣泡形成泡沫層，捕獲運(yùn)動(dòng)到阻流柵板的顆粒，然后通過(guò)刮板被排出，從而完成浮選［35］。

2.3.2 BF型浮選機(jī)

BF型浮選機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖7所示，主要由刮板、軸承體、電機(jī)、中心筒、吸氣管、槽體、主軸、蓋板和葉輪等部分構(gòu)成。

該浮選機(jī)的葉輪結(jié)構(gòu)是一種雙錐盤(pán)的閉式結(jié)構(gòu)。浮選機(jī)的槽體下部有較強(qiáng)的吸漿能力，粗顆粒組分因此可以得到充分的懸浮。BF浮選機(jī)在進(jìn)行分選的過(guò)程中具有吸漿吸氣的功能，在進(jìn)行浮選的過(guò)程中通過(guò)自吸作用實(shí)現(xiàn)礦漿的循環(huán)［36-38］。

2.3.3 GF型浮選機(jī)

GF型浮選機(jī)是一種自吸氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī)，該設(shè)備的結(jié)構(gòu)如圖8所示，該浮選機(jī)主要由槽體、蓋板、葉輪、中心筒、主軸、軸承體和皮帶輪等幾個(gè)部分構(gòu)成。

在分選過(guò)程中，GF浮選機(jī)葉輪的上下兩部分有著不同的功能，上部分用來(lái)吸入礦漿，下部分則用來(lái)吸入空氣，上下葉片在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生壓力差，從而使礦漿和空氣在吸入之后被充分混合并產(chǎn)生大量礦化氣泡，并在混合之后被離心力作用而甩出。被甩出的礦漿的一部分將會(huì)返回到葉輪中進(jìn)行循環(huán)分選，而另一部分礦漿則流走再選或者排走，這樣就可以避免在分選的過(guò)程中粗顆粒出現(xiàn)沉淀的現(xiàn)象［39-41］。

2.3.4 Bateman浮選機(jī)

Bateman浮選機(jī)是由澳大利亞的Bateman設(shè)備有限公司于1993年研發(fā)，而后設(shè)計(jì)制造并生產(chǎn)的，其結(jié)構(gòu)如圖9所示，主要由軸、軸承、豎管、定子擋板、定子葉片和葉輪等部分構(gòu)成。

Bateman浮選機(jī)中，空氣是通過(guò)豎管進(jìn)入到葉輪中的，葉輪對(duì)礦漿和空氣進(jìn)行攪拌后將其甩出，在進(jìn)行攪拌的過(guò)程中內(nèi)部形成的大量直徑較小的氣泡會(huì)沿著葉片擴(kuò)散開(kāi)，在豎管的下面有一個(gè)水平方向的擋板，該擋板帶有折流板，當(dāng)?shù)V漿被甩出以后水平擋板能夠?qū)⑼牧鲝?qiáng)度降低。Bateman浮選機(jī)在進(jìn)行浮選的過(guò)程中空氣從上到下進(jìn)行傳輸，而礦漿從下至上進(jìn)行傳輸，因此兩者將會(huì)在浮選機(jī)的中間部分相遇，實(shí)現(xiàn)固體顆粒的懸浮態(tài)，進(jìn)而提高目的礦物的回收率［42］。

2.3.5 棒形浮選機(jī)

棒形浮選機(jī)是國(guó)內(nèi)研制的一種淺槽型自吸氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī)，其結(jié)構(gòu)如圖10所示。主要由槽體、軸承體、斜棒葉輪、穩(wěn)流器、刮板、傳動(dòng)裝置、提升葉輪、壓蓋、底蓋以及導(dǎo)漿管幾部分構(gòu)成。

棒式浮選機(jī)能夠產(chǎn)生高度分散的氣泡，這主要是通過(guò)中軸的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的：葉輪在吸入空氣后，空氣被中軸分割形成高度分散的微小氣泡，這對(duì)于粗顆粒浮選非常有利。葉輪將氣泡和礦漿充分混合之后，將其推進(jìn)到穩(wěn)流器當(dāng)中，并進(jìn)行導(dǎo)流，使得礦漿均勻地分布在槽內(nèi)，最終在穩(wěn)流板和槽底以及槽壁上形成w型的流向進(jìn)行流動(dòng)［43，44］。

2.3.6 HCC型浮選機(jī)

HCC型浮選機(jī)是一種充氣攪拌式浮選機(jī)，其結(jié)構(gòu)如圖11所示，主要由吸氣管、槽體、導(dǎo)流臺(tái)、葉輪、頂盤(pán)、穩(wěn)流板、進(jìn)漿室、進(jìn)漿管、空心主軸、充氣口和軸承座等部分構(gòu)成。

HCC型浮選機(jī)有著帶穩(wěn)流裝置的螺旋狀葉輪，在葉輪的下部具有錐形的導(dǎo)流臺(tái)，在槽體的內(nèi)部有穩(wěn)流板。在浮選機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中，吸漿管將礦漿吸入進(jìn)漿室，吸氣管吸入空氣，HCC型浮選機(jī)的葉輪有2個(gè)負(fù)壓區(qū)，葉輪的一個(gè)負(fù)壓區(qū)吸收礦漿，另一個(gè)負(fù)壓區(qū)吸收空氣，并能將礦漿和空氣充分混合并甩出，被甩出的礦漿經(jīng)過(guò)導(dǎo)流臺(tái)進(jìn)入到槽底。同時(shí)，葉輪還能夠?qū)崿F(xiàn)礦漿的循環(huán)［45］。

2.3.7 YX型浮選機(jī)

YX型預(yù)選浮選機(jī)是一種單槽閃速浮選設(shè)備，其結(jié)構(gòu)如圖12所示，該設(shè)備主要由電機(jī)、主軸部件、葉輪和槽體等幾部分構(gòu)成。

YX型預(yù)選浮選機(jī)的浮選槽是圓筒形的，倒圓錐形的筒底位于主軸葉輪正下方，礦漿通過(guò)槽底的抽吸作用吸入并讓槽底的粗顆粒處于懸浮狀態(tài)，有用礦物這時(shí)候就能夠被閃速浮選。浮選槽內(nèi)同樣可發(fā)生礦漿循環(huán)從而保證分選效果。浮選槽內(nèi)的循環(huán)通道還可以通過(guò)增加葉輪的攪拌強(qiáng)度來(lái)保證礦物顆粒均勻分布并與浮選藥劑充分接觸［46，47］。

2.4 機(jī)械攪拌式浮選的優(yōu)缺點(diǎn)

機(jī)械攪拌式浮選有著悠久的發(fā)展歷程和豐富的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者幾十年來(lái)通過(guò)不斷的努力，改善和開(kāi)發(fā)新的工藝和設(shè)備以適應(yīng)粗粒浮選的要求。機(jī)械攪拌式浮選工藝較為成熟，人們對(duì)浮選過(guò)程當(dāng)中各個(gè)參數(shù)對(duì)浮選效果的影響做了大量的考察工作，并據(jù)此改進(jìn)工藝參數(shù)甚至開(kāi)發(fā)了如閃速浮選這樣的新工藝流程，獲得了顯著的成效，積累了較豐富的經(jīng)驗(yàn)。這是機(jī)械攪拌式粗粒浮選工藝的優(yōu)點(diǎn)，無(wú)論是在國(guó)外還是國(guó)內(nèi)，都可以利用成熟的工藝來(lái)進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)。

在設(shè)備方面，機(jī)械攪拌式浮選設(shè)備的結(jié)構(gòu)是在傳統(tǒng)的浮選機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，設(shè)備的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，采用自吸漿式結(jié)構(gòu)無(wú)需額外接入充氣設(shè)備，設(shè)備的維修也比較方便，國(guó)內(nèi)外的設(shè)備在設(shè)計(jì)制造上均積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

而機(jī)械攪拌式浮選有著明顯的缺點(diǎn)：傳統(tǒng)的浮選機(jī)需要依靠高速旋轉(zhuǎn)的葉輪來(lái)產(chǎn)生氣泡，同時(shí)維持顆粒與氣泡在水中懸浮。給料粒度增大時(shí)，需要提高葉輪轉(zhuǎn)速以維持粗顆粒的懸浮，這勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致高紊流度的水力學(xué)環(huán)境，而高紊流度的水力學(xué)環(huán)境將會(huì)導(dǎo)致氣泡-粗顆粒結(jié)合體的分離［48］。無(wú)論設(shè)備和工藝如何優(yōu)化，對(duì)于過(guò)粗的顆粒，機(jī)械攪拌式浮選已經(jīng)難以進(jìn)行。

正是因?yàn)闄C(jī)械攪拌式浮選本身存在的局限性，使得更粗的顆粒得不到分選，我們需要新的工藝和新的設(shè)備，跳出機(jī)械攪拌式浮選的框架處理過(guò)粗的顆粒以滿(mǎn)足工業(yè)上的需求。

3 流化床浮選

流化床浮選是近15年來(lái)出現(xiàn)的一種有前途的浮選技術(shù)，其利用復(fù)合的力場(chǎng)與浮選相結(jié)合，維持大顆粒懸浮從而實(shí)現(xiàn)粗顆粒浮選。該技術(shù)已成功地應(yīng)用于幾個(gè)回收工業(yè)礦物的工廠，如磷酸鹽、鉀肥、噴輝石和鉆石。南澳大利亞大學(xué)伊恩沃克研究所最近研究了流化床技術(shù)在賤金屬硫化礦（黃銅礦和閃鋅礦）浮選中的應(yīng)用，其給料研磨粒度比通常在電解規(guī)模上的粗得多，目的是通過(guò)降低磨礦成本來(lái)降低能耗。

3.1 多相流流化床與浮選的結(jié)合

多相流的似流體性質(zhì)是多相流流化床的特性之一，也是將流化床技術(shù)應(yīng)用于選礦領(lǐng)域的關(guān)鍵點(diǎn)［48］。諸多學(xué)者將流化床技術(shù)引入到選礦領(lǐng)域，并得到了一定的成效。

在流化床浮選技術(shù)方面，澳大利亞Newcastle Jameson教授在2010年研究設(shè)計(jì)了NovaCell浮選柱，其結(jié)構(gòu)如圖13所示，該設(shè)備主要由浮選柱體、泡沫槽、尾礦出口、中礦循環(huán)管路、礦氣混合裝置等部分組成，槽體的分選區(qū)域可以分為分離區(qū)和流態(tài)化區(qū)，在給礦和分離區(qū)部分，給料與空氣一起經(jīng)過(guò)礦氣混合裝置，礦漿進(jìn)入槽體后，粒度大、密度大的顆粒形成流態(tài)化床層，細(xì)顆粒和部分被氣泡黏附的疏水性粗顆粒穿過(guò)流態(tài)化區(qū)進(jìn)入分離區(qū)，最終成為精礦［49］。

NovaCell浮選柱對(duì)細(xì)顆粒同樣具有好的分選效果，槽體的上部有一個(gè)細(xì)顆粒尾礦排出口用來(lái)排出細(xì)粒的脈石礦物，利用這一點(diǎn)可以在某種意義上進(jìn)行“反浮選”來(lái)處理細(xì)顆粒的礦物。運(yùn)用NovaCell浮選柱進(jìn)行粗顆粒礦物分選，方鉛礦和黃銅礦的最大可浮粒度上限被提升至1.4 mm，針對(duì)密度更小的煤的浮選，最大可浮粒度上限能達(dá)到5 mm［50］。該裝置已經(jīng)實(shí)現(xiàn)在磨礦回路中應(yīng)用，流程圖如圖14所示，NovaCell能夠?qū)Π胱阅ヅ诺V的粗顆粒（-400 μm）直接實(shí)現(xiàn)分選并提前拋尾，大大減少了下游球磨機(jī)的入磨量，節(jié)省功耗，減少球磨機(jī)的規(guī)格尺寸［51］。JAMESON設(shè)計(jì)的NovaCell能有效拓寬浮選粒度，浮選粒度上限是現(xiàn)有設(shè)備的10倍［52］。

ERIEZ將三相流化床技術(shù)運(yùn)用到選礦領(lǐng)域，設(shè)計(jì)研發(fā)出水力浮選機(jī)Hydro float，并得到了廣泛應(yīng)用，該設(shè)備在傳統(tǒng)的流化床分選機(jī)中通過(guò)引入上升氣泡流，當(dāng)?shù)V物顆粒與氣泡結(jié)合成顆?！?dú)馀萁Y(jié)合體后，結(jié)合體的有效密度降低從而使得粗顆粒能在微弱的上升流中得到分選［52］。Hydro float分選機(jī)具體原理如圖15所示。

分選槽由分選室和脫水錐構(gòu)成，該裝置的運(yùn)行方式類(lèi)似于傳統(tǒng)的TBS分選機(jī)。流態(tài)化的水通過(guò)管道供應(yīng)，管道網(wǎng)延伸到分離室整個(gè)橫截面的底部；同時(shí)向流化水中注入壓縮空氣和少量起泡劑并進(jìn)行持續(xù)充氣，空氣被分散成小氣泡；氣泡附著在疏水性顆粒上，從而降低了它們的有效密度，較輕的氣泡-顆粒聚集物上升到頂部并溢出［53］。不附在氣泡上的親水性顆粒繼續(xù)向下穿過(guò)床層，并最終沉降到脫水錐中并排出。

Hydro float分選機(jī)使得顆粒分選的有效粒度達(dá)到150～200 μm，大大降低了研磨成本，在Hydro float分選過(guò)程中只需將原料研磨到足夠與氣泡接觸的大小即可［54］；而同時(shí)，Hydro float分選機(jī)既能回收粗、中粒物料，又具有較快的浮選速度，也能很好地適應(yīng)閃速浮選的需要，因此可以?xún)?yōu)化閃速浮選過(guò)程。

流化床浮選將流化床技術(shù)與傳統(tǒng)浮選技術(shù)相結(jié)合，大大降低了顆粒與氣泡的脫落概率，有效提高了浮選粒度上限［55］。

3.2 流化床浮選中的影響因素

流化床浮選過(guò)程中除了礦物和選礦藥劑復(fù)雜的化學(xué)作用因素影響以外，流化床的床層、分選機(jī)上升水流和氣流的流量、分選機(jī)上升水流和氣流的流速、起泡劑的用量等都會(huì)對(duì)浮選產(chǎn)生影響。

2013年，Bellson Awatey等采用空氣輔助流化床分離器-水力浮選機(jī)，對(duì)250～1 180 μm閃鋅礦顆粒進(jìn)行了間歇浮選試驗(yàn)，研究了床層、上升水流量、氣體流量3個(gè)操作參數(shù)對(duì)粗閃鋅礦顆粒浮選的影響。結(jié)果表明，粗閃鋅礦回收率隨床層水平、淺水流量和氣體流量的增加而增加，但是，每個(gè)操作參數(shù)都有閾值，超過(guò)相應(yīng)閾值后，回收率開(kāi)始下降。Bellson Awatey等同時(shí)也對(duì)流化床浮選機(jī)和實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的常規(guī)丹佛池浮選結(jié)果進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，對(duì)于粗顆粒（+425 μm），水力浮選機(jī)的性能大大優(yōu)于常規(guī)浮選機(jī)［56］。

太原理工大學(xué)王冬冬等將流化床浮選運(yùn)用在選煤當(dāng)中，并考察了各粒級(jí)低密度級(jí)煤炭顆粒浮選最優(yōu)條件。結(jié)果顯示起泡劑用量、上升水流速度和充氣量是影響浮選效果的關(guān)鍵因素。起泡劑能夠提高上升水流中氣泡的穩(wěn)定性；可以通過(guò)上升水流的大小來(lái)控制顆粒的懸浮狀態(tài)；充氣量的大小決定了水中氣含量的多少并影響紊流強(qiáng)度［48］。

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)潘浩等對(duì)流化床浮選的礦化環(huán)境進(jìn)行了詳細(xì)的研究，分別對(duì)流化床浮選中表觀氣速、表觀水速、床層厚度、起泡劑濃度等因素帶來(lái)的影響進(jìn)行了分析和總結(jié)。表觀氣速、表觀水速和床層厚度對(duì)氣含率會(huì)有影響，氣含率是浮選的一個(gè)重要指標(biāo)，當(dāng)浮選柱的礦化區(qū)域氣含率高，并且氣泡狀態(tài)好時(shí)，浮選柱的浮選效果就好［57］。

3.2.1 氣體流速的影響

表觀氣體流速是由體積除以水或氣體的流速并由所用浮選池的橫截面積決定的參數(shù)。

Bellson Awatey等用高品位閃鋅礦樣品（250～425 μm、425～850 μm和850～1 180 μm的不同粒級(jí)）進(jìn)行了流化床浮選試驗(yàn)［56］，在恒定床層厚度11 cm，表層水流速1.20 cm/s條件下，得到了圖16所示的結(jié)果。

圖16顯示，當(dāng)床層厚度和表層水流速保持不變時(shí)，在所有粒徑組分中，表觀氣體流量對(duì)回收率影響不大。對(duì)數(shù)據(jù)的嚴(yán)格檢查表明，回收率略微上升到某一點(diǎn)，然后保持平衡，超過(guò)這一點(diǎn)，表觀氣速的任何進(jìn)一步增加都沒(méi)有太大的影響。當(dāng)氣體速率從0.22 cm/s增加到0.38 cm/s時(shí)，850～1 180 μm粒級(jí)部分的回收率從43.4%增加到48.7%。當(dāng)空氣流量提高到0.59 cm/s時(shí)，回收率下降到47.8%，下降幅度很小?？偟膩?lái)說(shuō)，表觀氣體流速對(duì)回收率幾乎沒(méi)有影響，但是當(dāng)仔細(xì)觀察時(shí)，表現(xiàn)氣體流速0.38 cm/s時(shí)浮選指標(biāo)最佳。

王冬冬等在對(duì)流化床浮選煤的研究中得到，在中速氣泡流條件下，浮選精礦產(chǎn)率為96.4%，高速氣泡流條件時(shí)，浮選精礦產(chǎn)率達(dá)到99%，全部低密度顆粒成為浮選精礦。顯然表觀氣速對(duì)浮選回收率會(huì)有一定的影響，但影響并不是很重大［48］。其通過(guò)擬合和計(jì)算得到不同粒徑煤進(jìn)行浮選時(shí)的最佳參數(shù)如表2所示。

從表2可以看到，各粒級(jí)煤的最佳表觀氣速在一個(gè)很小的范圍內(nèi)波動(dòng)，這和Bellson Awatey等得到的“表觀氣速對(duì)回收率沒(méi)有重大影響”相吻合。

3.2.2 水流速度的影響

Bellson Awatey等探究了水流速度的影響［56］，在恒定床層厚度11 cm，表觀氣速0.38 cm/s條件下，得到了圖17所示的結(jié)果。

圖17表明，當(dāng)床層水平和氣體流速分別保持在11 cm/s和0.38 cm/s時(shí)，在所有試驗(yàn)條件下，250～425 μm和425～850 μm粒級(jí)閃鋅礦顆粒的回收率都很高，而850～1 180 μm粒徑組分的回收率在1.20和1.62 cm/s的水速下非常低（49%和42%）。隨著表面水速的增加，回收率明顯增加。超過(guò)1.52 cm/s后回收率下降。這通常是因?yàn)椋诘退傧?，粗粒和重粒閃鋅礦顆粒的沉降速度大于上升流動(dòng)介質(zhì)的上升速度，因此它們?cè)诖采下湎虏⒊两?，沒(méi)有足夠的動(dòng)量將其上升至濃縮槽。另一方面，當(dāng)水流量增加到臨界點(diǎn)以上時(shí)，流化床內(nèi)會(huì)產(chǎn)生湍流；此外，值得注意的是，隨著流化流量的增加，轉(zhuǎn)向床內(nèi)顆粒之間的空隙增大，從而降低了流化區(qū)。因此，床層的移動(dòng)從受阻的沉降環(huán)境變?yōu)樽杂沙两淡h(huán)境。這對(duì)粗顆?；厥沼胸?fù)面影響。

同時(shí)，潘浩等的試驗(yàn)表明，在表觀氣速一定的情況下，隨著表觀液速的增大，氣含率逐漸減小。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是表觀液速的增加導(dǎo)致氣泡上升速度的增加，氣泡床層之間溢出速度加快，在床層內(nèi)部停留時(shí)間減小，從而導(dǎo)致氣含率的降低［57］，這也與Bellson Awatey等的結(jié)果相吻合。

3.2.3 床層高度的影響

床層高度是指流化床頂部的位置，Bellson Awatey等在表觀氣速和水速分別保持在0.38 cm/s和1.20 cm/s條件下，考察了床層高度對(duì)回收率的影響，如圖18所示。

通常情況下，在引入進(jìn)料的轉(zhuǎn)向床上方有一個(gè)靜止和開(kāi)放的浮動(dòng)區(qū)來(lái)操作液壓浮船。數(shù)據(jù)表明，在12.3 cm的床層水平上，850～1 180 μm閃鋅礦顆粒的回收率為61.3%，床位升高到15.2 cm，回收率高達(dá)83%。當(dāng)床位進(jìn)一步升高到16.9 cm和18.5 cm時(shí)，回收率分別下降到81%和68%；粗閃鋅礦顆粒的浮選回收率最高，低于或高于此水平時(shí)，回收率開(kāi)始下降，這似乎是一個(gè)最佳的床層水平。其他2種粒度組分也有相同的趨勢(shì)，在試驗(yàn)條件下，獲得閃鋅礦顆粒最大回收率所需的最佳床層水平為15.2 cm。隨著床層水平的增加，回收率下降可能是由于進(jìn)料系統(tǒng)與轉(zhuǎn)向床頂部的距離很近，這可能導(dǎo)致局部湍流，或通過(guò)直接將進(jìn)料注入轉(zhuǎn)向床而不是流化區(qū)上方的靜止區(qū)［56］。

潘浩等通過(guò)試驗(yàn)表明，氣含率隨充填床層高度的增加而增大，并且在充填床層高度增加到一定值后增幅減小或者基本保持不變［57］，這與Bellson Awatey等的結(jié)果相吻合。

3.2.4 浮選藥劑的影響

起泡劑的用量對(duì)最終的回收率有一定的影響，一般情況下起泡劑用量的增加對(duì)浮選回收率有積極的影響，但是起泡劑用量過(guò)大會(huì)造成浪費(fèi)，或者在特殊的情況下反而會(huì)導(dǎo)致回收率下降。在流化床浮選中起泡劑的用量需要和氣量以及水流量相配合以獲得最佳結(jié)果［56，58］。

王冬冬等在實(shí)驗(yàn)中得到了起泡劑對(duì)0.7～1.0 mm粗粒級(jí)浮選的影響結(jié)果表明：1.0～0.7 mm粒級(jí)煤炭顆粒在低濃度起泡劑、低速氣泡流條件下，浮選產(chǎn)率最低為15.6%，最高的產(chǎn)率僅為45.9%。說(shuō)明低速氣泡流條件已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足1.0～0.7 mm粒級(jí)煤炭顆粒浮選要求。提高起泡劑用量到中度藥耗后，在低速氣泡流條件下，產(chǎn)率為50.4%，保持低速上升水流速度不變，增加氣流流量，產(chǎn)率可提高到57%，效果并不理想。當(dāng)增大上升水流速度到中速時(shí)，煤炭顆粒的產(chǎn)率達(dá)到97.9%，效果較為理想［56］。

潘浩等指出，在浮選試驗(yàn)中起泡劑的用量需要適中，其發(fā)生這一現(xiàn)象的原因也是因?yàn)橐簹饨缑娴谋砻鎻埩Σ辉匐S著表面活性劑的添加而發(fā)生改變，其對(duì)氣泡的兼并抑制作用存在最佳作用區(qū)間［57］。

3.3 流化床浮選和機(jī)械攪拌式浮選對(duì)比

Awatey等將流化床浮選和常規(guī)機(jī)械攪拌式浮選進(jìn)行了對(duì)比［59］，他們采用的是常規(guī)的丹佛浮選槽進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，得到圖19所示的結(jié)果。

圖19表明，隨著粒徑的增大，Hydro float分選機(jī)的回收率比起Denver浮選機(jī)有所提高。Denver浮選機(jī)分選850～1 180 μm粒級(jí)閃鋅礦顆粒的最高回收率為41.3%。然而，在相同的試劑條件下，Hydro float分選機(jī)對(duì)該粒徑范圍內(nèi)顆粒的回收率可達(dá)85.9%。Denver浮選機(jī)的低回收率歸因于旋轉(zhuǎn)攪拌器在槽內(nèi)產(chǎn)生的高湍流和在浮選槽表面形成的泡沫層，這些條件不利于粗顆粒的有效浮選［59］。

此外，Shadrack Fosu等研究了機(jī)械攪拌浮選槽（Denver浮選槽）和流化床（Hydrofloat?）對(duì)復(fù)合顆粒的浮選響應(yīng)。復(fù)合顆粒的浮選響應(yīng)與復(fù)合材料中值礦物的粒徑、表面暴露和鎖定結(jié)構(gòu)密切相關(guān)［58］。

在機(jī)械攪拌浮選槽中，具有簡(jiǎn)單鎖定結(jié)構(gòu)的復(fù)合顆粒的回收率遠(yuǎn)高于復(fù)雜鎖定結(jié)構(gòu)顆粒。這可能是由于簡(jiǎn)單鎖定顆粒的較高表面暴露，以及兩種鎖定紋理與簡(jiǎn)單鎖定紋理之間的鎖定共生差異，后者具有較大的疏水區(qū)域塊，用于機(jī)械攪拌浮選下的氣泡相互作用和附著。而在Hydro float中，簡(jiǎn)單和復(fù)雜的鎖定復(fù)合粒子具有幾乎相同的回收率。流態(tài)化原理創(chuàng)造了一個(gè)更安靜或最小的湍流環(huán)境，為有效地浮選尺寸較大的復(fù)合顆粒提供了有利的水動(dòng)力條件，并對(duì)復(fù)合顆粒的性能產(chǎn)生了顯著影響。

Shadrack Fosu等對(duì)浮選產(chǎn)物的QEMSCAN分析表明，與Denver浮選槽相比，Hydro Float回收低表面解放度（＜40%表面暴露）的復(fù)合顆粒更加有效。Shadrack Fosu等表示：流化床浮選在降低粉磨能耗、提高復(fù)合粒子回收率、增加選廠生產(chǎn)能力方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)。結(jié)果雖然可能適用于只有類(lèi)似于合成復(fù)合物的二元相的實(shí)際礦石，但這項(xiàng)工作應(yīng)擴(kuò)展到具有大量不同鎖定特性的復(fù)合顆粒的實(shí)際礦石。

很明顯，對(duì)于超粗顆粒的浮選，流化床浮選法具有更高的回收率，而且對(duì)于復(fù)雜的實(shí)際礦物結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，機(jī)械攪拌式浮選法效果遠(yuǎn)不如流化床浮選法。

3.4 流化床浮選法的優(yōu)缺點(diǎn)

流化床浮選法有著諸多明顯的優(yōu)點(diǎn)：該方法能夠進(jìn)一步擴(kuò)大可分選顆粒的粒度上限，國(guó)內(nèi)外的研究均表明流化床浮選法能夠達(dá)到很好的分選效果，并且回收率優(yōu)于機(jī)械攪拌式浮選。而在設(shè)備方面，流化床浮選設(shè)備能耗低，設(shè)備內(nèi)部水利環(huán)境穩(wěn)定，能夠滿(mǎn)足粗顆粒分選的各種條件。

流化床浮選法的局限性在于，該方法是一種新的粗粒分選方法，發(fā)展歷程較機(jī)械攪拌式浮選更短，國(guó)內(nèi)外在流化床浮選的應(yīng)用上并沒(méi)有積累非常多的經(jīng)驗(yàn)，尤其是在國(guó)內(nèi)，無(wú)論是在設(shè)備還是工藝方面均不完善，國(guó)內(nèi)并沒(méi)有能夠用于大規(guī)模生產(chǎn)的流化床浮選設(shè)備，并且對(duì)相關(guān)設(shè)備和工藝的研究極少，基本上沒(méi)有工業(yè)應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)可以積累。

而綜合流化床浮選法的優(yōu)缺點(diǎn)來(lái)看，研究流化床浮選法的工藝和設(shè)備在國(guó)內(nèi)均有著良好的前景。

4 泡沫中分選法（SIF法）

泡沫中分選法（SIF法）是一種將礦物直接在泡沫層進(jìn)行回收的分選方法。SIF法的浮選礦粒粒度可比常規(guī)浮選最佳粒度上限粗10倍。與其它浮選方法相比，SIF法是一種截然不同的浮選方法：在其它浮選法中，被回收的礦物從礦漿通過(guò)捕收劑和氣泡的作用上浮到到泡沫相，而SIF法是礦粒直接給入泡沫中，疏水礦粒直接接觸泡沫時(shí)立即就被回收［60］。1961年M.alinasky在對(duì)鉛-鋅礦的試驗(yàn)研究中第一次提出將礦漿直接給到泡沫上。由于在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)磷鈣土的試驗(yàn)獲得了良好的結(jié)果，所以SIF技術(shù)得到了迅速發(fā)展。

4.1 SIF法的應(yīng)用

J.O.Leppelen等給出了如何應(yīng)用SIF法的一個(gè)示意圖，如圖20所示：在一個(gè)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的設(shè)備中，泡沫沿著浮選槽移動(dòng)。在泡沫進(jìn)入溢流之后，與被捕俘的礦粒一起離開(kāi)浮選區(qū)。

J.O.Leppelen等通過(guò)選礦廠的實(shí)驗(yàn)室和半工業(yè)測(cè)試研究了SIF技術(shù)的功能。除了對(duì)單一鉆石礦物的基礎(chǔ)研究之外，還對(duì)礦石和浮選尾礦中的磷灰石、方解石和硅酸鹽礦物進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。測(cè)試結(jié)果表明，如果礦物能夠充分解離，并且待選礦物具有疏水性，則SIF方法可以選擇性地回收粗品級(jí)的、小于4 mm的不同礦物［61］。

無(wú)論是在研磨回路還是尾礦中，應(yīng)用SIF方法都可以顯著提高某些礦物質(zhì)的總回收率，降低運(yùn)營(yíng)成本，并節(jié)省大量的能耗和浮選藥劑。使用實(shí)驗(yàn)室和半工業(yè)SIF測(cè)試設(shè)備對(duì)磷灰石、方解石、硅酸鹽礦物和鉆石進(jìn)行懸浮測(cè)試表明，如果粒度小于3 mm，則上述所有礦物均可以通過(guò)SIF方法成功懸?。?2］。在方解石分級(jí)回路中對(duì)粗粒度進(jìn)行的測(cè)試表明，對(duì)于該粒度（尤其是0.1～0.5 mm的范圍內(nèi)），SIF操作可得到的方解石精礦回收率超過(guò)90%。同樣，粗磷灰石回收率可以更高，而不會(huì)破壞常規(guī)浮選所需的細(xì)度。當(dāng)前，工業(yè)規(guī)模的SIF浮選機(jī)用于回收粗磷灰石［63］。

4.2 SIF法相關(guān)的浮選設(shè)備

1964年的時(shí)候研發(fā)出來(lái)的一臺(tái)泡沫分選機(jī)如圖21所示。該分選機(jī)主要由喂料箱、傾斜折流板、分漿器、初步充氣溝槽、噴嘴、充氣器、溢流嘴、泡沫刮板、錐形箱和閥門(mén)等部分構(gòu)成。

該分選機(jī)將藥劑和給礦充分混合后，從給料箱給入，然后將流板上的開(kāi)關(guān)打開(kāi)，這樣能夠保證流板處于傾斜狀態(tài)。礦漿進(jìn)入到泡沫層中之后，相應(yīng)的泡沫產(chǎn)品在充氣器的作用下自己流出，或者也可以采用刮板將其刮出，而在室內(nèi)的產(chǎn)品在錐形箱中聚集，最后通過(guò)尾礦排出口流出［64］。

一種圓筒形泡沫分選機(jī)如圖22所示。該設(shè)備可通過(guò)調(diào)節(jié)給礦裝置和泡沫裝置之間的角度從而提升分選的精確度，設(shè)備的充氣器位于浮選槽的下部，礦漿進(jìn)入圓筒內(nèi)后給到上面的泡沫層中，充氣器也將產(chǎn)生相應(yīng)的氣體給到泡沫層中并與礦漿進(jìn)行充分混合。礦化泡沫可以通過(guò)分選槽排出，脈石由尾礦口排出［64］。

一種淺槽充氣式粗粒浮選機(jī)如圖23所示，它是一種由美國(guó)研制成功的單槽式浮選設(shè)備，浮選槽底部安裝有充氣器，充氣器用傾斜安裝方式，其表面主要由平均尺寸5 μm的微孔組成，這些微孔可以讓氣體分散成微小、均勻的氣泡。給料器位于充氣器上部約50 mm的位置，可直接將礦漿給在泡沫層上［64］。

4.3 SIF法的優(yōu)缺點(diǎn)

SIF法有著諸多明顯的優(yōu)點(diǎn)：其方法極大地?cái)U(kuò)張了常規(guī)浮選的粒度上限，對(duì)于粒徑小于4 mm的不同礦物均可以做到回收。通過(guò)將顆粒直接給到泡沫層中并進(jìn)行回收，有效解決了粗顆粒在上浮過(guò)程中從氣泡中脫落的問(wèn)題，是一種新的浮選工藝。

而SIF法的局限性在于，國(guó)內(nèi)外并沒(méi)有積累很多研究和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，甚至對(duì)SIF法的設(shè)備和工藝流程都并沒(méi)有具體的研究可供參考。相對(duì)于流化床浮選法，SIF法的優(yōu)點(diǎn)并不是那么明顯，而且發(fā)展進(jìn)程還處于較早期。未來(lái)的粗顆粒分選方面，流化床浮選法相對(duì)于SIF法更有研究和應(yīng)用前景。

5 粗粒浮選研究總結(jié)與展望

綠色礦山已經(jīng)成為時(shí)代的主題，粗顆粒浮選不僅對(duì)于緩解碎磨壓力、節(jié)能降耗具有重大意義，而且有利于尾礦的資源化利用，為無(wú)尾或少尾礦山提供了新的解決方案。機(jī)械攪拌式浮選是作為一種比較傳統(tǒng)的處理粗粒的方法，采用適當(dāng)?shù)母∵x工藝（如閃速浮選工藝）和調(diào)整適用于粗粒浮選的各類(lèi)參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)超出典型上限150 μm粒級(jí)物料的浮選。然而，無(wú)論是浮選研究還是浮選實(shí)踐，都忽略了機(jī)械攪拌池的水動(dòng)力因素，基于浮選槽的幾何流體力學(xué)的設(shè)計(jì)優(yōu)化領(lǐng)域研究比較薄弱，其粒度上限難以大幅提高。SIF粗粒浮選基于將礦漿直接給入液體介質(zhì)表面上的泡沫層中，可以將粒度為3 mm以下的顆粒成功浮選，能大幅度節(jié)省磨礦能耗和浮選藥劑，但是它對(duì)礦物表面疏水性要求較高，目前在磷礦浮選中有一定的工業(yè)化應(yīng)用。流化床浮選將重選和浮選有機(jī)結(jié)合，進(jìn)一步擴(kuò)展了機(jī)械攪拌式浮選的浮選上限，使得顆粒的有效回收粒徑達(dá)到 250 μm～1 180 μm。流化床浮選不僅能回收粗、中物料，而且具有較快的浮選速度；較低的能量耗散率大大降低了顆粒與氣泡的脫落概率，為粗顆粒和超粗顆粒的浮選提供了可能。