微細(xì)粒礦物分選技術(shù)研究進(jìn)展

杜鳳梅，王金瑋，齊曉娜

（陜西省渭南市華州區(qū)金堆城百花嶺選礦廠，陜西 渭南 714100）

由于我國(guó)境內(nèi)的礦產(chǎn)資源被長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)采以及利用，導(dǎo)致粗粒嵌布類型礦產(chǎn)以及富礦資源逐漸匱乏，進(jìn)而出現(xiàn)“貧、細(xì)、雜”三種不利于礦產(chǎn)資源繼續(xù)開(kāi)采的局面。在我國(guó)境內(nèi)蘊(yùn)藏著大量微細(xì)粒礦物，在我國(guó)整體礦產(chǎn)資源之中，微細(xì)粒礦物的開(kāi)采以及分選，成為我國(guó)礦產(chǎn)資源開(kāi)采領(lǐng)域的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，如何分選微細(xì)粒礦物，以及如何選擇分選技術(shù)，并且對(duì)分選技術(shù)進(jìn)行完善，在我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域一直處于持續(xù)研究狀態(tài)。因此可以在之前的研究基礎(chǔ)上，對(duì)微細(xì)粒礦物分選相關(guān)技術(shù)進(jìn)行深入研究，以期取得新的進(jìn)展。

1 浮選分離相關(guān)技術(shù)概述

1.1 傳統(tǒng)浮選分離技術(shù)之中的不足

在我國(guó)，多種金屬礦物共生而且存在著細(xì)粒度的嵌布情況，屬于常見(jiàn)現(xiàn)象，在世界范圍內(nèi)，如何提高微細(xì)粒礦物的有效利用率，一直是眾多專家以及學(xué)者所密切關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。就現(xiàn)階段發(fā)展情況來(lái)講，專家以及學(xué)生通常將泡沫浮選作為最有效、成本最低的方法，因此在微細(xì)礦產(chǎn)資源進(jìn)行處理的時(shí)候，浮選技術(shù)的運(yùn)用十分普遍，對(duì)此專家學(xué)者也開(kāi)戰(zhàn)了大量研究活動(dòng)。

然而浮選分離在運(yùn)用過(guò)程中存在明顯的問(wèn)題：①由于微細(xì)礦物擁有更小的質(zhì)量以及體積，因此在浮選礦漿內(nèi)部很難產(chǎn)生動(dòng)量，導(dǎo)致難以與氣泡之間產(chǎn)生碰撞行為，而且較難克服氣泡和微粒礦物之間的能量勢(shì)壘，導(dǎo)致氣泡無(wú)法和微粒礦物進(jìn)行黏附，從而使回收率降低；②無(wú)用的脈石礦粒會(huì)與有用的微細(xì)礦粒之間產(chǎn)生非選擇性團(tuán)聚現(xiàn)象，其原因是脈石礦粒的面積和表面能更高，導(dǎo)致浮選過(guò)程被干擾；③礦漿自身的流變性會(huì)被微細(xì)礦物顆粒改變，使得礦漿在浮選過(guò)程中產(chǎn)生更強(qiáng)的黏度，氣泡穩(wěn)定度過(guò)高，導(dǎo)致浮選的選擇率更低；④微細(xì)的礦物顆粒的粒度更小，但是比表面積更大，在礦漿中溶解以后，產(chǎn)生的難免離子則更多，由于難免離子存在，導(dǎo)致捕收劑吸附或者被沉淀。

由于微細(xì)的礦物顆粒很難被分選出來(lái)，導(dǎo)致所有微細(xì)粒礦物在回收層面出現(xiàn)困難。當(dāng)?shù)V漿內(nèi)部存在微細(xì)粒的時(shí)候，會(huì)有礦泥進(jìn)行覆蓋，在常規(guī)粒度被分選的過(guò)程中，會(huì)不可避免地承受消極影響。如果顆粒的尺寸越小，比表面積就會(huì)越大，則需要投入更多藥劑進(jìn)行分選，生產(chǎn)成本也隨之而增加。部分金屬?zèng)]有被成功分選，而且藥劑也可能過(guò)剩，在進(jìn)入尾礦庫(kù)之后很容易使周邊的生態(tài)系統(tǒng)被污染。所以不難看出，對(duì)微細(xì)粒礦物進(jìn)行浮選分離，屬于一個(gè)難度較大、卻必須解決的世界性難題，因此深入探究浮選分離微細(xì)粒礦物的方法是十分必要的[1]。

1.2 剪切絮凝浮選技術(shù)

剪切絮凝浮選（Shear-flocculation flotation）相關(guān)技術(shù)，專門(mén)指運(yùn)用表面活性劑以后，微細(xì)顆粒的表面在吸附足夠藥劑以后疏水，然后運(yùn)用高速剪切攪拌作用（High Intensity Conditioning）相互碰撞，在形成明顯的絮團(tuán)以后，運(yùn)用常規(guī)浮選法對(duì)礦物進(jìn)行回收，這也是回收微細(xì)粒礦物的一種有效方法。在強(qiáng)度更高的剪切與攪拌過(guò)程中，微粒獲得足夠的動(dòng)能，克服靜電產(chǎn)生的排斥力，以及不同微細(xì)粒礦物之間產(chǎn)生的能量壁壘，并且加強(qiáng)捕收劑在粒子表面的吸附，使不同粒子之間的表面疏水作用產(chǎn)生能量，從而使微細(xì)礦物顆粒以絮團(tuán)狀方式結(jié)合。

在上述過(guò)程中，如果絮體的平均粒徑越大，就會(huì)獲得越高的浮選回收概率；絮團(tuán)在形成以后，無(wú)論是延長(zhǎng)攪拌的時(shí)間，還是增強(qiáng)攪拌的速度，都不會(huì)對(duì)回收率產(chǎn)生影響。由此可見(jiàn)，浮選的回收概率取決于生成的絮團(tuán)。在傳統(tǒng)的浮選操作之中，帶電疏水粒子之間的范德華力，與疏水有著相互吸引的作用能，但是與靜電之間產(chǎn)生排斥現(xiàn)象。而且在常規(guī)的體系之中，能量勢(shì)壘產(chǎn)生的原因，就是引力小于排斥力。在剪切絮凝浮選的過(guò)程中，強(qiáng)大的剪切力能夠?qū)⒆銐虻膭?dòng)能向疏水顆粒提供，從而克服能量勢(shì)壘的作用，同時(shí)對(duì)微細(xì)礦物顆粒與捕收劑在表面產(chǎn)生的作用進(jìn)行強(qiáng)化。

在運(yùn)用剪切絮凝浮選相關(guān)方法以后，顆粒的表面直徑得到明顯增加，從而使回收概率增加。雖然當(dāng)前剪切絮凝浮選由于選擇性原因，工業(yè)化的進(jìn)程被限制，但是相關(guān)領(lǐng)域的工作人員已經(jīng)開(kāi)始從調(diào)控微細(xì)粒礦漿的流變性的角度，對(duì)該技術(shù)的選擇性進(jìn)行合理改善。對(duì)礦漿的流變性產(chǎn)生影響的因素有很多種，例如礦物的類型、pH值、表面電荷等，因此應(yīng)當(dāng)在礦漿之中添加流變性功能材料，或者控制礦漿的ph值，從而使浮選的選擇性真正得到提升[2]。

1.3 選擇性絮凝浮選技術(shù)

選擇性絮凝浮選又被稱為高分子絮凝浮選，其用法使將傳統(tǒng)的浮選方式與高分子絮凝劑相結(jié)合，從而對(duì)微細(xì)粒礦物進(jìn)行分選。選擇性絮凝浮選相關(guān)技術(shù)同時(shí)運(yùn)用捕收劑以及高分子絮凝劑。捕收劑的作用是對(duì)礦物絮團(tuán)的表面進(jìn)行疏水，然后利用氣泡的攜帶功能，將礦物絮團(tuán)從脈石礦物之中分離；高分子絮凝劑的作用則是對(duì)微細(xì)礦粒進(jìn)行分散以后，使粒度較大的絮團(tuán)有選擇性地絮凝，并且使常規(guī)的粒級(jí)礦物特性顯現(xiàn)出來(lái)。選擇性絮凝浮選的步驟為三個(gè)：①分散。在加入分散劑以后，礦物得到充分分散，避免不同的礦物出現(xiàn)凝結(jié)，或者有用礦物與脈石礦物相互之間出現(xiàn)背負(fù)情況，然后準(zhǔn)備絮凝劑的選擇性吸附工作；②絮凝劑。要想使微細(xì)礦粒絮凝，必須加入絮凝劑，從而使礦物顆粒的表觀粒徑增加；③浮選。運(yùn)用常規(guī)浮選方法，促進(jìn)礦物絮團(tuán)進(jìn)入泡沫，真正從分散狀態(tài)之中的非目的礦物之中分離。

在對(duì)選擇性絮凝浮選技術(shù)進(jìn)行研究的過(guò)程中，通常只關(guān)注如何對(duì)礦物進(jìn)行分離，現(xiàn)階段需要朝著大規(guī)模工業(yè)化發(fā)展的方向開(kāi)展繼續(xù)研究：①研制或者尋找更有效的選擇性絮凝劑以及分散劑；②對(duì)分離絮團(tuán)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行適當(dāng)篩選；③對(duì)于選擇性絮凝各個(gè)環(huán)節(jié)的影響因素及其規(guī)律進(jìn)行研究，例如礦漿的酸堿度、藥劑添加數(shù)量、藥劑濃度等；④為了使經(jīng)濟(jì)效益最大限度提升，需要對(duì)分散劑的投入量進(jìn)行精確控制；⑤對(duì)于高分散藥劑懸浮液進(jìn)行固體和液體的分離，以及復(fù)用凈化水相關(guān)技術(shù)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行深入研究，在必要情況下添加額外的絮凝劑，促進(jìn)分散的顆粒出現(xiàn)聚沉現(xiàn)象；⑥對(duì)于絮凝過(guò)程中出現(xiàn)的夾帶、卷裹問(wèn)題，需要采取措施使其減輕[3]。

1.4 微泡浮選技術(shù)

利用微泡發(fā)生器產(chǎn)生微泡，使泡沫的比表面積變得更大，能夠使氣泡與疏水性目的礦物之間的黏附、碰撞概率得到增強(qiáng)，從根本上避免脈石礦粒與目的礦粒之間出現(xiàn)的非選擇性團(tuán)聚現(xiàn)象，進(jìn)而提高浮選的富集效果。利用微米級(jí)氣泡取代傳統(tǒng)的常規(guī)粒度氣泡，然后將微泡作為載體對(duì)礦粒進(jìn)行捕捉，使微細(xì)礦粒的捕集概率提升，就是微泡浮選相關(guān)技術(shù)的核心。

與傳統(tǒng)的氣泡浮選技術(shù)相比，微泡的有效回收率更高，而且有著更寬闊的分選下限，這也是微泡優(yōu)于傳統(tǒng)的氣泡浮選技術(shù)的關(guān)鍵所在。除此之外，微泡浮選相關(guān)技術(shù)直接催生了更多新的高效設(shè)備出現(xiàn)，微泡浮選設(shè)備變得更加多樣化，例如充填介質(zhì)、溶氣、旋流靜態(tài)、有色院噴射、CPT等各類浮選柱，在工業(yè)領(lǐng)域得到應(yīng)用后效果良好。但是，微泡如何對(duì)復(fù)雜微細(xì)粒級(jí)礦物顆粒浮選體系中顆粒的浮選行為進(jìn)行影響，同時(shí)如何對(duì)微泡的形成方式進(jìn)行控制，從而使微細(xì)礦粒增加可浮性，依舊處于持續(xù)探索的狀態(tài)。

1.5 納米氣泡浮選技術(shù)

尺寸在1nm～100nm之間的氣泡，就是納米氣泡，利用空化作用能夠使納米氣泡產(chǎn)生，空化的方法主要有水力、光照、超聲波等。通過(guò)曾經(jīng)的研究不難看出，在含有CO2或者飽和空氣的礦漿內(nèi)部，強(qiáng)度高的攪拌過(guò)程中會(huì)有大量納米氣泡產(chǎn)生，納米氣泡能夠在礦粒的表面成核，提高—10μm直徑的煤或者磷酸鹽類礦物粒子的浮選回收概率[4]。

利用納米氣泡對(duì)微細(xì)礦粒的浮選機(jī)理進(jìn)行改善，不僅具備與微泡浮選類型相似的“氣泡尺寸縮減”效應(yīng)，而且有研究表明，大量的納米氣泡能夠構(gòu)建出“氣橋”，使得微細(xì)顆粒之間的相互作用力得到增強(qiáng)，從而使浮選效率得到改善。但是在納米氣泡相關(guān)浮選之中，存在著納米氣泡上升速率較低，導(dǎo)致礦漿長(zhǎng)時(shí)間停留在回路，降低浮選速率的問(wèn)題，需要相關(guān)領(lǐng)域的專家學(xué)者進(jìn)行深入探索。

2 磁分離相關(guān)技術(shù)概述

從本質(zhì)來(lái)看，浮選法是利用礦粒表面的疏水性，實(shí)現(xiàn)氣泡與微小礦粒之間的黏附以及碰撞，其核心為必須在顆粒表面進(jìn)行選擇性疏水，氣泡與顆粒之間必須發(fā)生碰撞和黏附的關(guān)系，由于微小礦物存在質(zhì)量與顆粒密度小的特征，而且存在類似納米顆粒的“尺度效應(yīng)”，因此可以選擇增大顆粒的直徑、減少氣泡的直徑等方式對(duì)浮選法進(jìn)行強(qiáng)化[5]。

但是在超細(xì)礦物顆粒組成的體系之中，不同的顆粒之間、氣泡和顆粒之間會(huì)產(chǎn)生更復(fù)雜的作用，作為核心捕集體的氣泡并非完全穩(wěn)定，而且密度和質(zhì)量較小，因此依舊存在一定程度的局限。如果能夠解決氣泡的天然局限性，從傳統(tǒng)浮選法的框架之中跳出來(lái)，從根本上對(duì)捕集體的特性進(jìn)行改變，例如用疏水磁性顆粒來(lái)代替氣泡，也可以獲得更高的分選效率。磁選分離相關(guān)技術(shù)有著下限更小、環(huán)保、效率高等多種優(yōu)勢(shì)，因此潛力十分巨大[6]。

3 結(jié)論

綜上所述，質(zhì)量較小但是表面積較大，就是微細(xì)粒礦物的主要特征，因此對(duì)微細(xì)粒礦物進(jìn)行分選，其難度是比較大的。浮選分離技術(shù)之中已經(jīng)分離出不同類型的浮選技術(shù)，雖然依舊存在缺點(diǎn)，但是伴隨著浮選分離環(huán)節(jié)的不斷完善，已經(jīng)成為對(duì)微細(xì)粒礦物進(jìn)行高效利用的主要途徑。磁分離相關(guān)技術(shù)能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)分選技術(shù)之中的缺點(diǎn)，有著強(qiáng)大的潛力，但是很多操作環(huán)節(jié)尚未形成系統(tǒng)化理論，依舊需要相關(guān)領(lǐng)域人員繼續(xù)研究。