尾矿再选浮选机的研究与应用

随着有色金属工业的不断发展，矿产资源生产中产生的尾矿总量迅猛增长，每年仅磁铁矿尾矿就增加3亿t，这些废弃物对矿区及冶炼厂周边的生态环境造成破坏和污染，而且其中的有用组分未得到回收利用，造成了大量的资源浪费。尾矿中有价组分的综合回收主要是指对尾矿的再选。由于技术水平、装备性能和选矿工艺的限制，造成有用组分流人尾矿中，20世纪90年代以来，凡具备条件的矿山都开始了尾矿的再选工作。例如，包钢选矿厂从尾矿中回收稀土；攀钢公司从钒钛磁铁矿磁选尾矿中回收钛；马钢南山铁矿选矿厂从尾矿中回收硫、磷；酒钢桦树沟铁矿从铁尾矿中回收重晶石等。

浮选是根据矿物颗粒表面物理化学性质的不同，按矿物可浮性的差异进行分选的方法。作为目前最有效的选矿方法之一，浮选的应用领域不断扩大，包括其它选矿方法难以奏效的细泥物料的处理，老选矿厂尾矿的再处理，各种废旧金属材料的回收以及各种废料的处理、利用，以及污水的净化等。因此，从经济效益和环境保护的双重角度出发，越来越多的选矿厂采用浮选设备进行尾矿的再选，以提高矿产资源利用率。

与一般矿物相比，尾矿具有贫、细、杂，密度大，入选矿浆浓度较高，嵌布粒度呈粗细两头分布等特点，因此，一般常规浮选机无法满足尾矿浮选的特殊要求。针对尾矿浮选的工艺特点，结合自身研究浮选机的丰富经验，北京矿冶研究总院先后研制了2、4、8、16、30、40m3等6种规格的尾矿再选浮选机，取得了良好的浮选效果。

1、尾矿性质

用于有用金属再回收的尾矿除具有贫矿石贫、细、杂的特点外，其性质与原矿性质有差异。尾矿中不仅有贵金属、有色金属、黑色金属，还有大量非金属，且其中的难选金属矿物多以连生体、细粒、微细粒存在，既有以硫化矿物形式存在又有以氧化矿物形式存在，且硫化矿物因长时间堆放表面发生氧化。针对尾矿的特殊复杂情况，欲综合回收尾矿中的铅、锑、锌、锡、硫、砷等有价物质，就对选矿处理工艺及其设备提出了较高的要求，增加了选别难度。

在生产实践中，待处理的尾矿性质变化大，尾矿细度不均匀，铜、金、铁等可回收元素的解离程度不一致，因此，选矿工艺流程和设备要有较强的适应性，单一的选矿工艺流程难以有效回收尾矿有价元素，特别是当尾矿粒度粗时，有用矿物解离度相对较低，尾矿一定要经过再磨；而当尾矿粒度较细、有用矿物解理度相对较高时，采用尾矿再选专用浮选设备则往往能够达到理想的选别效果。

2、应具备的性能特点

由于尾矿浮选时矿浆密度大、浓度高、易沉槽、粒度呈两头分布等特点，通过研究浮选机内大密度矿物与气泡的碰撞、黏附、脱落等过程以及影响这些过程的因素可知，尾矿浮选在不同过程及同一过程中对流体动力学状态的要求并不完全相同。为了回收尾矿中的有用矿物，就要求浮选机流体动力学状态能够满足尾矿中不同粒级、不同密度矿物的浮选要求。尾矿再选专用浮选机必须具有以下性能特点：

1)有较强的搅拌区域，能够使较大密度矿粒充分悬浮，同时保证气泡能均匀地分散在矿浆中。

2)具有较大的充气量，以形成部分直径大一点的气泡，有利于负载大密度粗粒矿物上浮，同时提高矿粒与气泡的碰撞、黏附概率。

3)叶轮对矿浆的搅拌力相对要弱，降低矿浆的湍流强度，有利于大密度粗颗粒矿粒与气泡集合体的形成和顺利上浮，防止矿粒脱落。

4)有一个相对平稳的分离区和稳定的泡沫层，减少矿粒从气泡上脱落的概率。

5)浮选机槽体要尽量浅，减小负载大密度粗颗粒矿物的气泡上升距离，减小脱落概率。

以上有些要求是相互矛盾的，因此设计的关键在于如何巧妙地解决这些矛盾，为不同粒级的尾矿矿粒在同一个浮选机内创造适合的流体动力学环境，提高浮选机的工艺性能。

3、结构和工作原理

尾矿再选浮选机结构简图见图l，主要由主轴部件、电机装置、槽体部件等组成，主轴部件包括叶轮、空气分配器、空心主轴、轴承体和大皮带轮等，槽体部件包括槽体、格栅板、循环通道及假底等，定子固定在假底上，隔板与槽体前后壁形成循环通道，格栅板与槽底的距离大约为槽深的三分之一。

工作原理为：浮选机叶轮旋转时，来自鼓风机的低压空气通过空心主轴进入空气分配器内，然后从空气分配器周边的孔进入叶轮叶片间，同时假底下方的矿浆被叶轮下部抽吸进入到叶轮叶片间，矿浆和空气在叶轮叶片间充分混合后，从叶轮上半部向周边甩出，甩出的矿浆空气混合物由定子稳流后，穿过格子板，进入槽内上部区。由于浮选机内格栅板上方的矿浆中含有大量气泡，而外侧循环通道内矿浆中不含气泡，于是内外矿浆就形成一定压差，在此压差及叶轮抽吸力作用下，内部区矿浆和气泡在设定的流速下一起上升通过格栅板，将大密度矿物带到格栅板上方，形成大密度矿物悬浮层，而矿化气泡和含有较细矿粒的矿浆则继续上升，矿化气泡升到液面形成泡沫层，含有较细矿粒的矿浆则会越过隔板经循环通道进入叶轮区进行再循环。

4、结构设计

由于尾矿浮选时矿浆密度大、浓度高、易沉槽、粒度呈两头分布等特点，通过研究浮选机内大密度矿物与气泡的碰撞、黏附、脱落等过程以及影响这些过程的因素可知，设计关键在于改变浮选机内的矿浆循环方式。因此设计的重点放在槽体结构和叶轮定子的设计研究。

4.1、槽体部件设计

尾矿再选专用浮选机的槽体部件设计如图1所示。浮选机槽体部件包括槽体、格栅板、循环通道及假底等，定子固定在假底上，隔板与槽体前后壁形成循环通道，格栅板与槽底的距离大约为槽深的三分之一。槽体内被格栅板分成槽内上部区和槽内下部区两部分。利用叶轮旋转和充气时内、外循环通道的压差来增加槽内的矿浆循环量，保证大密度粗颗粒矿物的充分悬浮，从而尽量减小叶轮搅拌强度，解决大密度粗颗粒矿物所要求的弱搅拌力与易沉槽之间的矛盾。

由于格栅板的存在，使上升的矿浆流通过格栅板的流速增大，从而在格栅板上方形成大密度粗颗粒矿粒的悬浮层，增大矿物的回收率；未矿化的密度较小的矿物则通过前后循环通道进入槽内下部区，被抽吸进入叶轮进行再循环，有利于提高常规粒级矿物的浮选效果。因此，浮选机能够实现全粒级回收，满足尾矿浮选的工艺要求。

4.2、格栅板设计

格栅板的设计主要是根据尾矿的性质，选择合适的格栅板形状、面积和缝隙大小。确定格栅板缝隙所占的面积是一个非常复杂的问题，它与所处理矿物的密度、粒度组成、矿浆浓度、矿浆循环量和充气量等有关。针对尾矿浮选的特点．一般情况下缝隙总面积占槽内上部区横截面积的25%~40%；工业生产实践表明，尾矿浮选时矿浆中颗粒一般不会超过30mm，因此格栅板缝隙大多在33~35mm。

尾矿再选专用浮选机的格栅板用间隔均匀、水平排列的角钢焊接制成，格栅板能够拆卸，以方便叶轮、定子等零部件的维护和更换。

4.3、叶轮定子系统设计

浮选机流体动力学特性要求叶轮具有大流量、低压头的特性，在离心泵的设计理论中，中比转速后倾式叶轮能够满足这一特性。由于旋转的叶轮会产生旋转矿浆流，矿浆在浮选机内打转严重影响浮选机的性能，因此需要设计与叶轮相匹配的定子，使叶轮甩出的旋转矿浆流经过定子后变为径向矿浆流。定子采用下盘封闭径向短叶片形式，安装在叶轮周围斜上方，固定在假底上。

5、生产应用

北京矿冶研究总院研制的尾矿再选专用浮选机解决了尾矿再选时矿石密度大、矿浆浓度高、易沉槽等技术难题，取得了良好的经济效益和社会效益，并且在国内外得到了大量的应用。在尾矿再选方面，已应用于承德双滦建龙矿业有限公司、首钢矿业公司三赢铁矿、铜陵金口岭铜矿、山东阳谷祥光铜业有限公司、河北顺达矿业有限责任公司、首钢秘鲁铁矿等磁选尾矿再选。

5.1、承德双滦建龙矿业有限公司

该项目回收磁选尾矿中磷、钛等有价金属，由于磁选尾矿密度大、粒度粗、浓度高、易沉槽的特点，原有浮选设备技术条件下无法回收。2005年该公司采用了14台40m3尾矿再选浮选专用机解决了尾矿回收的技术难题，不仅给公司带来新的经济收入，而且提高了资源利用率，形成4kt/d生产能力，目前已正常运转，流程通畅，节省生产管理成本约200万元，累计每年新增经济效益为2320万元。

5.2丰宁三赢工贸有限责任公司

该项目采用14台40m3尾矿再选专用浮选机和12台8m3浮选机用于回收磁选尾矿中的磷、钛等金属，处理能力为10kt/d，于2007年10月投产。

5.3、铜陵金口岭铜矿

金口岭铜矿是铜陵有色金属（集团）公司下属的一座采选联合企业。随着矿山开采年限的延长，井下资源日益枯竭，但选矿厂的破碎、精矿脱水等设备和工艺均有较大生产潜力。因此，金口岭铜矿对磨浮流程进行改造，用4m3尾矿再选和炉渣专用浮选机代替原有浮选机进行试验，经过一年的生产试验，原渣铜品位2.964%，经专用浮选机选别，获得精矿铜品位27.63%，铜回收率达87.83%。由于使用效果显著，金口岭铜矿先后采用了23台4m3浮选机。

5.4、山东阳谷祥光铜业有限公司

该项目采用9台40m3尾矿再选和炉渣专用浮选机和8台8m3浮选机用于回收转炉渣和电炉渣混合物中的铜，处理量为1800t/d，原矿密度为4.0t/m3。粗选采用40m3浮选机3台，扫选一、扫选二各3台，精选作业采用8m3浮选机8台，其中精选-4台，精选二、精选三各2台，扫选中矿集中返回磨机再磨后进行粗选。由于铜渣中有单体铜，因而矿石密度大，使用普通浮选机容易沉槽，同时回收率很差，采用炉渣专用浮选机在渣密度为4.2t/m3的前提下，最终精矿铜品位达到26%以上，回收率87%以上，给其公司带来了显著的经济效益。

6、结论

针对尾矿浮选时矿浆密度大、浓度高、易沉槽、粒度呈两头分布等特点，北京矿冶研究总院研制了尾矿再选专用浮选机，其独特的叶轮定子结构和槽内分区结构为设备的工艺性能提供了重要保证，性能达到了国际同类设备的先进水平，填补了国内尾矿再选浮选设备的空白。

生产实践表明，尾矿再选专用浮选设备运行平稳，功耗低。尾矿再选浮选机在实际生产中的成功运用，不仅标志着我国已成功攻克尾矿浮选的难题，而且已经实现了尾矿再选浮选设备的大型化，对提高资源利用率、解决环境污染均具有重大意义。

转载请注明来源：www.zzjdzg.com