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浮选在矿石分离中的重要作用

一、基本介绍

“浮选( flotation)”一词,是漂浮选矿的简称。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,从矿石中分离有用矿物的技术方法。利用矿物表面的物理化学性质差异选别矿物颗粒的过程,旧称浮游选矿,是应用最广泛的选矿方法。几乎所有的矿石如金矿、银矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、辉铜矿、辉钼矿、镍黄铁矿等硫化矿物,孔雀石、白铅矿、菱锌矿、异极矿和赤铁矿、锡石、黑钨矿、钛铁矿、绿柱石、锂辉石以及稀土金属矿物、铀矿等氧化矿物的选别都可用浮选分选。

浮选的另一重要用途是降低细粒煤中的灰分和从煤中脱除细粒硫铁矿。全世界每年经浮选处理的矿石和物料有数十亿吨。大型选矿厂每天处理矿石达十万吨。浮选的生产指标和设备效率均较高,选别硫化矿石回收率在90%以上,精矿品位可接近纯矿物的理论品位。用浮选处理多金属共生矿物,如从银、铜、铅、锌等多金属矿矿石中可分离出银、铜、铅、锌和硫铁矿等多种精矿,且能得到很高的选别指标。

浮选适于处理细粒及微细粒物料,用其他选矿方法难以回收小于lOμm的微细矿粒,也能用浮选法处理。一些专门处理极细粒的浮选技术,可回收的粒度下限更低,超细浮选和离子浮选技术能回收从胶体颗粒到呈分子、离子状态的各类物质。浮选还可选别火法冶金的中间产品,挥发物及炉渣中的有用成分,处理湿法冶金浸出渣和置换的沉淀产物,回收化工产品(如纸浆,表面活性物质等)以及废水中的无机物和有机物。

二、发展历史

在古代利用矿物表面的天然疏水性来净化朱砂、滑石等矿质药物,使矿物细粉飘浮于水面,而与下沉的脉石分开。淘洗砂金时,将羽毛蘸油粘捕亲油疏水的金、银细粒,称为鹅毛刮金,迄今仍有应用。明《天工开物》记载金银作坊回收废弃器皿和尘土中金、银粉末时“滴清油数点,伴落聚底”。就是利用表面性质的差异进行浮选的方法。

在古希腊和欧洲也有用油和沥青收集矿物的历史。18世纪人们已知道气体粘附固体粒子上升至水面的现象;19世纪时人们就曾用气化(煮沸矿浆)或加酸与碳酸盐矿物反应产生的气泡浮选石墨。19世纪末期,由于对金属的需求量不断增加,能用重选处理的粗粒铅、锌、铜硫化矿的资源逐渐减少,在澳大利亚、美国及一些欧洲国家开始用浮选选别细粒矿石,为冶炼提供精矿。到20世纪初应用泡沫浮选法,按矿粒对水中气泡亲和程度不同进行选别。1922年用氰化物抑制闪锌矿和黄铁矿,发展了优先浮选工艺,1925年使用以黄药为代表的合成浮选药剂,药剂用量由全油浮选时为矿石量的1~10%降至矿石量的万分之几,使浮选得到了重大发展,并广泛应用于工业生产。

三、浮选的分类

浮选按分选有价组分不同可分为正浮选与反浮选,将无用矿物(即脉石矿物)面在矿浆中作为尾矿排出的方法叫正浮选;反之叫反浮选。浮选中常用的浮选药剂有捕收剂、起泡剂、抑制剂、活化剂、pH调整剂、分散剂、絮凝剂等。常见的浮选机有机械搅拌式、充气式、充气机械搅拌式等。1949年以前中国只有几座浮选厂,1949年以后建成了几百座处理各种矿石的现代浮选厂。在多金属矿石的分离浮选、复杂矿石的综合利用、铁矿石浮选以及非金属矿石与煤的浮选等领域内,均取得了成就。

四、浮选方法

(一)常规泡沫浮选:适于选别0.5mm至5μm的矿粒,具体的粒限视矿种而定。当入选的粒度小于5μm时需采用特殊的浮选方法。如絮凝一浮选是用絮凝剂使细粒的有用矿物絮凝成较大颗粒,脱出脉石细泥后再浮去粗粒脉石。载体浮选是用粒度适于浮选的矿粒作载体,使微细矿粒粘附于载体表面并随之上浮分选。还有用油类使细矿粒团聚进行浮选的油团聚浮选和乳化浮选;以及利用高温化学反应使矿石中金属矿物转化为金属后再浮选的离析浮选等。用泡沫浮选回收水溶液中的金属离子时,先用化学方法将其沉淀或用离子交换树脂吸附,然后再浮选沉淀物或树脂颗粒。

(二)无泡沫浮选:是使浮选物料在水—气、有机液—水、水—油界面(或表面)萃取聚集后分离。油球团筛分是用油将已疏水化了的有用矿物颗粒形成选择性球团后,再行筛分。浮选所需的气泡最早由煮沸矿浆或化学反应产生;目前常用机械搅拌以吸入空气或导人压缩空气起泡,还有减压或加压后再减压起泡以及电解起泡等。与浮选效果有关的因素很多,除矿石性质外以浮选药剂,浮选机和浮选流程最为重要。

(三)药剂浮选,浮选时使用各种药剂来调节浮选物料和浮选介质的物理化学特性,以扩大浮选物料间的疏水一亲水性(即可浮性)差别,提高浮选效率。常用的浮选药剂分捕收剂、起泡剂和调整剂三大类。

1、捕收剂,自然界中除煤、石墨、硫黄、滑石和辉钼矿等矿物颗粒表面疏水,具有天然可浮性外,大多数矿物颗粒的表面是亲水的。为改善可浮性,需添加使矿物颗粒疏水的捕收剂,即极性捕收剂和非极性捕收剂。极性捕收剂由能与矿物颗粒表面发生作用的极性基团和起疏水作用的非极性基团两部分组成。当这类捕收剂吸附于矿物颗粒表面时,其分子或离子呈定向排列,极性基团朝向矿物颗粒表面,非极性基团朝外形成疏水膜,使矿粒具有可浮性。

选铜、铅、锌、铁、镍与锑等硫化矿物时,常用各种有机硫代化合物作为捕收剂。烷基二硫代氨基甲酸盐以及黄药的酯类衍生物等,也是硫化矿物常用的捕收剂。

非硫化矿物捕收剂多为各种有机含氧酸及其盐类,如脂肪酸及其皂类(常用的有油酸、塔尔油、氧化石蜡皂)以及烃基磺酸钠等。以上药剂均为离子型化合物,有效部分为阴离子,称阴离子捕收剂。常用的阳离子捕收剂有脂肪胺及醚胺,用于氧化锌矿及硅酸盐等矿物的浮选。

2、起泡剂,具有亲水基团和疏水基团的表面活性分子,定向吸附于水一空气界面,降低水溶液的表面张力,使充入水中的空气易于弥散成气泡,并产生稳定的泡沫。起泡剂与捕收剂有联合作用,共同吸附于矿物颗粒表面,促进矿物上浮。

3、调整剂,按用途不同分:①pH值调整剂。通过调节矿浆酸碱度,控制矿物表面特性、矿浆化学组成以及各种药剂的作用条件,改善浮选效果。②活化剂。能增强矿物同捕收剂的作用能力,使难浮矿物受到活化而被浮起。③抑制剂。提高矿物亲水性或阻止矿物同捕收剂作用.使其可浮性受到抑制。④絮凝剂。使矿物细颗粒聚集成较大颗粒,以加快其在水中的沉降速度;利用选择性絮凝可进行絮凝—脱泥及絮凝一浮选。常用的絮凝剂有聚丙烯酰胺和淀粉等。⑤分散剂。阻止细矿粒聚集,使之处于单体分散状态,作用与絮凝剂相反,常用的有水玻璃、磷酸盐等。浮选药剂的用量随药剂种类、矿石性质、浮选条件及流程特点等因素而变化。一般每吨矿石只用几克、数十克至数百克,也有多至数千克的。

五、影响浮选效果的几个重要因素

(一)磨矿细度

磨矿细度必须满足下列要求:有用矿物基本上单体解离,粗粒单体矿粒粒度,必须小于矿物浮选的粒度上限,尽可能避免泥化。

(二)矿浆浓度

最适宜的矿浆浓度,要根据矿石性质与浮选条件来确定:浮选比重较大或粒度较粗的矿物应采用较浓的矿浆,粗选与扫选作业也趋向于采用较浓的矿浆。

(三)矿浆酸碱度

各种矿物在采用各种不同浮选药剂进行浮选时,都有一个浮与不浮的ph值,叫做临界ph值。控制临界ph值,就能控制各种矿物的有效分选。

(四)药剂制度

浮选过程中加入药剂的种类和数量、加药地点和加药方式统称为药剂制度。它对浮选指标有重大影响,药剂的种类和数量,是通过矿石可选性试验确定的。

(五)充气和搅拌

强化充气作用,可以提高浮选速度,节约水电与药剂。但充其量过分,会把大量的矿泥机械夹带至泡沫产品中,给选别造成困难,最终难于保证精矿的质量。

(六)浮选时间

浮选时间的长短,要根据有用矿物的可浮性好坏及对精矿质量要求而定。

(七)水质和矿浆温度

浮选一般在常温下进行。矿浆加温与否,需依据具体情况经详细的技术经济比较确定。

由于浮选对于处理细粒浸染的矿石特别有效,这就解决了许多微细矿粒中有用成分的回收问题。浮选还可以获得高质量精矿,回收率较高。浮选的分选效率是比较高的,它能将很贫的原矿选成高品位的精矿,从而大大扩大了矿物资源范围,使一些过去认为不能开发的低品位矿床变成有工业价值的矿床。

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