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浮游选矿法(浮选法选矿的基本原理)

浮游选矿法(浮选法选矿的基本原理) 介绍浮选选矿的基本知识。

浮选是主要的选矿方法之一。只要是利用矿物表面物理化学性质的差异来分选矿物颗粒的过程,以前都叫浮选选矿,是应用最广泛的选矿方法。几乎所有的矿石都可以通过浮选分离。例如金矿、银矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、黄铜矿、辉钼矿、镍黄铁矿和其他硫化物矿物、孔雀石、方铅矿、菱锌矿、异极矿、赤铁矿、锡石、黑钨矿、钛铁矿、绿柱石、锂辉石和氧化矿物,例如稀土矿物和铀矿。非金属矿物和硅酸盐矿物如石墨、硫、金刚石、应时、云母和长石,非金属盐矿物如萤石、磷灰石和重晶石,可溶性盐矿物如钾盐和岩盐的分离。

浮选的另一个重要用途是减少细煤中的灰分,并从煤中除去细黄铁矿。每年,数十亿吨的矿石和材料被漂浮在世界各地。大型选矿厂每天处理10万吨矿石。浮选生产指标和设备效率高,硫化矿回收率在90%以上,精矿品位可接近纯矿物的理论品位。多金属共生矿物如铜、铅、锌等多金属矿石的浮选处理,可分离多种精矿,如铜、铅、锌、黄铁矿等,并可获得较高的分离指标。浮选适用于处理细粒和细粒物料。小于10μm的细粒矿石用其他选矿方法难以回收,也可用浮选方法处理。

一些专门处理极细颗粒的浮选技术具有较低的可回收粒度限制,而超细浮选和离子浮选技术可以回收从胶体颗粒到分子和离子的各种物质。浮选还可用于分离火法冶金中间产物、炉渣中的挥发物和有用组分,处理湿法冶金浸出渣和置换沉淀产物,回收化工产品(如纸浆、表面活性物质等。)和废水中的无机和有机物质。

1949年以前,中国只有几家浮选厂。1949年后,建造了数百座处理各种矿石的现代化浮选厂。在多金属矿石的分离和浮选、复杂矿石的综合利用、铁矿石浮选、非金属矿石和煤的浮选等方面取得了成就。浮选过程各种浮选过程的理论基础基本相同,即矿石颗粒由于其表面的疏水特性或浮选药剂获得的疏水(亲气或亲油)特性,可以在液气或水油界面聚集。目前,泡沫浮选是应用最广泛的方法。各种矿物经过破碎、磨矿后解离成单体颗粒,粒度符合浮选工艺要求。磨矿后,在矿浆中加入各种浮选药剂,搅拌混合,使其与矿物颗粒发生反应,从而扩大不同矿物颗粒之间的可浮性差异。调整后的矿浆被送至浮选槽,进行搅拌和充气。矿浆中的矿石颗粒与气泡接触碰撞,可浮性好的矿石颗粒选择性地附着在气泡上,被携带进入由气-液-固三相组成的矿化泡沫层,被机械刮除或从矿浆表面溢出,然后脱水干燥,产生精矿产品。不能浮选的矿物颗粒,如脉石,作为尾矿随矿浆从浮选槽底部排出。有时,无用的矿物颗粒会浮出来,而有用的矿物颗粒会留在矿浆中,这被称为反浮选,例如从应时的铁矿石中浮选出来。

常规泡沫浮选适用于分选0.5毫米至5微米的矿石颗粒,具体颗粒界限视矿石类型而定。当所选粒度小于5μm时,应采用特殊的浮选方法。比如絮凝-浮选就是用絮凝剂将细小的有用矿物絮凝成较大的颗粒,除去脉石泥后再浮掉粗脉石。载体浮选是用适合浮选的粒度的矿物颗粒作为载体,使微细矿物颗粒附着在载体表面,上浮进行分选。还有油团聚浮选法和乳化浮选法,用油团聚细矿石颗粒进行浮选;以及矿石中的金属矿物通过高温化学反应转化为金属后的分离浮选。用泡沫浮选法从水溶液中回收金属离子时,先用化学方法沉淀或用离子交换树脂吸附,再将沉淀物或树脂颗粒浮选。处理分子、离子和胶体大小的材料,并通过漂浮泡沫将其分离。其特征是利用某些物质的疏水性,缓慢搅拌和少量曝气,使漂浮的泡沫聚集在水面上,并被刮除。例如从水中回收油、蛋白质、纸浆和化学产品。离子浮选是在能与离子沉淀或络合的表面活性剂作用下,使反应产物进入浮沫,完成分选。无泡沫浮选是将水-气、有机液-水和水-油的界面(或表面)上经过萃取和聚集的浮选物质分离出来。比如前期使用的膜浮选和全油浮选;发展液-液萃取浮选等。油球筛分是用油将疏水性的有用矿物颗粒形成选择性的小球,然后进行筛分。浮选所需的气泡首先由沸腾矿浆或化学反应产生;目前常用机械搅拌吸入空气体或通入压缩空气体发泡,然后减压或加压发泡和电解发泡。影响浮选效果的因素很多,其中除矿石性质外,浮选药剂、浮选机和浮选工艺最为重要。浮选浮选是利用各种化学物质来调节浮选材料和浮选介质的物理化学特性,从而放大浮选材料之间的疏水性和亲水性(即可浮性)差异,提高浮选效率。常用的浮选药剂分为三类:捕收剂、起泡剂和调整剂。捕收剂在自然界中,除了煤、石墨、硫磺、滑石、辉钼矿等矿物颗粒具有疏水表面和天然可浮性外,大部分矿物颗粒具有亲水表面。为了提高可浮性,需要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相互作用的极性基团和具有疏水作用的非极性基团组成。当这类捕收剂吸附在矿物颗粒表面时,其分子或离子取向,极性基团面向矿物颗粒表面,非极性基团向外形成疏水膜,使矿物颗粒可浮。

在分离铜、铅、锌、铁、镍、锑等硫化矿物时,常使用各种有机硫化合物作为捕收剂。代表性的有:①烷基(b、c、丁基、戊基等)的二硫代碳酸钠(或钾)。),如CH3CH2OCSSNa,又名黄药,俗称黄药;②烷基二硫代磷酸或其盐类,如(RO)2 psh,其中R为烷基,俗称黑药。烷基二硫代氨基甲酸酯和黄原酸酯衍生物也是常用的硫化矿物捕收剂。非硫化矿物捕收剂多为有机含氧酸及其盐类,如脂肪酸及其皂类(常用的有油酸、妥尔油、氧化石蜡皂)、烷基磺酸钠等。用于铁矿石、磷灰石、萤石等的浮选。浮选钨和锡矿泥时,使用甲苯胂酸和苯乙烯磷酸等捕收剂。以上药剂均为离子化合物,有效部分为阴离子,称为阴离子捕收剂。常用的阳离子捕收剂有脂肪胺和醚胺,用于氧化锌矿和硅酸盐矿物的浮选。非离子极性捕收剂的分子是不可分的,如硫酯,非极性捕收剂是烃油(也叫中性油),如煤油、柴油,用于石墨、辉钼矿、煤等天然可浮矿物的浮选。当与极性捕收剂一起使用时,矿物颗粒的疏水性可以进一步增加。发泡剂是具有亲水基团和疏水基团的表面活性分子,定向吸附在水-空空气界面上,降低水溶液的表面张力,使水中充满的空空气容易分散成气泡,产生稳定的泡沫。起泡剂和捕收剂共同作用,共同吸附在矿物颗粒表面,促进矿物浮选。常用的起泡剂有松油醇油(国内俗称2号油)、甲酚酸、混合脂肪醇、异构己醇或辛醇、醚醇及各种酯类。

调节剂按用途分类:①pH调节剂。通过调节矿浆的pH值,控制矿物表面特性、矿浆的化学成分和各种药剂的作用条件,可以提高浮选效果。常用的有石灰、碳酸钠、氢氧化钠和硫酸。②活化剂。它能增强矿物与捕收剂的作用能力,使难选矿物活化浮选。如用硫酸铜处理闪锌矿,硫酸铜很难与黄药反应,在矿物表面形成硫化铜覆盖膜,可以被捕获和浮选;或者用硫化钠活化铅和氧化铜矿石,然后用黄药浮选。③抑制剂。改善矿物的亲水性或阻止矿物与捕收剂作用,使其可浮性受到抑制。比如石灰用来抑制黄铁矿,硫酸锌和氰化物用来抑制闪锌矿,水玻璃用来抑制硅酸盐脉石。利用淀粉、栲胶等有机物作为抑制剂,可以浮选分离各种矿物。④絮凝剂。使细小的矿物颗粒聚集成较大的颗粒,以加快其在水中的沉降速度;选择性絮凝可用于絮凝-脱泥和絮凝-浮选。常用的絮凝剂有聚丙烯酰胺和淀粉等。⑤分散剂。防止微细矿粒聚集,使其处于单体分散状态,效果与絮凝剂相反,常用的有硅酸钠、磷酸盐等。浮选药剂的用量因药剂类型、矿石性质、浮选条件和流动特性而异。一般每吨矿石只用几克、几十克到几百克,有的多达几公斤。浮选机是浮选工艺的主要设备。它由单个电池或多个串联电池组成。浮选过程中,矿浆搅拌和充气、气泡对矿粒的粘附、气泡的上升和泡沫层的形成都是在浮选槽中进行的。

根据搅拌和曝气方式的不同,可分为五种:①机械搅拌。通过机械搅拌器实现搅拌和曝气。有离心叶轮、星形转子和条形转子。搅拌器在浮选槽内高速旋转,带动矿浆流动,在叶轮腔内产生负压,吸入空气体。②曝气机械搅拌型。除了机械搅拌之外,还向浮选槽中充入低压空气体。③充气型。按空气体搅拌产生气泡,如浮选柱、泡沫分离器。④气体沉淀型。通过降低压力或首先加压然后降低到常压,浆液中溶解的空气体沉淀形成微泡。⑤压力溶解气体型。填充的空气体通过高压预溶于水,然后在常压下在浮选槽中沉淀,形成大量微气泡。浮选工艺包括磨矿、分级、矿浆混合和浮选粗选、精选和扫选。有一个磨浮过程;阶段磨矿和浮选阶段磨矿和浮选过程;或者再研磨和再浓缩浓缩物。浮选产生粗精矿称为粗选;粗精矿的再浓缩称为浓缩;尾矿选矿称为扫选。从矿石中回收多种有用矿物时,不同矿物的浮选过程称为优先浮选或选择性浮选。分离前浮选所有有用矿物的过程称为混合分离浮选。在生产中,必须根据矿石性质和产品要求,采用不同的配方和浮选工艺。铜矿中硫化铜矿物的浮选通常用黄药(捕收剂)、松油醇油(起泡剂)和石灰(调整剂)处理,然后浮选与脉石和共生硫化铁矿物分离。大多采用优先浮选。氧化铜矿一般用硫化钠活化后再用黄药浮选,或直接用脂肪酸作捕收剂浮选。铅锌矿浮选采用优先浮选工艺时,用硫酸锌和氰化物抑制闪锌矿,用黄药浮选方铅矿。然后用硫酸铜活化,加入黄药浮选闪锌矿。采用混合浮选工艺时,铅、锌矿物与黄药一起浮选出来;然后用硫酸锌和氰化物抑制混合精矿中的锌矿物,铅矿物浮出来。现在许多矿物加工厂用亚硫酸及其盐类代替氰化物。铁矿石浮选中,常用油酸、妥尔油、氧化石蜡皂或石油磺酸盐作为捕收剂(和起泡剂)来浮选赤铁矿、褐铁矿等矿物,称为铁矿石正浮选。或者用阳离子胺类捕收剂浮选应时,或者用阴离子类捕收剂浮选钙离子活化的应时,称为铁矿石反浮选。絮凝-脱泥-反浮选工艺可用于处理微细粒嵌布铁矿石。黑钨矿和锡石矿泥的浮选,用油酸或甲苯胂酸或苯乙烯磷酸作捕收剂,水玻璃作脉石抑制剂进行浮选回收。有时需要使用硝酸铅作为活化剂。萤石、磷灰石浮选中,常用油酸或氧化石蜡皂或妥尔油作捕收剂,水玻璃、栲胶、磺化粗菲作脉石抑制剂浮选。

而煤泥和石墨浮选一般用酒精作起泡剂,煤油等中性油作捕收剂。发展趋势随着浮选处理的矿石中有用成分的含量越来越低,嵌布粒度越来越细,成分越来越复杂,难以选择,同时浮选领域也在不断扩大,包括其他选矿方法难以处理的细泥物料的处理,老选矿厂尾矿的再加工,各种废金属物料的回收,各种废弃物的处理利用,污水的净化等。因此,必须注意以下四个问题:①继续发展浮选新技术和大型高效浮选设备;②研究作用强、选择性好、用量少、无毒或低毒的浮选药剂;③研究浮选的数学模型和过程的自动控制,从而优化工艺,达到最佳分离效果,提高经济效益;④从矿物工艺学、化学、物理学、表面化学、流体力学、概率统计等方面进一步研究浮选机理。从而指导浮选生产实践,进一步发展浮选理论体系。

 
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