黑龍江多寶山銅礦浮選機(jī)動力學(xué)考察

許培燕

西藏巨龍銅業(yè)有限公司 西藏拉薩 850212

礦石性質(zhì)的變化對選廠當(dāng)前的工藝、流程和設(shè)備運(yùn)行提出了新的挑戰(zhàn)。浮選機(jī)動力學(xué)考察與流程考察類似，是對浮選設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的一種檢測手段，是對選廠現(xiàn)有生產(chǎn)情況的一次梳理，將抽象的選礦過程數(shù)字化，對選礦工作人員的經(jīng)驗(yàn)具體化，最終目的則是在對后續(xù)生產(chǎn)指標(biāo)不好的情況下，有基礎(chǔ)的對比數(shù)據(jù)和參照物，有利于快速解決問題，恢復(fù)正常生產(chǎn)[1-2]。通常而言，浮選機(jī)動力學(xué)考察應(yīng)用于選廠改建、擴(kuò)產(chǎn)擴(kuò)建，為設(shè)備的選型提供依據(jù)，將現(xiàn)有的生產(chǎn)狀況復(fù)制到新建選廠，從而協(xié)助現(xiàn)場快速達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)；同時(shí)也可以對現(xiàn)場設(shè)備的槽體結(jié)構(gòu)型式、葉輪-定子結(jié)構(gòu)型式及溢流堰型式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)[3]。浮選機(jī)動力學(xué)考察的最終目的則是從設(shè)備及工藝兩方面全面分析現(xiàn)場存在的問題，有針對性地給選廠提供解決方案；必要時(shí)，提供的解決方案需要在實(shí)驗(yàn)室或者現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，確保方案的可行性[4-5]。

多寶山銅礦位于黑龍江省嫩江市，屬多金屬低品位大型斑巖銅礦，主要金屬包括銅、鉬、金、銀等多種有用元素，是一座大型銅、鉬等多金屬礦床。選廠設(shè)計(jì)初期規(guī)模為日處理礦石量 25 000 t，采用常規(guī)三段一閉路的碎礦工藝，中間破碎前加預(yù)篩，粗磨后采用鉬銅等可浮再分離—強(qiáng)化選銅工藝流程[6-7]?，F(xiàn)場工藝流程如圖1 所示，浮選機(jī)動力學(xué)考察集中在銅鉬等可浮粗選、強(qiáng)化銅粗選及強(qiáng)化銅掃選作業(yè)。

圖1 現(xiàn)場選礦工藝流程Fig.1 On site beneficiation process flow

1 研究內(nèi)容及方法

1.1 充氣量及氣含率測試

充氣量表征的是浮選機(jī)內(nèi)充入氣量的多少，空氣分散度表征的是浮選機(jī)氣體分散均勻程度。在氣液固三相體系中，氣量多少及分散均勻程度直接影響氣泡的碰撞礦化過程、浮選速率、工藝指標(biāo)和浮選藥劑的用量。實(shí)踐和理論研究都證明，增大充氣量，可以大幅度提高浮選機(jī)的生產(chǎn)能力，在一定范圍內(nèi)改善浮選指標(biāo)。每一種礦石都有自己合適的充氣量，在未達(dá)到合適充氣量前增加浮選機(jī)充氣量，使槽體中氣泡分布越均勻，礦粒與氣泡發(fā)生碰撞、接觸和黏連的機(jī)會越多，浮選指標(biāo)越好；但充氣量過大，容易造成漿液面翻花嚴(yán)重，形成不穩(wěn)定的泡沫層，藥劑和礦物顆粒的作用效果不佳，降低藥劑的利用效率。藥劑單耗量以及槽體內(nèi)含氣率的增加，減少了浮選有效容積，惡化了選別效果，最終造成浮選指標(biāo)不理想。

一般采用排水集氣法測試浮選機(jī)充氣量和計(jì)算空氣分散度，測試方法如圖2 所示。在浮選機(jī)內(nèi)選擇若干個(gè)具有代表性的測量點(diǎn)，用一個(gè)標(biāo)定高度的、一端封閉的有機(jī)玻璃管，在每個(gè)測點(diǎn)先充滿水，然后垂直倒置插入清水或礦漿中，要保證管口低于液面。當(dāng)液面下降到第 1 個(gè)刻度時(shí)開始計(jì)時(shí)，到第 2 個(gè)標(biāo)定高度時(shí)停止計(jì)時(shí)，并記錄下所用時(shí)間。以同樣的方法進(jìn)行下一點(diǎn)的測量，直到所有的測點(diǎn)全部測完。為保證測試的準(zhǔn)確性，每個(gè)測點(diǎn)重復(fù)測量兩次，如果兩次測量時(shí)間相差較大，則進(jìn)行第 3 次測量。

圖2 排水集氣法充氣量測試Fig.2 Aeration volume test by draining water and gathering gas method

浮選機(jī)的充 (吸) 氣量用 1 min 內(nèi)通過槽體 1 m2橫截面的空氣體積來表示，測量時(shí)用排開水的體積代表空氣的體積。

式中：Q為測量點(diǎn)充 (吸) 氣量，m3/(m2·min)；V為從測量工具中排開清水的體積，m3；T為測量時(shí)間，min；S為測量工具的截面積，m2；L為有效測量段的長度，m；t為測量時(shí)間，s。

1.2 氣泡負(fù)載率測試

氣泡負(fù)載率是指礦漿相中的礦化氣泡單位氣泡面積所攜帶礦物顆粒的質(zhì)量，一般單位為 g/m2；也可用單位體積氣泡所攜帶礦物顆粒的質(zhì)量表示，單位為 g/L，即氣泡攜帶礦物的總質(zhì)量m和氣泡的總體積V的比值，L=m/V。

礦化氣泡的形成和運(yùn)動，一定程度上影響最終的選別指標(biāo)。礦化氣泡形成后，在礦漿相中會上升一段距離后至泡沫礦漿界面，最后穿過界面進(jìn)入到泡沫層。整個(gè)過程中，貫穿著礦化氣泡的碰撞黏附、脫附和再吸附過程；因此，了解礦化氣泡在礦漿相中的碰撞黏附的微觀表現(xiàn)，對浮選過程的調(diào)控具有較大的意義。

礦化氣泡的形成及運(yùn)動過程是由多方面因素共同作用的結(jié)果，包括藥劑作用及微觀的流體動力學(xué)特性作用。礦化氣泡的微觀作用過程很難直觀地進(jìn)行觀測及統(tǒng)計(jì)，目前所采用的評價(jià)方法為泡沫負(fù)載率測試儀測試法，所使用的儀器為北礦機(jī)電科技有限責(zé)任公司開發(fā)的氣泡負(fù)載率測試儀，如圖3 所示。測試過程中，礦化氣泡通過收集管進(jìn)入礦化氣泡收集器內(nèi)，在錐形導(dǎo)流器的導(dǎo)流作用下分散至四周，在壓差及自然破碎下沉降至收集器底部；一定時(shí)間后，將收集到的顆粒從排礦口卸出，對試樣樣品進(jìn)行篩析及化驗(yàn)，獲取不同高度位置礦化氣泡的粒度組成和品位變化，最終評估碰撞礦化效果。

圖3 氣泡負(fù)載率測試Fig.3 Bubble loading rate test

1.3 礦漿懸浮能力

礦漿懸浮能力表征的是礦物顆粒在浮選機(jī)內(nèi)的懸浮效果，充分的礦物懸浮是獲得良好浮選指標(biāo)的先決條件之一。礦漿懸浮能力在一定程度上影響礦物顆粒與藥劑的混合效果、顆粒與氣泡的碰撞概率，保證礦物的離底懸浮也是浮選機(jī)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則之一。通常采用深槽取樣器對槽體內(nèi)不同深度方向的礦漿進(jìn)行取樣測試化驗(yàn)，如圖4 所示。

圖4 深槽取樣示意Fig.4 Diagram of deep groove sampling

1.4 泡沫徑向方向取樣測試

泡沫層的厚度影響精礦的品質(zhì)及回收率，泡沫層太薄，不利于提升精礦品位；泡沫層太厚，則導(dǎo)致泡沫的停留時(shí)間過長，不利于提升回收率。通過在泡沫層不同深度方向的取樣，考察泡沫品位和泡沫產(chǎn)品粒級回收效果，最終評判不同礦物、不同作業(yè)時(shí)的最佳泡沫層厚度，從而指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。

通常在浮選機(jī)徑向方向選取若干點(diǎn)進(jìn)行取樣，如圖5 所示，沿泡沫徑向表面布置 ①～⑥ 號 6 個(gè)測點(diǎn)。

圖5 取樣點(diǎn)布置Fig.5 Layout of sampling points

2 測試結(jié)果及分析

2.1 充氣量及氣含率測試結(jié)果分析

粗、掃選每個(gè)作業(yè)的第 1 槽 KYF-130 浮選機(jī)充氣量在 0.23～1.09 m3/(m2·min)，測試結(jié)果如表1 所列。掃選Ⅰ第 1 槽充氣量偏小，僅為 0.23 m3/(m2·min)。

表1 充氣量測試結(jié)果Tab.1 Results of aeration volume test

各作業(yè)單臺浮選機(jī)充氣量大小的設(shè)置與礦石性質(zhì)、處理量、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、有用礦物品位、精礦產(chǎn)率、泡沫層厚度、起泡劑含量以及操作人員的經(jīng)驗(yàn)有關(guān)。實(shí)踐證明，實(shí)際充氣量的大小一般遵循以下操作原則。

(1) 降低充氣量有利于形成穩(wěn)定的泡沫層，減少大氣量對泡沫層的干擾，一定程度上增加泡沫層的厚度。而當(dāng)泡沫層太厚時(shí)，為保證粗粒礦物的碰撞礦化概率及上升過程中的運(yùn)輸能力，則應(yīng)適當(dāng)增加充氣量。

(2) 當(dāng)出現(xiàn)旋流器跑粗的情況時(shí)，為避免較大顆粒物料在浮選機(jī)內(nèi)沉積，影響整體浮選容積及浮選時(shí)間，則應(yīng)適當(dāng)減小充氣量，增加浮選機(jī)的攪拌懸浮能力，從而保證粗顆粒礦物從浮選機(jī)內(nèi)排出。

(3) 一般而言，硫化礦用選礦浮選機(jī)充氣量大小控制在 1.0 m3/(m2·min) 左右；氧化礦用選礦浮選機(jī)充氣量偏小，一般在 0.4 m3/(m2·min)，但具體需要根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)轉(zhuǎn)工藝條件進(jìn)行微調(diào)。

(4) 一般而言，粗掃選作業(yè)充氣量應(yīng)逐漸增加，精選作業(yè)充氣量應(yīng)適當(dāng)減?。煌蛔鳂I(yè)內(nèi)，浮選機(jī)充氣量逐臺適當(dāng)增加 5%～10%。

2.2 氣泡負(fù)載率測試結(jié)果分析

等可浮作業(yè)第 1 臺 KYF-130 浮選機(jī)礦漿相中 3 個(gè)不同深度氣泡負(fù)載大小和品位變化如表2 所列。礦化氣泡上升過程中，氣泡負(fù)載率逐漸減小，550 mm 處氣泡負(fù)載率為 16.06 g/L，220 mm 處氣泡負(fù)載率為 6.87 g/L；銅礦物的品位從 8.81% 提高至 18.65%。這表明在上升過程中，銅礦物富集效果較好，脈石礦物不斷從氣泡上脫落，有用銅礦物則不斷在富集。

表2 氣泡負(fù)載率測試結(jié)果Tab.2 Results of bubble loading rate test

對3 個(gè)不同深度的氣泡負(fù)載率取樣進(jìn)行了粒級篩析，篩析結(jié)果如表3～表5所列。

表3 距溢堰 220 mm 氣泡負(fù)載物料取樣篩析結(jié)果Tab.3 Sampling and sieve analysis results of bubble loading materials at a distance of 220 mm from overflow weir

表4 距溢堰 350 mm 氣泡負(fù)載物料取樣篩析結(jié)果Tab.4 Sampling and sieve analysis results of bubble loading materials at a distance of 350 mm from overflow weir

表5 距溢堰 550 mm 氣泡負(fù)載物料取樣篩析結(jié)果Tab.5 Sampling and sieve analysis results of bubble loading materials at a distance of 550 mm from overflow weir

從粒級產(chǎn)率看：氣泡攜帶礦物由距溢流堰 550 mm 升至 350 mm 過程中，同一粒級產(chǎn)率基本保持不變；而由 350 mm 升至 220 mm 時(shí)，-0.038 mm 粒級產(chǎn)率降低明顯；粒度主要集中在 -0.074 mm+0.038 mm 和 -0.038 mm 2 個(gè)粒級，產(chǎn)率達(dá) 88% 以上。

從粒級銅品位看：粒級越粗，銅品位越低。氣泡攜帶礦物由距溢流堰 550 mm 升至 220 mm 過程中，各粒級銅品位均升高，-0.074 mm+0.038 mm 粒級和 -0.038 mm 粒級升高幅度相對較大；-0.038 mm 粒級品位升高最大，銅品位由 9.59% 升高至 24.36%。

從粒級銅金屬分布率看：金屬多數(shù)分布在 -0.038 mm 和 -0.074 mm+0.038 mm 2 個(gè)粒級，占 94% 以上；在不同深度，同一粒級的金屬分布率基本保持不變。

該測試結(jié)果表明：礦化氣泡從距溢流堰深度 550 mm 運(yùn)動到 220 mm 的過程中，單位體積氣泡攜帶的干礦量從 16.06 g/L 降低至 6.87 g/L，銅礦物的品位從 8.81% 提高至 18.65%。這表明，在上升過程中，銅礦物富集效果較好，脈石礦物不斷從氣泡上脫落，有用銅礦物在不斷富集。

2.3 礦漿懸浮能力測試

不同作業(yè) 5 臺浮選機(jī)礦漿懸浮能力測試結(jié)果如表6 所列。由此可知：各作業(yè)浮選機(jī)內(nèi)，不同深度方向礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)在 27%～30% 之間，分布均勻，未出現(xiàn)分層現(xiàn)象。這表明浮選機(jī)內(nèi)輸入的能量合理，實(shí)現(xiàn)了礦物的離底懸浮和均分分散，為碰撞礦化過程提供良好的浮選動力學(xué)條件。

表6 5 臺浮選機(jī)礦漿懸浮能力測試結(jié)果Tab.6 Test results of pulp suspension capacity test of 5 flotation machines

詳細(xì)分析等可浮粗選第 1 臺浮選機(jī)懸浮能力可知，從距溢流堰 3 500 mm 到距溢流堰 200 mm 不同深度位置，礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本不變；從距溢流堰 3 500 mm 上升至距溢流堰 800 mm 過程中，品位基本不變，品位在 0.214%～0.234%；從距溢流堰 800 mm 上升至距溢流堰 200 mm 過程中，品位升高，達(dá) 0.309%，這表明上升過程中礦漿相銅礦物品位得到一定的提高。強(qiáng)化銅粗選第 1 臺浮選機(jī)隨著距溢流堰深度變化，礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化不大；在距溢流堰 3 500 mm 上升至距溢流堰 200 mm 過程中，銅品位逐漸升高，由 0.096% 升至 0.135%，礦漿相銅礦物品位提高效果較好。掃選Ⅰ第 1 槽、掃選Ⅱ第 1 槽和掃選Ⅲ第 1 槽在不同深度上，礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)和品位基本保持不變。

2.4 泡沫徑向方向測試

等可浮粗選第 1 槽、強(qiáng)化銅粗選第 1 槽、掃選Ⅰ第 1 槽這 3 槽不同取樣點(diǎn)泡沫品位如圖6 所示。推泡錐至外溢流堰的泡沫銅品位較推泡錐至內(nèi)溢流堰的泡沫銅品位略高；泡沫從推泡錐到溢流堰移動過程中，銅礦物存在一定的富集，銅品位升高；掃選Ⅰ第 1 槽取樣點(diǎn) 6 銅品位略低，這主要是由于溢流堰處礦漿外溢造成的。

圖6 不同作業(yè)流程中浮選機(jī)徑向泡沫取樣結(jié)果Fig.6 Radial foam sampling results of flotation machine in different operation processes

3 槽泡沫粒級品位分析結(jié)果表明，粒級品位變化趨勢一致。但隨著粒級變細(xì)，銅品位升高，與礦漿懸浮能力測試的粒級銅品位走勢不一致，說明浮選機(jī)將品位較高的粗粒級銅礦物輸送至溢流堰附近后，回收效果并不理想。這主要是由于藥劑對粗粒級銅礦物捕收作用較差，礦漿擾動使粗粒級礦物易于從礦化氣泡上脫落，致使粗粒級銅礦物未能得到及時(shí)有效回收。

3 結(jié)論

(1) 充氣量測試結(jié)果表明：各作業(yè)單臺浮選機(jī)氣量設(shè)計(jì)較為合理，粗、掃選各作業(yè)的第 1 臺浮選機(jī)充氣量在 0.23～1.09 m3/(m2·min)；掃選Ⅰ第 1 槽充氣量偏小，僅為 0.23 m3/(m2·min)。建議在生產(chǎn)過程中適當(dāng)增大充氣量至 0.5 m3/(m2·min)，以保證礦物的回收。

(2) 各作業(yè)浮選機(jī)內(nèi)礦漿懸浮能力較好，無明顯分層現(xiàn)象，為礦物顆粒與氣泡的碰撞礦化提供了良好的懸浮保障。

(3) 氣泡負(fù)載測試表明：礦化氣泡上升過程中，有用銅礦物的富集、脈石礦物的脫附現(xiàn)象較為明顯。建議適當(dāng)增加捕收劑藥劑用量，以保證礦化氣泡的穩(wěn)定性。等可浮粗選第 1 槽中，礦化氣泡從距溢流堰深度 550 mm 運(yùn)動至 220 mm 上升過程中，銅品位由 8.81% 富集到 18.65%。

(4) 泡沫從推泡錐到溢流堰移動過程中，銅礦物存在一定的富集，銅品位升高，泡沫層起到了一定的再富集效果。但進(jìn)一步分析粒級組成、品位和金屬量分布可知，粗顆粒在向溢流堰移動的過程中有所脫落。建議在生產(chǎn)過程中，可以將單一銅捕收劑調(diào)整為組合捕收劑，可嘗試單添加 Z200，在兼顧常規(guī)粒級回收的同時(shí)，增加粗顆粒的回收效果。