非金属矿专用浮选机研制成功

导读: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。

非金属矿专用浮选机研制成功 非金属矿物之间的密度差小，应用重选分离的可能性较小，除用磁选可分离、提纯部分矿物外，大多数非金属矿物需要用浮选技术进行分离，如：硅酸盐与碳酸盐矿物的分离；长石与石英的分离；蓝晶石、硅线石、红柱石与脉石矿物的分离；磷灰石的选别。

这些矿物之间的可浮性相近，需要加入高效抑制剂和活化剂后，才能实现分离。

但这种药剂制度往往在小型试验中得以实现，而在工业中应用则存在较大问题。

大量试验研究表明，非金属矿的浮选技术除选别药剂制度外，其浮选设备性能的好坏，也影响着浮选指标。

目前非金属矿所用浮选机不是针对非金属矿的专用浮选机，而是直接照搬用于金属矿选别的浮选机。

由于金属矿和非金属矿的浮选特征并不一样，非金属矿选别要求浮选机搅拌力适中，充气量可以控制，气泡的大小和稳定性要好，气泡之间的兼并性要适中、矿浆液面平稳。

此外，金属矿物通常具有良好的被捕收性能和附着能力，而非金属矿物对不同的pH值和不同的调整剂更敏感。

这些差别决定了非金属矿浮选有其特有的规律。

目前的浮选设备满足不了非金属矿物分选的要求。

因此，中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所在多年非金属矿选别经验的基础上，对浮选机进行了重新设计，研制出了适合非金属矿选别的专用浮选机。

目前研制成功两种型号的浮选机，https://www.flowerba.com/和https://www.flowerba.com/，正在设计FZF-4m3非金属矿专用浮选机。

对蓝晶石矿石进行了浮选试验，结果表明：与同体积的其它浮选机相比，采用非金属矿专用浮选机蓝晶石精矿Al203含量提高了，而Al2O3回收率提高，其选别效果显著，有望在其它非金属矿上推广应用。

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尾矿再选浮选机的研究与应用

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。

、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。

、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。

、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。

、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。

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。

、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，经专用浮选机选别，获得精矿铜品位，铜回收率达。

由于使用效果显著，金口岭铜矿先后采用了23台4m3浮选机。

、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/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/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。

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KYF磷矿用浮选机研制

KYF磷矿用浮选机研制 磷矿是制取磷肥和生产黄磷、磷酸及其他多种磷化产品的重要化工原料矿物，具有基础化工原料和支农原料双重属性，在国民经济和社会发展中具有重要地位和作用。

随着国民经济的快速发展，对磷资源的需求量在不断的扩大，磷矿资源的大量消耗给我国磷矿资源的未来带来了隐患。

我国现有磷矿资源呈现出富矿资源少，中低品位矿多，矿物颗粒细，嵌布紧密，有害杂质多，选矿难度非常大等特点，而浮选方法是目前世界上最为有效的选矿工艺，因而对于磷矿的工艺流程、药剂制度及设备设计等进行研究是选矿工作者长期以为的研究方向。

北京矿冶研究总院长期致力于设计及制造各种类型的选矿设备，结合磷矿具有浮选泡沫量大、泡沫黏度大、流动性差等特点，研制出磷矿专用的浮选机。

该浮选机满足了磷块岩浮选工艺对浮选机的特殊要求，使我国选磷浮选机技术达到并超过了国内外先进水平，目前选磷浮选机已形成了单槽容积为1~200m3的系列机型，共16种规格。

1、KYF磷矿用浮选机的研制 、KYF磷矿用浮选机设计原则 根据浮选机设计方法及浮选流体动力学理论，结合磷矿选矿工艺特点，确定浮选机内部有用矿物颗粒与气泡的碰撞、黏附、脱附过程及其物理因素对此过程的影响因素，提出选磷浮选机最佳流体动力学参数，并据此提出适于KYF磷矿用浮选机的设计原则。

1）充气量可调范围大，调整精度高，其最小充气量要能调到/左右。

2）浮选机液面要平稳，由于磷矿在气泡上附着力不强，因此要保持分离区矿浆稳定，否则会造成已附着的矿粒脱落，影响分选指标。

3）磷矿常规的浮选方法有直接浮选、反浮选、正—反浮选、反—正浮选及双反浮选工艺。

KYF磷矿用浮选机综合考虑磷矿浮选特点，槽内搅拌力不能太强，以免影响气泡矿化，同时也不能太弱，因为磷矿物沉降速度快，易发生沉槽，因此选磷浮选机搅拌力要适中。

任爱军、魏明安等通过研究叶轮转速对硅钙质胶磷矿双反浮选的影响也证明了其要求的搅拌力的范围较窄。

4）磷矿捕收刘主要分为改性脂肪酸、阳离子捕收剂、两性捕收剂、混合捕收剂等，磷矿选矿抑制剂主要有磷酸盐类抑制剂和含磷矿物抑制剂等。

磷矿选矿中通常不仅要脱硅还要脱镁，使用的脂肪酸类药剂常会使矿浆中气泡更小，上升速度更慢，矿浆中含有大量微泡，因此要求叶轮—定子系统满足槽内含有大量微细气泡的浮选动力学要求。

5）同时大量的捕收剂和抑制剂的加入使得磷矿浮选泡沫细而黏，从槽内排出的泡沫不易破碎，流动性很差，浮选机要求及时快速回收泡沫，同时要考虑中矿泡沫返回问题，保证流程畅通。

6）由于磷矿浮选对于充气量较为敏感，补加水量及药剂用量均对选矿指标有较大的影响，因而先进的自动控制系统对于保证浮选机的工艺性能是非常必要的。

KYF磷矿用浮选机除了满足上述要求外，还应满足如结构简单、操作方便、功耗低、易损件寿命长和容易维修等常规浮选机的要求。

、KYF磷矿用浮选机主要结构及参数设计 根据设计原则要求，KYF磷矿用浮选机采用外加充气式，充气量可任意调节。

该设备由叶轮、空气分配器、定子、主轴、轴承体和槽体等组成，结构图如图1所示。

浮选机的工作原理是：当叶轮旋转时，由鼓风机给入的低压空气经过空心轴，空气分配器进入叶轮叶片间，与此同时，叶轮从槽底部抽吸槽内矿浆，与空气在叶轮叶片间充分混合后，由叶轮周边排出，经定子稳流定后向后进入槽中，矿化气泡上升到槽子表面形成泡沫层。

从对KYF磷矿用浮选机的结构和工作原理的分析可知，此类浮选机的关键部件与常规浮选机设计重点应放在槽体、叶轮和定子上。

、槽体设计 KYF磷矿用浮选机槽底设计成“U”形，有利于粗重矿粒向槽中心移动，避免沉砂。

由于外部充气，叶轮不需要负压吸气，因而可采用深槽设计。

加大槽深可以使得气泡上升距离增大，气泡与矿物颗粒碰撞几率加大，气泡在槽内的弥散更为均匀。

同时加大槽体深度，在浮选机容积固定的情况下，可以减少浮选机长宽，这样厂房的占地面积减小。

深槽设计可使浮选机叶轮直径减小，有利于功耗的降低，同时浮选机叶轮距离溢流堰更远，搅拌力对液面的影响减小。

对于磷矿反浮选工艺，由于矿浆常在酸性环境中进行浮选，因而槽体常需要防腐耐磨处理，保证设备的稳定性。

、叶轮设计 叶轮是机械搅拌式浮选机最为关键的部件，其设计制造质量决定了浮选机的机械性能与浮选工艺性能。

KYF磷矿用浮选机的叶侏罗纪设计主要考虑下列问题：1）搅拌力要适中，不应在槽内造成大大的速度头（叶轮圆周速度）。

速度头过大不仅会造成分选区不稳定、液面翻花，降低有用矿物的回收，同时还增加了不必要的功率消耗。

2）矿浆循环量要大，要有利于矿粒悬浮和空气分散。

3）矿浆流线合理。

4）结构简单，功耗低，使用寿命长。

叶轮形状：选磷浮选机的叶轮设计成叶轮片后倾、高比转数叶轮，结构如图2所示。

后倾叶片流量大、理论压头低，且总理论压头中动压头较小，功耗低；高比转速叶轮也具有流量大、压头小的特点，符合磷矿用浮选的设计要求。

叶轮直径：叶轮直径是影响选别指标的重要参数之一。

根据磷矿用浮选机的设计要求，在实验室对不同直径的小型浮选机进行试验，确定基准直径后，再通过相似放大的方法确定工业型浮选机叶轮直径。

叶轮转速：叶轮转速直接关系到浮选槽内矿粒的悬浮以及气泡和药剂的分散，同时也对矿粒和气泡的碰撞、脱落有重要影响。

试验表明，如果转速低了，由于磷矿沉降速度较快，要么形成分层现象，要么形成积砂。

如果转速高了，则易造成表面翻花，无法形成稳定的泡沫层，影响分选。

因此，对磷矿浮选，应在保证不沉槽的情况下，尽量采用较小叶轮转速，有利于提高选磷工艺指标。

、定子设计 浮选机槽内为气-液-固三相混合区，在三相紊流区，需要较强的搅拌强度，使矿浆呈现紊流状态，使矿粒与气泡发生碰撞和黏附，但分选区和泡沫区则需要相对稳定，因而定子必须能够将叶轮产生切向矿浆流转化为径向流，保证稳定的分离区和泡沫区。

KYF磷矿用浮选机采用悬空式径向定子，由支腿固定在槽底，使定子下部区域矿浆流通面积大，有利于降低动力消耗，增强槽下部的循环和固定颗粒的悬浮。

、CFD模拟 随着计算流体力学（CFD）技术的发展，更多地对于给定条件下反应器的流体流动状态进行预测成为可能。

国内外大型选设备设计机构均采用CFD对其新型设备进行模拟，利用CFD能节约大量的研究经费，同时可以获得试验手段所不能得到的数据。

通过CFD数值模拟，其结构和流体动力学特性如图3和图4。

由图可知， KYF磷矿用浮选机槽体内的流体动力学状态和气体分散状况，浮选机搅拌力适中，气体分散均匀，与设计一致，可满足工业生产要求。

2、结语 KYF磷矿用浮选机在国内外率先成功地解决了磷矿选别要求充气量小、泡沫量大、泡沫黏难破碎输送等难题，实现了在小充气量、低转速的同时保证矿浆悬浮等磷矿选别的要求。

通过CFD流体力学模拟进一步证明KYF磷矿用浮选机设计合理，能满足设计要求。

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