氣溶膠浮選技術及其應用現狀

徐 濤,孫春寶,閻志強,米麗平,羅盛康,王 彪,趙留成

(北京科技大學土木與環境工程學院，北京 100083)

國內礦產資源形勢比較嚴峻，需浮選處理的礦石中的有用成分含量越來越低，浸染粒度越來越細，礦石越來越復雜難選。礦產資源的貧、細、雜特點，對傳統浮選工藝提出了嚴峻挑戰。復雜多金屬礦的分離和細粒物料的選收，仍然是浮選領域的主要研究課題[1]。礦產資源的嚴峻形勢，迫使浮選理論體系、浮選工藝及設備需要不斷的改進和發展，才能適應難選礦石的需要，從而讓浮選工藝能夠更好地為礦山服務。

浮選加藥方式對浮選意義重大，浮選加藥方式的改進，對提高浮選效果具有極大地促進作用。將氣溶膠技術引入浮選中，氣溶膠浮選是對浮選工藝的一個改進和創新，具有獨特的優勢。

1 氣溶膠簡述

氣溶膠是指固體微粒或(和)液體微粒懸浮于氣體介質中所形成的多相分散體系[2-5]。這個分散體系必須由兩部分組成：一是被懸浮的微粒物，即分散相；二是承載微粒物的氣體，即分散介質。所以，氣溶膠是包含分散相(微粒物)和分散介質(氣體)二者在內的統一整體。一般氣溶膠的氣體介質都是指空氣。氣溶膠可以來自被風揚起的細灰和微塵、海水濺沫蒸發而成的鹽粒、火山爆發的散落物以及森林燃燒的煙塵等天然源，也可以來自化石和非化石燃料的燃燒、交通運輸以及各種工業排放的煙塵等人為源。

氣溶膠在工業、農業、醫學、環境科學、軍事學方面都已得到廣泛的應用。例如，醫學方面，氣溶膠應用于治療呼吸道疾病的粉塵型藥的制備，因為粉塵型藥粉更能夠被呼吸道吸附而有利于疾病的治療；噴霧干燥可提高產品質量，已廣泛用于醫藥工業與洗衣粉的生產；農業上，農藥的噴灑可提高藥效、降低藥品的消耗；利用氣溶膠進行人工降雨，可大大改善旱情；消防上，氣溶膠滅火器[6]具有滅火效率高，適應性強，工程造價低等優點；在軍事方面，如煙霧彈[7]之類，還可以制造氣溶膠煙霧來防御激光武器；環境科學方面，如用衛星檢測火災；科研人員還利用氣溶膠液體分散相的液滴，作為微小反應器制備均勻膠體粒子[8]。另外，造紙方面，J.MAIOLO和R.PELTON也將氣溶膠技術運用到紙漿浮選脫墨[9-11]上。

2 氣溶膠浮選技術概述

目前，國內和國外對氣溶膠浮選相關報道和文獻很少。不過，根據對相關知識的研究，可將氣溶膠浮選簡單理解為：將浮選藥劑以氣溶膠的形式給入浮選系統中，作為浮選作業的一種浮選技術。其中，氣相介質一般為空氣。實際上，氣溶膠浮選應用的是氣溶膠加藥技術。這一方法是根據浮選熱力學原理和氣體介質吸附過程理論為基礎制定的。氣溶膠浮選系統應包括：氣溶膠發生裝置、氣溶膠檢測儀、氣溶膠傳送裝置和浮選裝置。

氣溶膠浮選所利用的氣體分散相，可以是起泡劑或捕收劑，甚至可以是抑制劑、活化劑和調整劑。傳統的浮選藥劑加入方式，是將藥劑加入到液相里；而氣溶膠加藥方式，是把藥劑加入到氣相里。這種加藥方式，可使浮選藥劑充分分散，具有提高藥劑作用效果、加快浮選速度、減少藥劑消耗量、提高浮選指標等優點。影響氣溶膠浮選的氣溶膠膠體特性主要是：分散相的濃度和粒度、分散相的分散性和分散相的穩定性等。

雖然為數不多的研究機構或研究工作者曾經對氣溶膠浮選做過研究，但是研究的都不夠深入，不夠全面，只是停留在改善某種礦石的浮選效果試驗表面上，并大都只是將氣溶膠浮選與傳統浮選做一簡單對比，尚未進行深入研究。因此，對氣溶膠浮選技術還需進一步研究，明確氣溶膠浮選技術內在機理，認清氣溶膠浮選的優勢與不足，總結出氣溶膠加藥技術在浮選各階段的適用情況，方能讓該技術能夠更好的為礦山服務。

3 氣溶膠浮選技術在浮選領域中的應用現狀

目前，氣溶膠加藥技術在浮選中的應用較少，并且大都用于煤礦浮選，很少應用于有色金屬浮選，尚未發現在鐵礦石選礦中的應用。經查閱相關文獻，現對氣溶膠浮選應用實例簡單列舉如下。

3.1 在煤礦浮選中的應用

煤炭科學研究總院唐山分院的一些研究工作者們，對傳統浮選機做了較大地改進，其中包括使用了氣溶膠加藥技術這一項。如賈俊會、劉鴻功研制的XJX-T8型浮選機[12]，如圖1所示。丁立親、劉鴻功等人研制的XJX-T12型浮選機[13]，如圖2所示。

這兩種浮選機均采用氣溶膠加藥方式，其氣溶膠發生原理基本相同，都是通過葉輪離心力作用產生負壓，浮選藥劑與空氣接觸彌散成氣溶膠。經驗證，該加藥方式可大大提高藥劑的分散度，并且能夠產生活化氣泡，浮選速度得到較大提高。

圖1 XJX-T8型浮選機1-攪拌機； 2-槽體； 3-新型中礦箱； 4-刮板機； 5-液面自動控制； 6-葉輪； 7-錐形循環筒； 8-穩流板； 9-中心入料管； 10-氣溶膠加藥裝置

圖2 XJX-T12型浮選機1-中空加藥斗； 2-大皮帶輪； 3-機架； 4-進氣孔； 5-定子加藥斗； 6-套筒； 7-中空軸； 8-槽體(包括中礦箱)； 9-入料循環筒； 10-葉輪； 11-定子； 12穩流板

肖擁軍和王筠在“XJX-TA8浮選機在華豐礦選煤廠的應用”[14]一文中介紹，該浮選機的應用為選廠創造了明顯的經濟效益。而該浮選機采用的是氣溶膠加藥方式，經驗證，該加藥方式石藥劑充分分散，大大減少了浮選藥劑柴油的消耗。

明成利在“XJX-TA-B16型浮選機在唐山礦選煤廠的應用”[15]一文中介紹，該浮選機采用的是氣溶膠與電磁閥自動加藥兩套裝置，保證了加藥的擴散性和經濟性。

開灤集團有限責任公司錢家營礦業公司的張小會和李云升在“錢家營礦業公司選煤廠浮選系統的改造實踐”[16]一文中介紹，改造后的浮選機各槽都為分段加藥配備了定子加藥孔和中空軸加藥孔，使藥劑以氣溶膠的形式分別加入葉輪上下層。使新鮮煤漿和底部循環的煤漿獲得與空氣、藥劑再次接觸的機會，加快分選速度。

俞宏珍在“XY-3.5礦漿預處理器在選煤廠的應用”[17]一文中介紹，由于攪拌桶對礦漿的攪拌能力過弱，對浮選機的準備情況不理想，因此，他所在的選煤廠自制了一臺XY-3.5礦漿預處理器來代替3臺XBT-19型攪拌桶供1組XPM-16型和3組XPM-8型浮選機使用。該礦漿預處理器工作原理是：使藥劑與空氣彌散制成氣溶膠，然后覆蓋浮選藥劑的微氣泡與疏水性好的煤粒黏附，使煤粒表面進一步疏水達到預礦化，預處理的礦漿進入到浮選機中浮選。該裝置如圖3所示。

圖3 XY-3.5預處理器結構示意圖1-筒體； 2-錐形混流管； 3-轉子； 4-定子； 5-套筒； 6-進藥管； 7-軸承體； 8-傳動軸； 9-進氣管； 10-電動機； 11-出料管； 12-進料管； 13-稀釋水管

該氣溶膠加藥預處理技術在該廠使用后，每月指標顯示藥劑總量節約0.13 kg/t，產率提高0.07%，精煤灰分降低0.12%，尾煤灰分提高0.22%。

3.2 在有色金屬浮選中的應用

氣溶膠在有色金屬中的應用很少。遼寧省冶金研究所氣溶膠試驗小組在“氣溶膠浮選特性的探討”[18]一文中介紹，他們在盤石鎳礦選礦廠進行了氣溶膠浮選試驗研究，并自制氣溶膠發生器見圖4，氣溶膠的輸送裝置見圖5。試驗證明，氣溶膠加藥方式，具有可強化鎳礦的浮選過程，提高鎳礦礦物的可浮性，加快浮選速度，增強藥劑作用效果和提高浮選指標等優點。

有些文獻記載，將氣溶膠加藥技術應用于銅鉛礦石粗選階段，對氣溶膠浮選進行研究，得出氣溶膠浮選優于普通浮選的結論。

I. M. Flint在“浮選柱的氣溶發泡法”[19]一文中介紹，將起泡劑通過超聲波氣溶發泡器，以氣溶膠的形式加入到浮選柱內，發泡時產生的氣泡比傳統方法產生的氣泡要小得多，且起泡劑的消耗量也比傳統方法少的多。

圖4 氣溶膠法小型試驗設備示意圖1-V7型噴筆； 2-壓力風； 3-氣溶膠穩定控制器； 4-氣溶膠； 5-XFD單槽浮選機

圖5 氣溶膠輸送方式及其設備聯系示意圖1-壓力風； 2-濾油器； 3-藥劑箱； 4-輸藥管； 5-壓力表； 6-壓力風檢查裝置； 7-壓力風管； 8-HJH3型發生器； 9-6A浮選機

4 氣溶膠浮選技術存在的不足

在過去，氣溶膠浮選技術存在一些不足：氣溶膠發生器及其輸送裝置本身設計與制造存在問題；氣溶膠的生產效率低，所產氣溶膠穩定性不高，難以實現工業化；由于氣溶膠相關設備的引入及其能耗，可能導致成本的增加。這些不足，極大地限制了氣溶膠浮選技術的應用及發展。

5 結論與展望

氣溶膠浮選技術雖然得到一定的應用，但是從總體來看，該技術一直沒有受到重視，這是由于技術本身存在的一些不足，導致該技術很少應用于工業生產。現在氣溶膠發生器比較成熟，并配有精密的氣溶膠測量儀器，且現有技術條件也可以生產大型的氣溶膠發生器產品，因此，過去存在的問題基本可以解決，氣溶膠浮選技術的前景將是光明的。鑒于該技術對浮選具有極大地促進作用，對該技術進行深入研究，并推廣應用是很有必要的。

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