微細粒礦物分選技術研究進展

杜鳳梅，王金瑋，齊曉娜

（陜西省渭南市華州區金堆城百花嶺選礦廠，陜西 渭南 714100）

由于我國境內的礦產資源被長時間開采以及利用，導致粗粒嵌布類型礦產以及富礦資源逐漸匱乏，進而出現“貧、細、雜”三種不利于礦產資源繼續開采的局面。在我國境內蘊藏著大量微細粒礦物，在我國整體礦產資源之中，微細粒礦物的開采以及分選，成為我國礦產資源開采領域的重點關注對象。長時間以來，如何分選微細粒礦物，以及如何選擇分選技術，并且對分選技術進行完善，在我國相關領域一直處于持續研究狀態。因此可以在之前的研究基礎上，對微細粒礦物分選相關技術進行深入研究，以期取得新的進展。

1 浮選分離相關技術概述

1.1 傳統浮選分離技術之中的不足

在我國，多種金屬礦物共生而且存在著細粒度的嵌布情況，屬于常見現象，在世界范圍內，如何提高微細粒礦物的有效利用率，一直是眾多專家以及學者所密切關注的熱點問題。就現階段發展情況來講，專家以及學生通常將泡沫浮選作為最有效、成本最低的方法，因此在微細礦產資源進行處理的時候，浮選技術的運用十分普遍，對此專家學者也開戰了大量研究活動。

然而浮選分離在運用過程中存在明顯的問題：①由于微細礦物擁有更小的質量以及體積，因此在浮選礦漿內部很難產生動量，導致難以與氣泡之間產生碰撞行為，而且較難克服氣泡和微粒礦物之間的能量勢壘，導致氣泡無法和微粒礦物進行黏附，從而使回收率降低；②無用的脈石礦粒會與有用的微細礦粒之間產生非選擇性團聚現象，其原因是脈石礦粒的面積和表面能更高，導致浮選過程被干擾；③礦漿自身的流變性會被微細礦物顆粒改變，使得礦漿在浮選過程中產生更強的黏度，氣泡穩定度過高，導致浮選的選擇率更低；④微細的礦物顆粒的粒度更小，但是比表面積更大，在礦漿中溶解以后，產生的難免離子則更多，由于難免離子存在，導致捕收劑吸附或者被沉淀。

由于微細的礦物顆粒很難被分選出來，導致所有微細粒礦物在回收層面出現困難。當礦漿內部存在微細粒的時候，會有礦泥進行覆蓋，在常規粒度被分選的過程中，會不可避免地承受消極影響。如果顆粒的尺寸越小，比表面積就會越大，則需要投入更多藥劑進行分選，生產成本也隨之而增加。部分金屬沒有被成功分選，而且藥劑也可能過剩，在進入尾礦庫之后很容易使周邊的生態系統被污染。所以不難看出，對微細粒礦物進行浮選分離，屬于一個難度較大、卻必須解決的世界性難題，因此深入探究浮選分離微細粒礦物的方法是十分必要的[1]。

1.2 剪切絮凝浮選技術

剪切絮凝浮選（Shear-flocculation flotation）相關技術，專門指運用表面活性劑以后，微細顆粒的表面在吸附足夠藥劑以后疏水，然后運用高速剪切攪拌作用（High Intensity Conditioning）相互碰撞，在形成明顯的絮團以后，運用常規浮選法對礦物進行回收，這也是回收微細粒礦物的一種有效方法。在強度更高的剪切與攪拌過程中，微粒獲得足夠的動能，克服靜電產生的排斥力，以及不同微細粒礦物之間產生的能量壁壘，并且加強捕收劑在粒子表面的吸附，使不同粒子之間的表面疏水作用產生能量，從而使微細礦物顆粒以絮團狀方式結合。

在上述過程中，如果絮體的平均粒徑越大，就會獲得越高的浮選回收概率；絮團在形成以后，無論是延長攪拌的時間，還是增強攪拌的速度，都不會對回收率產生影響。由此可見，浮選的回收概率取決于生成的絮團。在傳統的浮選操作之中，帶電疏水粒子之間的范德華力，與疏水有著相互吸引的作用能，但是與靜電之間產生排斥現象。而且在常規的體系之中，能量勢壘產生的原因，就是引力小于排斥力。在剪切絮凝浮選的過程中，強大的剪切力能夠將足夠的動能向疏水顆粒提供，從而克服能量勢壘的作用，同時對微細礦物顆粒與捕收劑在表面產生的作用進行強化。

在運用剪切絮凝浮選相關方法以后，顆粒的表面直徑得到明顯增加，從而使回收概率增加。雖然當前剪切絮凝浮選由于選擇性原因，工業化的進程被限制，但是相關領域的工作人員已經開始從調控微細粒礦漿的流變性的角度，對該技術的選擇性進行合理改善。對礦漿的流變性產生影響的因素有很多種，例如礦物的類型、pH值、表面電荷等，因此應當在礦漿之中添加流變性功能材料，或者控制礦漿的ph值，從而使浮選的選擇性真正得到提升[2]。

1.3 選擇性絮凝浮選技術

選擇性絮凝浮選又被稱為高分子絮凝浮選，其用法使將傳統的浮選方式與高分子絮凝劑相結合，從而對微細粒礦物進行分選。選擇性絮凝浮選相關技術同時運用捕收劑以及高分子絮凝劑。捕收劑的作用是對礦物絮團的表面進行疏水，然后利用氣泡的攜帶功能，將礦物絮團從脈石礦物之中分離；高分子絮凝劑的作用則是對微細礦粒進行分散以后，使粒度較大的絮團有選擇性地絮凝，并且使常規的粒級礦物特性顯現出來。選擇性絮凝浮選的步驟為三個：①分散。在加入分散劑以后，礦物得到充分分散，避免不同的礦物出現凝結，或者有用礦物與脈石礦物相互之間出現背負情況，然后準備絮凝劑的選擇性吸附工作；②絮凝劑。要想使微細礦粒絮凝，必須加入絮凝劑，從而使礦物顆粒的表觀粒徑增加；③浮選。運用常規浮選方法，促進礦物絮團進入泡沫，真正從分散狀態之中的非目的礦物之中分離。

在對選擇性絮凝浮選技術進行研究的過程中，通常只關注如何對礦物進行分離，現階段需要朝著大規模工業化發展的方向開展繼續研究：①研制或者尋找更有效的選擇性絮凝劑以及分散劑；②對分離絮團相關技術進行適當篩選；③對于選擇性絮凝各個環節的影響因素及其規律進行研究，例如礦漿的酸堿度、藥劑添加數量、藥劑濃度等；④為了使經濟效益最大限度提升，需要對分散劑的投入量進行精確控制；⑤對于高分散藥劑懸浮液進行固體和液體的分離，以及復用凈化水相關技術，應當進行深入研究，在必要情況下添加額外的絮凝劑，促進分散的顆粒出現聚沉現象；⑥對于絮凝過程中出現的夾帶、卷裹問題，需要采取措施使其減輕[3]。

1.4 微泡浮選技術

利用微泡發生器產生微泡，使泡沫的比表面積變得更大，能夠使氣泡與疏水性目的礦物之間的黏附、碰撞概率得到增強，從根本上避免脈石礦粒與目的礦粒之間出現的非選擇性團聚現象，進而提高浮選的富集效果。利用微米級氣泡取代傳統的常規粒度氣泡，然后將微泡作為載體對礦粒進行捕捉，使微細礦粒的捕集概率提升，就是微泡浮選相關技術的核心。

與傳統的氣泡浮選技術相比，微泡的有效回收率更高，而且有著更寬闊的分選下限，這也是微泡優于傳統的氣泡浮選技術的關鍵所在。除此之外，微泡浮選相關技術直接催生了更多新的高效設備出現，微泡浮選設備變得更加多樣化，例如充填介質、溶氣、旋流靜態、有色院噴射、CPT等各類浮選柱，在工業領域得到應用后效果良好。但是，微泡如何對復雜微細粒級礦物顆粒浮選體系中顆粒的浮選行為進行影響，同時如何對微泡的形成方式進行控制，從而使微細礦粒增加可浮性，依舊處于持續探索的狀態。

1.5 納米氣泡浮選技術

尺寸在1nm～100nm之間的氣泡，就是納米氣泡，利用空化作用能夠使納米氣泡產生，空化的方法主要有水力、光照、超聲波等。通過曾經的研究不難看出，在含有CO2或者飽和空氣的礦漿內部，強度高的攪拌過程中會有大量納米氣泡產生，納米氣泡能夠在礦粒的表面成核，提高—10μm直徑的煤或者磷酸鹽類礦物粒子的浮選回收概率[4]。

利用納米氣泡對微細礦粒的浮選機理進行改善，不僅具備與微泡浮選類型相似的“氣泡尺寸縮減”效應，而且有研究表明，大量的納米氣泡能夠構建出“氣橋”，使得微細顆粒之間的相互作用力得到增強，從而使浮選效率得到改善。但是在納米氣泡相關浮選之中，存在著納米氣泡上升速率較低，導致礦漿長時間停留在回路，降低浮選速率的問題，需要相關領域的專家學者進行深入探索。

2 磁分離相關技術概述

從本質來看，浮選法是利用礦粒表面的疏水性，實現氣泡與微小礦粒之間的黏附以及碰撞，其核心為必須在顆粒表面進行選擇性疏水，氣泡與顆粒之間必須發生碰撞和黏附的關系，由于微小礦物存在質量與顆粒密度小的特征，而且存在類似納米顆粒的“尺度效應”，因此可以選擇增大顆粒的直徑、減少氣泡的直徑等方式對浮選法進行強化[5]。

但是在超細礦物顆粒組成的體系之中，不同的顆粒之間、氣泡和顆粒之間會產生更復雜的作用，作為核心捕集體的氣泡并非完全穩定，而且密度和質量較小，因此依舊存在一定程度的局限。如果能夠解決氣泡的天然局限性，從傳統浮選法的框架之中跳出來，從根本上對捕集體的特性進行改變，例如用疏水磁性顆粒來代替氣泡，也可以獲得更高的分選效率。磁選分離相關技術有著下限更小、環保、效率高等多種優勢，因此潛力十分巨大[6]。

3 結論

綜上所述，質量較小但是表面積較大，就是微細粒礦物的主要特征，因此對微細粒礦物進行分選，其難度是比較大的。浮選分離技術之中已經分離出不同類型的浮選技術，雖然依舊存在缺點，但是伴隨著浮選分離環節的不斷完善，已經成為對微細粒礦物進行高效利用的主要途徑。磁分離相關技術能夠彌補傳統分選技術之中的缺點，有著強大的潛力，但是很多操作環節尚未形成系統化理論，依舊需要相關領域人員繼續研究。