浮選柱用于細粒錫石浮選的試驗研究

陳子凱，杜令攀，蔡貴紅

(1.云南錫業股份有限公司大屯錫礦，云南 個舊 661018;2.云南磷化集團/國家磷資源開發利用工程技術研究中心，云南 昆明 650600;3.云南華迅達智能科技有限公司，云南 昆明 652103)

錫是人類生產和生活中不可缺少的一種重要金屬，也是人類最早發現和使用的金屬之一。錫具有熔點低、耐腐蝕和易改變其他金屬性能的優點，廣泛應用于核發電、飛機發動機等技術領域。目前，世界各國對錫的需求不斷增長，錫的消費水平已成為衡量一個國家工業發展水平的指標之一，因此加強錫資源的開發利用具有重要意義[1]。錫石的主要選別方法為重力選礦法，具有成本低、能耗小、精礦富集比高等優點，但重力選礦工藝難以回收細粒級錫石，而細粒級錫石浮選工藝可有效解決此難題，且占地面積小，回收率高。

云南某選礦廠硫化礦、氧化礦泥礦錫石浮選流程于2017年建成投產。相比與重選工藝，錫精礦金屬產出量多，錫實收率高，經濟效益顯著[2]。該選廠使用傳統浮選機進行錫石浮選，錫精礦品位能達到6%～6.5%。近年來，隨著錫金屬市場價格上升，對錫石浮選錫精礦含錫品位要求日益增高，對浮選富集比要求也提高。本研究使用浮選柱代替浮選機對錫石浮選粗精礦進行精選，浮選柱一次浮選代替原有流程精選一、精選二、精選三等多次作業，探索浮選柱應用于錫石浮選的可行性。

1 選別試驗研究

浮選柱與浮選機相比，在選別錫石等大比重礦物時，浮選機通過提升葉輪攪拌強度，使礦物懸浮，這是浮選機的分選特點，它捕收能力較強，但由于較強的攪拌使得細泥礦石選擇性較差，在細粒錫石浮選中難以獲得較高富集比[3]。浮選柱對細粒物料的選別作用機理與浮選柱有較大不同，其選別效果也有較大差別。以某選廠錫石浮選物料為研究對象，進行浮選柱與傳統浮選機的試驗研究，對比二者的選別效果。浮選柱結構如圖1。

圖1 浮選柱結構示意圖

1.1 試驗研究方案

本研究對每個物料進行多次試驗后，以最佳條件參數為標準，再進行重復驗證試驗。多次重復驗證試驗的結果取平均值進行對比分析，具有代表性。

試驗設備為小型試驗浮選柱1臺，型號為XLC-75，規格為φ75 mm×2000 mm(見圖2)，空壓機1臺，30 L攪拌桶1個。同時，以1.5升小型浮選機進行對比試驗。

圖2 試驗室浮選柱示意圖

該小型試驗浮選柱，是模擬工業浮選柱設備自主制作而成，可在連續試驗過程中調節充氣量、給礦量、礦漿液位、給礦濃度等參數。試驗時，浮選柱采用蠕動泵連續給礦，連續分選；浮選柱工作正常后再按規范要求同時進行試驗精、尾礦樣的采取[4]。浮選柱試驗程序為：

1)按試驗要求，調整浮選柱結構參數。將浮選柱注入三分之一清水，開啟氣泡發生器，使之產生穩定的氣泡。調節泡沫沖洗水，查對各工作參數至預定值。

2)按浮選條件制備礦漿及添加藥劑。攪拌一定時間后，開始給礦，進行柱浮選試驗。

3)浮選柱操作趨于穩定后，開始取浮選柱原、精、尾礦樣，分別進行制樣、化驗分析。

4)取樣結束后，停止給礦；開啟浮選柱下部閥門進行排尾。與此同時，泵送清水沖洗浮選柱和管道。

1.2 試驗數據及分析

1.2.1 氧化礦錫石浮選結果與分析

氧化礦錫石浮選入選物料粒度較細，自身含泥大，雖然通過旋流器等設備進行機械脫泥，但混入的泥質部分對錫石浮選指標影響較大。通過對不同作業點礦樣進行粒度檢測分析，各作業點礦樣粒度組成相似，粒度分布圖如圖3所示。

圖3 氧化礦物料粒度分布

氧化礦錫石浮選試驗流程為一次柱選，產出精礦和尾礦，流程如圖4。浮選機使用傳統1.5 L試驗用浮選機，流程與浮選柱流程相同。

圖4 浮選柱試驗流程

1)氧錫石浮選斜板底流錫精礦一次浮選柱選別試驗指標：該礦樣含泥較大，對充氣量等參數較為敏感，通過多次重復試驗，氣量2.0 L/min，液位25，給礦量280 mL/min，給礦濃度20%時，可得到較好試驗指標。試驗結果見表1。

表1 斜板底流錫精礦浮選柱和浮選機的試驗結果對比

從表1看出，浮選柱用于斜板底流細粒級錫精礦精選時：一段浮選柱精選可把含錫3.99%(質量分數，下同)錫精礦品位提高至13.26%，回收率為73.45%。在相同入選物料下，用試驗室1.5 L浮選機刮出的錫精礦品位為11.59%，回收率僅67.69%。說明該細粒級物料用浮選柱提質效果要明顯優于浮選機。斜板底流物料由于粒度細，物料含泥較大，使用浮選機很難獲得較高的富集比，如果降低精礦產率，則可使富集比進一步提升，但回收率會明顯下降。使用浮柱選別該物料時，充氣量變化對試驗指標較為敏感，通過多次試驗可知，2.0 L/min為最佳條件。

試驗發現，與浮選機相比，浮選柱氣泡發生器可產生大量0.4 mm～0.6 mm的微氣泡，且均勻分布于柱體，微細粒小于45 μm的礦粒選別正需要這種小氣泡[5]。在微泡推動下，有用礦物被帶至泡沫區。整個礦漿體系動能相對較小，氣泡與顆粒逆向運動，使得在低紊流度下具有較高的相對速度，且礦粒不易脫落，提高了礦粒附著率，因此泡沫礦化幾率高于傳統浮選機。所以，在選別細粒錫石物料時，在相同給礦條件及精礦品位相同的條件下，浮選柱相比于浮選機往往能得到較高的回收率指標。

2)氧錫石浮選精Ⅱ泡沫一次浮選柱選別試驗的指標：該礦樣適當提高浮選液位，降低給礦濃度可得到較好指標，最佳參數為氣量1.2 L/min，液位20，給礦量280 mL/min，給礦濃度12%。試驗結果見表2。

表2 氧錫石浮選精Ⅱ泡沫浮選柱和浮選機的試驗結果對比

從表2看出：取氧錫石浮選精選Ⅱ泡沫作為入選物料，在回收率相近的情況下，浮選柱的精礦品位高于浮選機8.16個百分點。該物料同樣具有粒度細、含泥高的特點，且該物料中含大量褐鐵礦等雜質，由于褐鐵礦對錫石捕收劑的作用，在實際生產過程中往往得不到較高的精礦品位且消耗大量藥劑。通過多次探索性試驗，該物料使用浮選柱進行選別時，在控制充氣量0.8～1.2 L/min的條件下，在充氣較小的條件下，適當降低給礦濃度，可有效避免雜質進入泡沫區，使褐鐵礦與錫石分離得更好[6]。

在試驗過程中觀測發現，浮選柱在選別過程中由于微泡對細粒礦石的選擇性較強，負載有用的礦物顆粒的礦化氣泡浮升而進入精選區，在柱體頂部聚集而形成較厚的礦化泡沫層。泡沫層被沖洗水流清洗，使被夾帶而進入泡沫層的脈石顆粒從脈石中脫落。在此過程中，既避免強力攪拌使泥質脈石上浮，同時氣體分散成微泡增加與礦粒碰撞的幾率，這對提升精礦品質起到的關鍵作用[7]。

3)為進一步驗證浮選柱對于氧化礦錫石浮選的選別效果，以現生產流程中氧錫石浮選精Ⅰ泡沫與粗選泡沫分別進行對比試驗。試驗結果見表3、表4。

表3 精Ⅰ泡沫浮選柱和浮選機的試驗結果對比

表4 粗選泡沫浮選柱和浮選機的試驗結果對比

該礦樣在小氣量、低液位條件下，精礦富集比和回收率均較高；隨著充氣量加大，精礦富集比和回收率均下降明顯。最佳條件參數為：充氣量1.2 L/min，液位20，給礦量280 mL/min，給礦濃度12%。

該礦樣給礦品位較低時，柱選時應適當開大充氣量，精礦產率和回收率均有提高，且尾礦品位呈下降趨勢。最佳條件參數為：充氣量1.8 L/min，液位20，給礦量280 mL/min，給礦濃度20%。從表3、表4中結果看出：同一礦樣，在回收率相近時，浮選柱提升精礦富集比的優勢較為明顯，而粗泡由于入選品位低，可通過適當增加充氣量以提升其各項指標。

對于氧化錫石礦物料，由于有用礦物比重大、粒度較細且含泥較大的性質，為達到比重較大的錫石能夠在槽體懸浮而利于分選，傳統浮選機的強烈機械攪拌作用使得礦漿體系有較大動能，導致礦泥易于進入浮選機泡沫區，影響精礦品質。浮選柱由氣泡發生器產生大量微泡，微泡適宜于細粒級礦泥的選別，在微泡作用下，有用礦物被帶至泡沫區，整個礦漿體系動能相對較小，能起到分離泥質礦物的作用[8]。同時，大量氣泡能夠負載比重較大的礦物到達泡沫區，且較厚泡沫層使精礦得到二次富集，從而相比浮選機可獲得更高品位的精礦。

1.2.2 硫化礦錫石浮選結果與分析

硫化礦錫石浮選處理物料為(流程中)溢流部分細粒錫石，粒度同樣較細。通過對不同作業點礦樣進行粒度檢測分析，各作業點礦樣粒度組成相似。粒度分布如圖5所示。

圖5 浮選柱試驗流程

硫化礦錫石浮選試驗流程為一次柱選，產出精礦和尾礦，流程如圖6。浮選機使用傳統1.5 L試驗用浮選機，流程與浮選柱流程相同。

圖6 浮選柱試驗流程

1)硫錫石浮選(1#硫化礦)精Ⅱ泡沫一次浮選柱選別試驗指標。根據多次探索驗證，浮選柱給礦量為280 mL/min，給礦濃度為15%，液位為20，充氣量1.2 mL/min時，可得到較好試驗指標；充氣量過大，精礦產率增加，錫富集比降低，精礦品位降低。試驗結果見表5。

表5 硫錫石浮選精Ⅱ泡沫(1#硫化礦)浮選柱與浮選機的試驗結果對比

硫化物料由于硫、鐵等雜質過高，不宜使用較大的充氣量。充氣量提高同樣會使物料富集比降低。適當增加給礦速率，提高液位，可得到較好指標。

2)硫錫石浮選(2#硫化礦)精Ⅱ泡沫一次浮選柱選別試驗指標。給礦量為280 mL/min，給礦濃度為12%，液位25,充氣量為1.2ml/min時，可得到較好的試驗指標。試驗結果見表6。

表6 硫錫石浮選(2#硫化礦)精Ⅱ泡沫浮選柱與浮選機的試驗結果對比

從表5、表6看出，對于硫化礦物料，浮選柱試驗的精礦品位及回收率都大幅高于浮選機的試驗指標，浮選柱能有效提升硫化礦錫石浮選作業回收率及精礦富集比。對于硫化礦物料，除自身含泥的特點外，礦石中的硫、鐵等元素均是影響錫石浮選的主要因素。浮選機在選別過程中為了使有用礦物懸浮而被氣泡捕收，采用強烈攪拌，使得泡沫層受泥質礦物及硫、鐵等雜質的污染而難以提升富集比。

從氧、硫兩種物料的不同作業點、不同礦樣試驗研究中發現：使用浮選柱進行浮選，不僅能有效提升精礦富集比，而且能夠比浮選機試驗獲得更高的精礦回收率。通常，一次柱選可替代多次浮選機精選作業。浮選柱的優點是：通過氣泡發生器產生大量微泡，適合細粒級礦粒的分選，同時大量氣泡兼能滿足大比重錫石的負載能力；浮選柱減少了攪拌裝置，使得礦漿體系呈低紊流狀態，礦化泡沫不易破裂；氣泡運動方向與給礦方向相反，使得未被捕收的礦粒在連續下降過程中不斷被氣泡沖擊而得到掃選，提升了二者的相對速度，加速了氣泡礦化速率，有利于回收率的提升；有用礦物在上升過程中被水流沖洗，產生二次富集，有利于提升精礦富集比。

2 工業應用探索

在小型試驗較為成功的基礎上，2021年12月，該選廠硫化礦系統新安裝了1臺Φ1.8 m×7.5 m的工業浮選柱，替代原錫石浮選精選一、精選二、精選三作業。目前，正在進行工業調試，測試不同充氣量、浮選液位、給礦濃度及給礦量等參數對回收率和富集比的影響。

3 結論

1)浮選柱已廣泛應用于有色金屬的選別，但在錫選礦行業中還應用較少。本研究使用浮選柱對細粒錫石進行了浮選試驗。較之傳統浮選機，浮選柱能夠有效提升精礦富集比，同時也提升精礦錫回收率。這一成果對于世界錫選礦行業來說有著重要意義。

2) 對于錫石等細粒大比重礦物，相較于傳統浮選機，浮選柱具有以下優勢：①低紊流礦漿體系，礦粒不易脫落，泡沫層不易被污染；②泡與礦粒相對速度較大，具有較強礦化幾率；③大量均勻的微氣泡適宜捕收微細粒礦物；④氣泡發生器產生的大量氣泡能夠負載錫石等大比重礦物進入泡沫區；⑤在微泡的不斷上升作用下，由于泡沫破裂而脫落的有用礦物不斷被泡沫碰撞而得到掃選，有利于提升有用礦物回收率；⑥較厚泡沫層厚度，可使泡沫沖洗得到二次富集等優勢而適宜細粒錫石浮選。

3)影響浮選柱工作性能的參數較多，主要為礦漿原礦品位、礦漿含泥量大小以及礦石粒度組成、給礦濃度、浮選機充氣量、給礦量大小、浮選液位等等。任何參數變量，都有可能對最終指標產生較大影響，因此需要根據不同原礦性質設定相應的工作參數，才能達到理想指標。

4)在工業應用中，由于現場條件與小型試驗條件差別較大，需要對浮選柱各項參數及礦漿條件進行逐一調試，當二者參數均達到最佳參數時，浮選柱能夠體現其優勢。