黑龍江多寶山銅礦浮選機動力學考察

許培燕

西藏巨龍銅業有限公司 西藏拉薩 850212

礦石性質的變化對選廠當前的工藝、流程和設備運行提出了新的挑戰。浮選機動力學考察與流程考察類似，是對浮選設備運行狀態的一種檢測手段，是對選廠現有生產情況的一次梳理，將抽象的選礦過程數字化，對選礦工作人員的經驗具體化，最終目的則是在對后續生產指標不好的情況下，有基礎的對比數據和參照物，有利于快速解決問題，恢復正常生產[1-2]。通常而言，浮選機動力學考察應用于選廠改建、擴產擴建，為設備的選型提供依據，將現有的生產狀況復制到新建選廠，從而協助現場快速達產達標；同時也可以對現場設備的槽體結構型式、葉輪-定子結構型式及溢流堰型式進行優化設計[3]。浮選機動力學考察的最終目的則是從設備及工藝兩方面全面分析現場存在的問題，有針對性地給選廠提供解決方案；必要時，提供的解決方案需要在實驗室或者現場進行試驗驗證，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。選廠設計初期規模為日處理礦石量 25 000 t，采用常規三段一閉路的碎礦工藝，中間破碎前加預篩，粗磨后采用鉬銅等可浮再分離—強化選銅工藝流程[6-7]?，F場工藝流程如圖1 所示，浮選機動力學考察集中在銅鉬等可浮粗選、強化銅粗選及強化銅掃選作業。

圖1 現場選礦工藝流程Fig.1 On site beneficiation process flow

1 研究內容及方法

1.1 充氣量及氣含率測試

充氣量表征的是浮選機內充入氣量的多少，空氣分散度表征的是浮選機氣體分散均勻程度。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、工藝指標和浮選藥劑的用量。實踐和理論研究都證明，增大充氣量，可以大幅度提高浮選機的生產能力，在一定范圍內改善浮選指標。每一種礦石都有自己合適的充氣量，在未達到合適充氣量前增加浮選機充氣量，使槽體中氣泡分布越均勻，礦粒與氣泡發生碰撞、接觸和黏連的機會越多，浮選指標越好；但充氣量過大，容易造成漿液面翻花嚴重，形成不穩定的泡沫層，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，最終造成浮選指標不理想。

一般采用排水集氣法測試浮選機充氣量和計算空氣分散度，測試方法如圖2 所示。在浮選機內選擇若干個具有代表性的測量點，用一個標定高度的、一端封閉的有機玻璃管，在每個測點先充滿水，然后垂直倒置插入清水或礦漿中，要保證管口低于液面。當液面下降到第 1 個刻度時開始計時，到第 2 個標定高度時停止計時，并記錄下所用時間。以同樣的方法進行下一點的測量，直到所有的測點全部測完。為保證測試的準確性，每個測點重復測量兩次，如果兩次測量時間相差較大，則進行第 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

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

式中：Q為測量點充 (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為測量時間，s。

1.2 氣泡負載率測試

氣泡負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量表示，單位為 g/L，即氣泡攜帶礦物的總質量m和氣泡的總體積V的比值，L=m/V。

礦化氣泡的形成和運動，一定程度上影響最終的選別指標。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，最后穿過界面進入到泡沫層。整個過程中，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，對浮選過程的調控具有較大的意義。

礦化氣泡的形成及運動過程是由多方面因素共同作用的結果，包括藥劑作用及微觀的流體動力學特性作用。礦化氣泡的微觀作用過程很難直觀地進行觀測及統計，目前所采用的評價方法為泡沫負載率測試儀測試法，所使用的儀器為北礦機電科技有限責任公司開發的氣泡負載率測試儀，如圖3 所示。測試過程中，礦化氣泡通過收集管進入礦化氣泡收集器內，在錐形導流器的導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；一定時間后，將收集到的顆粒從排礦口卸出，對試樣樣品進行篩析及化驗，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內的懸浮效果，充分的礦物懸浮是獲得良好浮選指標的先決條件之一。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設計的準則之一。通常采用深槽取樣器對槽體內不同深度方向的礦漿進行取樣測試化驗，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，則導致泡沫的停留時間過長，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品粒級回收效果，最終評判不同礦物、不同作業時的最佳泡沫層厚度，從而指導生產實踐。

通常在浮選機徑向方向選取若干點進行取樣，如圖5 所示，沿泡沫徑向表面布置 ①～⑥ 號 6 個測點。

圖5 取樣點布置Fig.5 Layout of sampling points

2 測試結果及分析

2.1 充氣量及氣含率測試結果分析

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

表1 充氣量測試結果Tab.1 Results of aeration volume test

各作業單臺浮選機充氣量大小的設置與礦石性質、處理量、質量分數、有用礦物品位、精礦產率、泡沫層厚度、起泡劑含量以及操作人員的經驗有關。實踐證明，實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。而當泡沫層太厚時，為保證粗粒礦物的碰撞礦化概率及上升過程中的運輸能力，則應適當增加充氣量。

(2) 當出現旋流器跑粗的情況時，為避免較大顆粒物料在浮選機內沉積，影響整體浮選容積及浮選時間，則應適當減小充氣量，增加浮選機的攪拌懸浮能力，從而保證粗顆粒礦物從浮選機內排出。

(3) 一般而言，硫化礦用選礦浮選機充氣量大小控制在 1.0 m3/(m2·min) 左右；氧化礦用選礦浮選機充氣量偏小，一般在 0.4 m3/(m2·min)，但具體需要根據現場運轉工藝條件進行微調。

(4) 一般而言，粗掃選作業充氣量應逐漸增加，精選作業充氣量應適當減小；同一作業內，浮選機充氣量逐臺適當增加 5%～10%。

2.2 氣泡負載率測試結果分析

等可浮作業第 1 臺 KYF-130 浮選機礦漿相中 3 個不同深度氣泡負載大小和品位變化如表2 所列。礦化氣泡上升過程中，氣泡負載率逐漸減小，550 mm 處氣泡負載率為 16.06 g/L，220 mm 處氣泡負載率為 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 氣泡負載率測試結果Tab.2 Results of bubble loading rate test

對3 個不同深度的氣泡負載率取樣進行了粒級篩析，篩析結果如表3～表5所列。

表3 距溢堰 220 mm 氣泡負載物料取樣篩析結果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 氣泡負載物料取樣篩析結果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 氣泡負載物料取樣篩析結果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，同一粒級產率基本保持不變；而由 350 mm 升至 220 mm 時，-0.038 mm 粒級產率降低明顯；粒度主要集中在 -0.074 mm+0.038 mm 和 -0.038 mm 2 個粒級，產率達 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：金屬多數分布在 -0.038 mm 和 -0.074 mm+0.038 mm 2 個粒級，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。

該測試結果表明：礦化氣泡從距溢流堰深度 550 mm 運動到 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 5 臺浮選機礦漿懸浮能力測試結果如表6 所列。由此可知：各作業浮選機內，不同深度方向礦漿質量分數在 27%～30% 之間，分布均勻，未出現分層現象。這表明浮選機內輸入的能量合理，實現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條件。

表6 5 臺浮選機礦漿懸浮能力測試結果Tab.6 Test results of pulp suspension capacity test of 5 flotation machines

詳細分析等可浮粗選第 1 臺浮選機懸浮能力可知，從距溢流堰 3 500 mm 到距溢流堰 200 mm 不同深度位置，礦漿質量分數基本不變；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 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。強化銅粗選第 1 臺浮選機隨著距溢流堰深度變化，礦漿質量分數變化不大；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，礦漿質量分數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、強化銅粗選第 1 槽、掃選Ⅰ第 1 槽這 3 槽不同取樣點泡沫品位如圖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 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 不同作業流程中浮選機徑向泡沫取樣結果Fig.6 Radial foam sampling results of flotation machine in different operation processes

3 槽泡沫粒級品位分析結果表明，粒級品位變化趨勢一致。但隨著粒級變細，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有效回收。

3 結論

(1) 充氣量測試結果表明：各作業單臺浮選機氣量設計較為合理，粗、掃選各作業的第 1 臺浮選機充氣量在 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)。建議在生產過程中適當增大充氣量至 0.5 m3/(m2·min)，以保證礦物的回收。

(2) 各作業浮選機內礦漿懸浮能力較好，無明顯分層現象，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、脈石礦物的脫附現象較為明顯。建議適當增加捕收劑藥劑用量，以保證礦化氣泡的穩定性。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。建議在生產過程中，可以將單一銅捕收劑調整為組合捕收劑，可嘗試單添加 Z200，在兼顧常規粒級回收的同時，增加粗顆粒的回收效果。