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浮选工艺流程发展历史与趋势

谭明，史帅星，杨丽君，赖茂河

(北京矿冶研究总院，北京100160)

摘要：自浮选应用于工业生产至今，浮选技术取得了辉煌的发展。本文以时间为线索，简单概述了不同时期浮选工艺流程发展的特点，并展望了未来浮选工艺流程的发展趋势。

关键词：浮选工艺流程　发展历史　发展趋势

中图分类号：TD923；TD456

文献标志码：A

文章编号：1671—9492(2013)SO—0008—04

自20世纪初，浮选开始在工业生产上应用，后经过不断发展成熟，逐渐取代重选，成为最重要而高效的矿物分离方法。目前，全世界范围内约有20亿吨矿石是经过浮选工艺处理的。本文回顾了浮选工艺流程发展历史与未来发展趋势。

一、浮选工艺流程发展历史

浮选工艺流程的确定和变革一方面依赖于入选矿石性质的变化，另一方面受到不同时期选矿工艺理论和装备技术水平的制约。浮选工艺发展可以简单地划分三个历史时期，第一个时期，20世纪初至20世纪50年代；第二个时期，20世纪60年代至20世纪末；第三个时期，21世纪初至现在。

1.1 20世纪初至20世纪50年代

20世纪以前，人类利用的金属主要是金、银、铜和铅等，含此类金属的矿物密度均较大，易于通过重选的方法实现目的矿物与脉石矿物分离。然而，随着工业生产的发展，急需大量的各种工业原材料供应，单一重选工艺已经远不能满足工业生产发展的需要。因此，矿石选别工艺技术水平亟待提高，而浮选法的适时出现大大提高了矿石处理量和分选效率。这一时期浮选工艺发展的主要特点是生产规模扩大、浮选基础理论建立和浮选设备开发。

1.1.1 生产规模扩大[1]

1880年，Broken Hill建厂初期，主要采用冶炼的方法处理氧化矿石。后来，随着氧化矿石减少，主要是硫化铅、锌、银矿石，用重选的方法分离铅和银，但是由于锌与脉石矿物密度相近，重选工艺分离效果不好，后来还尝试过磁选工艺从尾矿中选别锌，但是效果仍不好。直至1902年，采用浮选工艺选别锌取得了重大突破。一开始是采用全油浮选工艺，到1913年，选择性浮选才开始正式应用，这大大提高了选别效果，生产规模得到了成倍地增加。

美国Kennecott铜业公司Copperton选矿厂1904年建厂时处理量只有300t/d，主要采用重选工艺选别铜，1908年和1909年又新建了两座大的重选厂，处理量达到6000t/d。浮选法成功应用于工业生产后，1923年每个选厂的处理达到40000t/d，至1926年处理量又达到了50000t/d。

1.1.2 浮选理论建立[2-3]

正如D．W．Fuerstenau撰文所述那样，浮选法并不是起源于理论研究，而是生产经验积累的结果，大量的理论研究用来解释现有工艺的性能，而浮选理论的建立是基于实验室试验研究敏锐观察和分析的结果。

1904年发表的真空—油浮选专利是泡沫浮选认识的起点，利用矿浆中溶解的空气浮起黏附在油滴上的矿物颗粒。随后，1905年发表了矿物分离专利，采用油性起泡剂，通过搅拌使气泡弥散在矿浆中。1919年，表面化学家朗格缪尔发表了“浮选表面现象的机理”一文，指出通过油酸的单分子层吸附可以改变水中固体矿物颗粒的接触角，从而改变矿物颗粒表面的润湿性。

1925年，科勒尔发现黄原酸盐可以作为硫化矿物捕收剂，并迅速应用于工业生产，极大地提高了硫化矿石的浮选效果。自此后，黄原酸盐与硫化矿物的作用机理成为研究的重点，先后提出了著名的矿物颗粒表面发生化学反应——溶度积假说和矿物颗粒表面双电层理论等。

随着研究的不断深入，浮选理论清晰地建立起来。这一时期的研究成果概括成一点而言，就是人们清楚地认识了浮选过程是怎样发生的，即浮选是矿浆中气泡与矿物颗粒经过碰撞，发生矿化作用后，矿物颗粒黏附在气泡表面，随气泡浮升至矿浆表面。通过添加不同浮选药剂，可以调整不同矿物表面的润湿性，从而选择性地使目的矿物发生矿化作用，而尽量减少非目的矿物发生矿化作用。因此，浮选是一个气—液—固相互作用的物理及物理化学过程。

1.1.3 浮选设备开发

随着浮选在工业生产中应用，浮选设备的研究开发也逐渐兴起，很多不同种类的浮选机相继涌现，但是很快很多浮选设备就被市场淘汰。当时，应用最广泛的浮选机如Minerals Separation浮选机、Callow浮选机、Fagergren Wemco浮选机、Fahren—wald Denver浮选机、米哈诺布尔浮选机和Agitair浮选机等[4]。浮选机单槽容积较小，最大仅为2～3m。因此，浮选工艺流程中浮选机台数众多，选矿厂占地面积较大。例如，Magna选矿厂拥有1040台浮选机，其中粗选作业616台，扫选作业336台，精选作业18台，另外70台浮选机用于钼分选[1]。

1.2 20世纪60年代至20世纪末

随着新发现单一矿体减少，越来越多的矿体呈多金属复杂嵌布，另外，一些老矿山，随着采矿深入，矿石性质发生变化，采用简单浮选作业流程已不能适应工业生产的需要。

1.2.1 浮选工艺流程复杂化

对于多金属硫化矿的浮选历来是采用传统的优先浮选流程或混合浮选流程。随着浮选工艺理论和技术的发展，等可浮流程、异步浮选流程逐渐涌现并不断发展成熟。

德兴铜矿是一个以铜为主，伴生硫、钼、金、银等多种有价元素的特大型斑岩铜矿。从1965年建矿初期至今，在这漫长的生产实践中，浮选流程不断改进和完善。目前，采用一段全混合开路浮选、粗精矿再磨、铜硫分离的原则浮选流程，与建矿初期的一段优先浮选原则流程相比，更适合矿石性质，提高了精矿品位和选矿回收率[5]。凡口铅锌矿选矿厂自1968年投产以来主要选矿工艺流程经多次变革，经历了铅锌混选、有氰分离，无氰粗磨优先，细磨高碱，新型组合药剂快速浮选四个浮选工艺的发展阶段。目前，生产工艺流程选别水平达到了国内外同类矿山的先进水平[6]。

柿竹园钨钼铋萤石多金属矿，历经数十年科技攻关，最终确定了以主干全浮流程为基础、以螯合捕收剂为核心的选别技术—柿竹园法，成功地实现了此类复杂矿石的选别分离，并获得了多项关键技术创新成果，如钼铋等可浮—铋硫混浮—分离浮选工艺，黑钨矿和白钨矿混合浮选等[7]。

1.2.2 浮选机种类丰富

浮选机是实现浮选过程的重要设备，浮选机性能直接影响着浮选工艺指标的好坏。这一时期，浮选机技术繁荣发展，通过浮选机结构优化设计，市场上相继推出了更高效的浮选机，可以适应于不同选矿工艺条件。例如，国内的XCF浮选机、KYF型浮选机、JJF型浮选机、BF型浮选机和GF型浮选机等，国外的OK型浮选机、Tankcell型浮选机、RSCTM型浮选机、Dorr—Oliver型浮选机和Jameson浮选机等[8]。随着这些技术先进、成熟的浮选机应用于工业，大大丰富了浮选工艺流程设备配置。

另外，针对粗颗粒和细颗粒浮选回收难问题，开发了专用粗粒浮选机和专用细粒浮选机。目前，国内粗颗粒浮选机主要有CLF型和CGF型浮选机。CLF型浮选机已成功应用于磁选尾矿综合回收铜、磷和钾盐等。CGF一2型浮选机应用于某锂云母分选，显著提高了0.2mm以上粗颗粒的回收率[9]。

对于细粒浮选回收，浮选柱的出现，显著改善了微细粒矿物的浮选效果，尤其是对于小于20μm矿物颗粒。一般而言，浮选柱对于微细粒的分选效果比浮选机好。然而，MIN公司研制的Jameson浮选机和Minnovex浮选机对微细粒矿物颗粒同样具有很高的选别效果。例如，Xstrata公司应用Isa磨机-Jameson浮选槽组成的浮选工艺回路，Isa磨机产出P8012μm，由于采用非铁质惰性磨矿介质，可以产出清洁的矿物颗粒表面，然后配置Jameson浮选槽快速浮选，提高了微细颗粒矿物浮选分离效果，与常规球磨机—浮选机流程相比，精矿铅回收率提高5％，铅品位提高5％。另有研究表明，当磨矿细度P8010μm以下时，磨矿细度每减少1μm，锌回收率提高1％[10-11]。

1.2.3 浮选机大型化

为适应矿石品位下降，处理量增加，选矿成本不断提高，随之而来大规模选厂的兴建必须大幅提高浮选机的处理能力。在保证工艺性能和槽体内固体矿物颗粒悬浮的同时，使用大型浮选机的浮选工艺流程的好处包括降低能耗、减少选矿厂占地面积、简化操作管理和减少维护成本等。浮选机大型化经历了相当长的一段发展时期，浮选机单槽容积的发展历程见图l。

图1 浮选机单槽容积的发展历程

从图1中不难发现，在相当长的一段时间内，浮选机大型化发展速度缓慢，而进入2000年后，浮选机大型化发展迅速。目前，单槽容积大于300in浮选机已在国内外多个选矿厂安装应用。例如，2009年，中铝秘鲁Toromoch项目采购了BGRIMM公司生产的28台320nl浮选机。2009年，FL Smidth生产的两台SuperCellsTM—300在美国Kennecott Copperton选矿厂进行了工业试验，并成功应用在铜钼混浮流程。2013年，中国黄金乌山二期安装了BGRIMM公司生产的28台320ITI浮选机也已正式投入生产。

浮选机单槽容积最大多少合适，业内仍没有形成共识。然而，应用大型浮选机伴随而来的矿浆短路概率增加和槽体深度增加而导致粗粒级回收率不高的事实，这些都是必须加以重视的问题。因此，即便对于大型选矿厂，在考虑选用大型浮选机时，也不一定是单槽容积越大越好。另外，还有一点需指出的是，大型浮选机对于一些复杂难处理矿石分离工艺流程并不适用。

1.3 21世纪初至现在

出于工业生产环保节能和选厂管理水平要求越来越高，为了得到更好的选别指标，一方面，采用A动化控制程度更高的浮选机，实现了浮选作业精细化管理水平，从而大大降低了劳动强度，改变了传统凭借操作经验为主的浮选作业控制方式；另一方面，浮选动力学研究重新引起人们的重视，重点关注矿物浮选速率与矿物性质和浮选设备性能参数的关系。

例如，现在大型浮选机都配置了液位自动控制系统，通过PLC触摸屏，实现在线检测和操作，并提高了控制精度，有利于选别指标的提高。Metso公司研制的Visio—Frot装置能够监测泡沫层的移动速度、泡沫层表面气泡尺寸和分布情况、泡沫层颜色和气泡的矿化程度等，然后根据这些测量数据来编制工艺过程自控系统。如今，在世界范围内2O多家选矿厂成功应用了500套，提高了金属回收率[12]。

早期，浮选动力学研究主要偏重于工艺条件变化和矿石性质变化对浮选速率的影响。目前，以“P”项目成立的研究团队，经过数十年的研究，终于在近些年来成功推出了商业化的浮选过程优化与模拟软件“JKSimFloat”。该研究成果是基于浮选速率与矿物的可浮性、泡沫回收率和气泡表面积通量相关[13]。此软件用于Red dog选厂诊断浮选工艺流程在生产过程中存在的问题时效果较好[14]。

二、浮选工艺流程发展趋势

自浮选工艺应用于工业生产，距今已超过100年，浮选工艺技术逐渐发展成熟，已经成功应用于有色金属、黑色金属、稀贵金属、水处理、生物分离及其他各方面。随着世界范围内矿石资源不断贫化、粒度嵌布细和共生关系复杂等因素，同时社会对于清洁和节能生产的要求，浮选工艺流程面临着更为严峻的挑战。因此，浮选工艺技术未来发展应加强以下方面的研究。

1）继续加强浮选理论研究，借鉴其它学科的发展，深入微观认识气泡、矿物颗粒和药剂的作用机理。如此，可以针对性地设计选择性好、高效性的浮选药剂。

2）继续改进浮选机结构设计，尤其是对于叶轮—定子结构的优化，提高矿浆和气泡的搅拌和分散均匀程度，减少大型浮选机短路概率，同时进一步降低功耗。

3）继续提高浮选工艺过程控制水平，虽然目前工业生产已成功应用了液位自动控制、气量自动控制、自动加药系统和在线检测分析系统，但是这些并没有实现系统集成，并且需要更加智能的系统评价浮选过程各种影响因素的作用。

参考文献

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[10]A.A.w乌明森. Isa磨机-Jameson浮选槽回路可提供快速无铁污染浮选工艺[J]_国外金属矿选矿,2006(11):24,44.

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[12]A.A.拉符利涅科等.浮选设备的生产现状与主要发展方向[J].国外金属矿选矿,2007(12):4-12.

[13] Harris M C.The use of flotation plant data to simulate flotation circuits,in Proceedings of SAIMM Mineral Processing Design School[J].Johannesburg,1998(9):3-4.

[14]Runge K C,Harris M C,Frew J A,et a1.Floatability of Streams Around the Cominco Red Dog Lead Cleaning Circuit.Sixth Mill Operator’Conference[M].Australia;Australasian Institute of Mining and Metallurgy,157-163.

来源：爱学术、《有色金属（选矿部分）》期刊

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