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1、1第三节第三节 浮选柱浮选柱一、概述一、概述浮选柱研究最早出现于上世纪六十年代，但由于气泡发生器的结垢与堵塞、浮选尾矿得不到保证、设备运行不稳定等原因，该项研究与应用很快进入了低潮。自上世纪八十年代以来，浮选柱的发展出现了方兴未艾的局面。浮选柱的发展和应用取得了重大突破，一批新型浮选柱脱颖而出，浮选柱在浮选工业中又受到重视。如国内的喷射式浮选柱、充填浮选柱、静态浮选柱、微泡浮选柱、旋流微泡浮选柱和旋流-静态微泡浮选柱（床） ，以及澳大利亚的Jameson浮选柱，加拿大的CPT浮选柱和CFCC浮选柱，德国的KHD浮选柱，美国的Flotair浮选柱、VPI微泡浮选柱、MTU型充填介质浮选柱和Wem
2、co利兹浮选柱，前苏联的乌克兰浮选柱，浮选柱，全泡沫浮选柱，印度的电浮选柱，磁浮选柱等。在处理极细物料方面，它们具有常规浮选机所不可比拟的分选效果。目前，在类型众多的浮选柱中，旋流-静态微泡柱分选设备在我国应用最为广泛。纵观几十年国内外浮选柱的研究现状，浮选柱新的进展总体来说表现在如下九大方面：(1)气泡发生器方面。基本上都由上世纪60、70年代易堵塞的内置式气泡发生器发展为外置式。当然也有经改进比较先进的内置式，且其发泡方式多样，更为先进、合理。有旋涡气泡发生器、文丘里管气泡发生器、静态在线混合器、高效气动液压型充气器、美国的Flotaire型气泡发生器、加拿大的CESL型气泡发生器、CPT
3、公司的SlamJet气体分散器、超声波气溶发泡器、射流气泡发生器和空气喷射式气泡发生器等；(2)充填介质方面。近年来，出现了多种类型的充填介质和介质床层，解决了充填介质在碱性矿浆中易堵塞的问题，改善了柱内矿浆流态的稳定性以及气泡分散的均匀性等；(3)柱体高度方面。已由原来的十几米降至几米，大型浮选柱的高径比逐渐减小，即使大型化的浮选柱的高度也基本上都在十米以下；(4)矿浆在浮选柱内浮选的时间越来越短；(5)浮选柱浮选的选择性和分选精度不断提高；(6)数学模拟与按比例放大方面开展的研究越来越深入；(7)自动控制的程度越来越高；(8)向着大型化、系列化方向发展；(9)在给矿和排矿方式上也有了较大改
4、进。由于浮选柱无机械搅拌器，无传动部件，同浮选机相比，浮选柱具有结构简单、制造容易、占地小、维修方便、操作容易、节省动力、对微细颗粒分选效果好等优点。随着柱浮选技术的日益成熟，浮选柱在我国的应用的领域逐步扩大，其优越性表现得越来越明显。目前已逐步应用于多种物料的分选，如硫化矿物(铜矿、辉钼矿、锑矿等)，氧化矿物（氧化钨矿、磁铁矿、赤铁矿等） ，工业矿物(硫酸盐矿、钾盐矿和磷酸盐矿物等)，石墨及其它非金属矿的分选等。二、浮选柱的类型二、浮选柱的类型浮选柱的种类繁多，差别主要表现在柱体高度、充气形式、矿化方式、分选原理等方面。按气泡发生器划分，可将浮选柱分为内部充气型和外部充气型；按柱体高度划分，
5、可分为矮柱型、中高柱型和高柱型；按气泡和矿浆运动的方向则可分划分为逆流式、顺流式和逆流-顺流混合式。逆流浮选柱的入料通常由柱子上部给入，尾矿则从柱子底部排出；顺流浮选柱的入料、空气、尾矿均从柱子底部实现；而逆流-顺流混合式浮选柱则是同向给入矿浆和部分空气，另一部分空气由柱子底部给入，或2者通过循环矿浆和空气由底部给入，而入料从柱子上部给入。目前，国内用于微细粒物料分选的浮选柱结构多样，按分类标准不同，有的浮选柱既属于矮柱型，又可归为其它类别浮选柱之中。据此可将国内外使用的结构上有特色的浮选柱分类如表35-1所示。表35-1 浮选柱分类表分类标准类别浮选柱种类及型号矮柱型旋流器式浮选柱、射流浮选
6、柱、旋流充气浮选柱、全泡沫浮选柱、LHJ浮选柱、Jameson浮选柱、Wemco-Leeds搅拌式浮选柱、气浮式浮选柱中高柱型FCMC旋流微泡浮选柱、FCSMC旋流-静态微泡浮选柱、CPT浮选柱、TAFC双充气微泡浮选柱、Microcel浮选柱、FXZ静态浮选柱、KYZ顺流喷射式浮选柱、KM浮选柱、XFZ多柱室逆顺流交替流动式浮选柱高度高柱型Flotair浮选柱、Boutin浮选柱、KFP浮选柱、Leeds浮选柱、MTU充填介质浮选柱、电浮选柱、磁浮选柱、浮选柱内部充气型Boutin浮选柱、MTU充填介质浮选柱、KM浮选柱、XFZ多柱室逆顺流交替流动式浮选柱、电浮选柱、气浮式浮选柱充气方式外部
7、充气型旋流器式浮选柱、射流浮选柱、旋流充气浮选柱、全泡沫浮选柱、LHJ浮选柱、Jameson浮选柱、Wemco-Leeds搅拌式浮选柱、FCMC旋流微泡浮选柱、FCSMC旋流-静态微泡浮选柱、Microcel浮选柱、CPT浮选柱、TAFC双充气微泡浮选柱、FXZ静态浮选柱、KYZ顺流喷射式浮选柱、Flotair浮选柱、KFP浮选柱、Leeds浮选柱、磁浮选柱逆流式旋流充气浮选柱、全泡沫浮选柱、Wemco-Leeds搅拌式浮选柱、CPT浮选柱、FXZ静态浮选柱、Microcel浮选柱、Flotair浮选柱、Boutin浮选柱、Leeds浮选柱、MTU充填介质浮选柱、气浮式浮选柱、电浮选柱、磁浮选
8、柱顺流式Jameson浮选柱、KYZ顺流喷射式浮选柱气泡和矿浆运动方向逆流-顺流混合式射流浮选柱、旋流器式浮选柱、FCMC旋流微泡浮选柱、FCSMC旋流-静态微泡浮选柱、TAFC双充气微泡浮选柱、KM浮选柱、XFZ多柱室逆顺流交替流动式浮选柱三、柱浮选设备三、柱浮选设备目前，常用的浮选柱多以逆流浮选柱为主，一些新型浮选柱将管流矿化也溶入到柱浮选分选体系中，取得了显著的分选效果。如旋流-静态微泡浮选柱通过高紊流的管流矿化，强化了柱分选环境，提高了难选物料的分选效率。在众多浮选柱中，最引人注目的有短体自由喷射式和高柱体逆流式浮选柱，后者被认为效果较好，应用广泛。该类型浮选柱主要有两种形式：一是充填
9、介质式，即柱内充满某种结构的材料以粉碎气泡和创造良好的浮选环境；另一种是无充填式，即柱内无充填，以其他方法创造必要的分选条件。在实际应用中，根据分选物料性质的不同，这类设备内部都进行了一定程度上的填料充填。逆流式浮选柱的特点在于：(1)比常规机械搅拌式浮选机和短体喷射式浮选柱有更大的矿化区。前者的矿化区仅在转子周围的高剪切区，后者也仅在射流所及的范围内，而逆流式浮选柱从给料口到气泡入口的整个捕集区都是矿化带，所以容积利用率高，单位容积的处理能力也大；(2)矿物颗粒与气泡的碰撞及粘附机率大。机械搅拌式和喷射式浮选机的矿物颗粒和气泡高速甩出3时运动方向基本一致，依靠紊流中两者间的速度差碰撞并实现粘
10、附。但紊流不仅可使两者粘附，也可使两者脱离，且为了产生紊流要消耗很多能量。逆流浮选柱内颗粒和气泡的运动总体上是相向的，虽然运动的绝对速度较小，但相对速度却不小。由于紊流程度低、能耗低，颗粒和气泡的脱离几率也低；(3)浮选柱产生的气泡分散度高、微细气泡多，因而同样的充气量可产生更大的气液界面，与矿物颗粒就有更多的碰撞机会，而且可产生多个气泡粘附于一个颗粒的气固絮团，减少了气泡和颗粒的脱落几率。此外大量微细气泡上升速度较慢，基本处于层流状态，造成和颗粒碰撞的有利条件，也提高了浮选速率和回收率；(4)减少了高灰细泥的污染。机械搅拌式浮选机的泡沫精煤中常夹带高灰细泥，而逆流式浮选柱的湍流程度低，顶部又
11、有冲洗水，迫使泡沫间夹带的入料水和高灰细泥排出，有利于生产低灰精煤和浮选脱硫。许多厂采用机械搅拌式浮选机，为提高精煤质量，或采用精选、扫选等复杂的流程，或以降低重选精煤的灰分来平衡全厂的精煤灰分，若采用浮选柱处理细泥 ，提高其分选效果，则有可能以简单的浮选工艺取得全厂最高的精煤产率。下面以柱体高度为分类标准，就国内外自行研制或仿制的一些结构新颖的浮选柱为例作简要介绍。目前应用较为广泛的浮选柱将在下文“几种典型的浮选柱”中再作详细叙述。（一）矮柱型浮（一）矮柱型浮选选柱柱1旋流器式浮选柱旋流器式浮选柱旋流器式浮选柱包括浮选柱分选段(浮选段)、旋流力场分选段(旋流段)、气泡发生器3部分。浮选段为一
12、柱体，位于整个柱体的上部，旋流段采用柱锥相连的水介旋流器结构，并与浮选段呈上、下结构相连。从旋流段角度看，浮选段相当于放大了的旋流器溢流管。在柱体顶部，设置了冲洗水装置和泡沫精矿收集槽；给料管位于柱段中上部，最终尾矿由旋流段底流口排出。气泡发生器为外置式，沿切线方向与旋流段柱体相连（相当于旋流器切线给料管） ，气泡发生器上设导气管与起泡剂添加管。气泡发生器是浮选柱的关键部件，它采用文丘里管和静止搅拌器的内部结构，具有吸入气体、气体粉碎成气泡以及气泡矿化多重作用。矿浆混合物沿切线方向进入旋流段，在旋流段内形成了气、液、固三相旋流力场。旋流力场的作用之一是促成气泡的迅速分散，减少气泡沿柱体断面扩散
13、所需要的路径，更重要的是对经过浮选段的中矿以及循环中矿的重力分选。在旋流力场作用下，物料按密度发生分离，其作用在于强化回收，保证得到合格尾矿。倒锥型套锥把经过旋流力场充分作用的底部矿浆机械分流成两部分：少量微气泡及大量中间物料进入倒锥内，单独引出后作为循环中矿；而大量高密度的粗粒物料则由内外倒锥之间排出，成为最终尾矿。旋流式浮选柱还具有以下特点:(1)集浮选与重选原理于一身，强化了分选作用，提高了精矿产率，同时也降低了柱体高度。(2)采用外置式气泡发生器，无需压风机和充填介质，节能显著，充气量大，气泡质量好，不堵塞，易调节，工作稳定，易维护和更换。同时由于压力释放析出大量高质量的活性微泡，使浮
14、选柱更适合于细粒级或超细粒级矿物的分选。(3)采用合理的柱体结构，不会沉积堵塞。2旋流充气浮选柱旋流充气浮选柱旋流充气浮选柱最早由美国研制。它是重选水力旋流器与浮选相结合的产物，如图35-1。它提出了一种高效充气矿化方式，与逆流矿化相对应，其成泡与矿化过程突出了“垂直”的特点。在较高强度的离心力场背景下，这种“垂直”矿化方式不仅提高了浮选的矿化效率，而且降低了浮选粒度下限。再加上离心力场的重力分离作用，形成了微细物料分选的综合力场优势。4该设备的主要特点是：(1)矿浆切向压力给入，将从多孔柱壁压入的空气剪切成气泡，气泡从柱壁向柱中心移动过程中，与颗粒发生碰撞附着，矿化速度高，因而浮选速度快，其
15、处理能力相当于同容积浮选机的50倍；(2)泡沫产品通过内螺旋向上运动排出，沉砂从底部环形排出，矿浆基本属于“塞流”；(3)设备体积小，多孔介质孔眼不易堵塞，缺点是器壁磨损较甚，参数变化敏感性较大。3. 搅拌式浮选柱搅拌式浮选柱搅拌式浮选柱实质上是浮选柱与浮选机结合的产物。该设备可改善粗颗粒的悬浮，提高+150m粒级的回收率。如加拿大研制的多层搅拌浮选柱(Hydrochem)己在金矿浮选获得工业应用。Wemco-Leeds搅拌式浮选柱也属于矮柱型浮选柱，如图35-2。它是将Leeds浮选柱与Wemco浮选机结合的产物。其特点是：(1)具有机械充气搅拌装置，矿浆均匀，粗粒不易沉淀；(2)柱内装有几
16、层隔栅介质辊，悬动介质辊随泡沫层密度变化，上下浮沉。自动调节辊间间隙，以控制精矿品位；(3)高度接近常规机械浮选机高度；(4)柱顶加冲洗水，排除泡沫中脉石夹杂。该柱缺点是结构复杂。柱顶加冲洗水，排除泡沫中脉石夹杂。该柱缺点是结构复杂。4射流浮选柱射流浮选柱射流浮选柱突破了传统浮选机和浮选柱设计上的基本概念，优化了浮选过程中捕集和分离这两个基本过程。一方面在射流浮选柱混合管内的中部区域，空气体积含量很高(可达60%70%)，在高速射流强烈搅拌作用下，矿物颗粒与气泡碰撞并粘附的概率较大；另一方面混合管内的气泡尺寸较小，可供捕集颗粒的总面积较大。这两方面因素使得射流浮选柱在需要较大捕集概率的微细煤泥的浮选方面图 35-1 旋流充气浮选柱1-给料；2-逆水流；3-机内横向槽；4-进气管；5-刮泡器；6-泡沫聚集 板；7-介质辊；8-矿浆排出口；9-排出管；10-搅拌器；11-稳流板图 35-2 WemcoLeeds 浮选柱5显示了突出的优越性。而且对于射流浮选柱来讲，气泡的上浮分离过程是在一个相对静止的环境中进行的，在上升过程中又受到了矿浆的清洗作用，排除
