第三節(jié)

浮選柱

一、概述

浮選柱研究最早出現(xiàn)于上世紀(jì)六十年代，但由于氣泡發(fā)生器的結(jié)垢與堵塞、浮選尾礦得不到保證、設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定等原因，該項研究與應(yīng)用很快進(jìn)入了低潮。

自上世紀(jì)八十年代以來，浮選柱的發(fā)展出現(xiàn)了方興未艾的局面。浮選柱的發(fā)展和應(yīng)用取得了重大突破，一批新型浮選柱脫穎而出，浮選柱在浮選工業(yè)中又受到重視。如國內(nèi)的噴射式浮選柱、充填浮選柱、靜態(tài)浮選柱、微泡浮選柱、旋流微泡浮選柱和旋流-靜態(tài)微泡浮選柱（床），以及澳大利亞的Jameson浮選柱，加拿大的CPT浮選柱和CFCC浮選柱，德國的KHD浮選柱，美國的Flotair浮選柱、VPI微泡浮選柱、MTU型充填介質(zhì)浮選柱和Wemco利茲浮選柱，前蘇聯(lián)的烏克蘭浮選柱，ФП浮選柱，全泡沫浮選柱，印度的電浮選柱，磁浮選柱等。在處理極細(xì)物料方面，它們具有常規(guī)浮選機(jī)所不可比擬的分選效果。目前，在類型眾多的浮選柱中，旋流-靜態(tài)微泡柱分選設(shè)備在我國應(yīng)用最為廣泛。

縱觀幾十年國內(nèi)外浮選柱的研究現(xiàn)狀，浮選柱新的進(jìn)展總體來說表現(xiàn)在如下九大方面：

(1)氣泡發(fā)生器方面。基本上都由上世紀(jì)60、70年代易堵塞的內(nèi)置式氣泡發(fā)生器發(fā)展為外置式。當(dāng)然也有經(jīng)改進(jìn)比較先進(jìn)的內(nèi)置式，且其發(fā)泡方式多樣，更為先進(jìn)、合理。有旋渦氣泡發(fā)生器、文丘里管氣泡發(fā)生器、靜態(tài)在線混合器、高效氣動液壓型充氣器、美國的Flotaire型氣泡發(fā)生器、加拿大的CESL型氣泡發(fā)生器、CPT公司的SlamJet氣體分散器、超聲波氣溶發(fā)泡器、射流氣泡發(fā)生器和空氣噴射式氣泡發(fā)生器等；

(2)充填介質(zhì)方面。近年來，出現(xiàn)了多種類型的充填介質(zhì)和介質(zhì)床層，解決了充填介質(zhì)在堿性礦漿中易堵塞的問題，改善了柱內(nèi)礦漿流態(tài)的穩(wěn)定性以及氣泡分散的均勻性等；

(3)柱體高度方面。已由原來的十幾米降至幾米，大型浮選柱的高徑比逐漸減小，即使大型化的浮選柱的高度也基本上都在十米以下；

(4)礦漿在浮選柱內(nèi)浮選的時間越來越短；

(5)浮選柱浮選的選擇性和分選精度不斷提高；

(6)數(shù)學(xué)模擬與按比例放大方面開展的研究越來越深入；

(7)自動控制的程度越來越高；

(8)向著大型化、系列化方向發(fā)展；

(9)在給礦和排礦方式上也有了較大改進(jìn)。

由于浮選柱無機(jī)械攪拌器，無傳動部件，同浮選機(jī)相比，浮選柱具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、占地小、維修方便、操作容易、節(jié)省動力、對微細(xì)顆粒分選效果好等優(yōu)點(diǎn)。隨著柱浮選技術(shù)的日益成熟，浮選柱在我國的應(yīng)用的領(lǐng)域逐步擴(kuò)大，其優(yōu)越性表現(xiàn)得越來越明顯。目前已逐步應(yīng)用于多種物料的分選，如硫化礦物(銅礦、輝鉬礦、銻礦等)，氧化礦物（氧化鎢礦、磁鐵礦、赤鐵礦等），工業(yè)礦物(硫酸鹽礦、鉀鹽礦和磷酸鹽礦物等)，石墨及其它非金屬礦的分選等。

二、浮選柱的類型

浮選柱的種類繁多，差別主要表現(xiàn)在柱體高度、充氣形式、礦化方式、分選原理等方面。按氣泡發(fā)生器劃分，可將浮選柱分為內(nèi)部充氣型和外部充氣型；按柱體高度劃分，可分為矮柱型、中高柱型和高柱型；按氣泡和礦漿運(yùn)動的方向則可分劃分為逆流式、順流式和逆流-順流混合式。逆流浮選柱的入料通常由柱子上部給入，尾礦則從柱子底部排出；順流浮選柱的入料、空氣、尾礦均從柱子底部實(shí)現(xiàn)；而逆流-順流混合式浮選柱則是同向給入礦漿和部分空氣，另一部分空氣由柱子底部給入，或者通過循環(huán)礦漿和空氣由底部給入，而入料從柱子上部給入。目前，國內(nèi)用于微細(xì)粒物料分選的浮選柱結(jié)構(gòu)多樣，按分類標(biāo)準(zhǔn)不同，有的浮選柱既屬于矮柱型，又可歸為其它類別浮選柱之中。據(jù)此可將國內(nèi)外使用的結(jié)構(gòu)上有特色的浮選柱分類如表35-1所示。

表35-1

浮選柱分類表

分類標(biāo)準(zhǔn)

類別

浮選柱種類及型號

高度

矮柱型

旋流器式浮選柱、射流浮選柱、旋流充氣浮選柱、全泡沫浮選柱、LHJ浮選柱、Jameson浮選柱、Wemco-Leeds攪拌式浮選柱、氣浮式浮選柱

中高柱型

FCMC旋流微泡浮選柱、FCSMC旋流-靜態(tài)微泡浮選柱、CPT浮選柱、TAFC雙充氣微泡浮選柱、Microcel浮選柱、FXZ靜態(tài)浮選柱、KYZ順流噴射式浮選柱、KФM浮選柱、XFZ多柱室逆順流交替流動式浮選柱

高柱型

Flotair浮選柱、Boutin浮選柱、KFP浮選柱、Leeds浮選柱、MTU充填介質(zhì)浮選柱、電浮選柱、磁浮選柱、ФП浮選柱

充氣方式

內(nèi)部充氣型

Boutin浮選柱、MTU充填介質(zhì)浮選柱、KФM浮選柱、XFZ多柱室逆順流交替流動式浮選柱、電浮選柱、氣浮式浮選柱

外部充氣型

旋流器式浮選柱、射流浮選柱、旋流充氣浮選柱、全泡沫浮選柱、LHJ浮選柱、Jameson浮選柱、Wemco-Leeds攪拌式浮選柱、FCMC旋流微泡浮選柱、FCSMC旋流-靜態(tài)微泡浮選柱、Microcel浮選柱、CPT浮選柱、TAFC雙充氣微泡浮選柱、FXZ靜態(tài)浮選柱、KYZ順流噴射式浮選柱、Flotair浮選柱、KFP浮選柱、Leeds浮選柱、磁浮選柱

氣泡和礦

漿運(yùn)動方向

逆流式

旋流充氣浮選柱、全泡沫浮選柱、Wemco-Leeds攪拌式浮選柱、CPT浮選柱、FXZ靜態(tài)浮選柱、Microcel浮選柱、Flotair浮選柱、Boutin浮選柱、Leeds浮選柱、MTU充填介質(zhì)浮選柱、氣浮式浮選柱、電浮選柱、磁浮選柱

順流式

Jameson浮選柱、KYZ順流噴射式浮選柱

逆流-順流混合式

射流浮選柱、旋流器式浮選柱、FCMC旋流微泡浮選柱、FCSMC旋流-靜態(tài)微泡浮選柱、TAFC雙充氣微泡浮選柱、KФM浮選柱、XFZ多柱室逆順流交替流動式浮選柱

三、柱浮選設(shè)備

目前，常用的浮選柱多以逆流浮選柱為主，一些新型浮選柱將管流礦化也溶入到柱浮選分選體系中，取得了顯著的分選效果。如旋流-靜態(tài)微泡浮選柱通過高紊流的管流礦化，強(qiáng)化了柱分選環(huán)境，提高了難選物料的分選效率。在眾多浮選柱中，最引人注目的有短體自由噴射式和高柱體逆流式浮選柱，后者被認(rèn)為效果較好，應(yīng)用廣泛。該類型浮選柱主要有兩種形式：一是充填介質(zhì)式，即柱內(nèi)充滿某種結(jié)構(gòu)的材料以粉碎氣泡和創(chuàng)造良好的浮選環(huán)境；另一種是無充填式，即柱內(nèi)無充填，以其他方法創(chuàng)造必要的分選條件。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)分選物料性質(zhì)的不同，這類設(shè)備內(nèi)部都進(jìn)行了一定程度上的填料充填。逆流式浮選柱的特點(diǎn)在于：

(1)比常規(guī)機(jī)械攪拌式浮選機(jī)和短體噴射式浮選柱有更大的礦化區(qū)。前者的礦化區(qū)僅在轉(zhuǎn)子周圍的高剪切區(qū)，后者也僅在射流所及的范圍內(nèi)，而逆流式浮選柱從給料口到氣泡入口的整個捕集區(qū)都是礦化帶，所以容積利用率高，單位容積的處理能力也大；

(2)礦物顆粒與氣泡的碰撞及粘附機(jī)率大。機(jī)械攪拌式和噴射式浮選機(jī)的礦物顆粒和氣泡高速甩出時運(yùn)動方向基本一致，依靠紊流中兩者間的速度差碰撞并實(shí)現(xiàn)粘附。但紊流不僅可使兩者粘附，也可使兩者脫離，且為了產(chǎn)生紊流要消耗很多能量。逆流浮選柱內(nèi)顆粒和氣泡的運(yùn)動總體上是相向的，雖然運(yùn)動的絕對速度較小，但相對速度卻不小。由于紊流程度低、能耗低，顆粒和氣泡的脫離幾率也低；

(3)浮選柱產(chǎn)生的氣泡分散度高、微細(xì)氣泡多，因而同樣的充氣量可產(chǎn)生更大的氣液界面，與礦物顆粒就有更多的碰撞機(jī)會，而且可產(chǎn)生多個氣泡粘附于一個顆粒的氣固絮團(tuán)，減少了氣泡和顆粒的脫落幾率。此外大量微細(xì)氣泡上升速度較慢，基本處于層流狀態(tài)，造成和顆粒碰撞的有利條件，也提高了浮選速率和回收率；

(4)減少了高灰細(xì)泥的污染。機(jī)械攪拌式浮選機(jī)的泡沫精煤中常夾帶高灰細(xì)泥，而逆流式浮選柱的湍流程度低，頂部又有沖洗水，迫使泡沫間夾帶的入料水和高灰細(xì)泥排出，有利于生產(chǎn)低灰精煤和浮選脫硫。許多廠采用機(jī)械攪拌式浮選機(jī)，為提高精煤質(zhì)量，或采用精選、掃選等復(fù)雜的流程，或以降低重選精煤的灰分來平衡全廠的精煤灰分，若采用浮選柱處理細(xì)泥，提高其分選效果，則有可能以簡單的浮選工藝取得全廠最高的精煤產(chǎn)率。

下面以柱體高度為分類標(biāo)準(zhǔn)，就國內(nèi)外自行研制或仿制的一些結(jié)構(gòu)新穎的浮選柱為例作簡要介紹。目前應(yīng)用較為廣泛的浮選柱將在下文“幾種典型的浮選柱”中再作詳細(xì)敘述。

（一）矮柱型浮選柱

1．旋流器式浮選柱

旋流器式浮選柱包括浮選柱分選段(浮選段)、旋流力場分選段(旋流段)、氣泡發(fā)生器3部分。浮選段為一柱體，位于整個柱體的上部，旋流段采用柱錐相連的水介旋流器結(jié)構(gòu)，并與浮選段呈上、下結(jié)構(gòu)相連。從旋流段角度看，浮選段相當(dāng)于放大了的旋流器溢流管。在柱體頂部，設(shè)置了沖洗水裝置和泡沫精礦收集槽；給料管位于柱段中上部，最終尾礦由旋流段底流口排出。氣泡發(fā)生器為外置式，沿切線方向與旋流段柱體相連（相當(dāng)于旋流器切線給料管），氣泡發(fā)生器上設(shè)導(dǎo)氣管與起泡劑添加管。

氣泡發(fā)生器是浮選柱的關(guān)鍵部件，它采用文丘里管和靜止攪拌器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，具有吸入氣體、氣體粉碎成氣泡以及氣泡礦化多重作用。礦漿混合物沿切線方向進(jìn)入旋流段，在旋流段內(nèi)形成了氣、液、固三相旋流力場。

旋流力場的作用之一是促成氣泡的迅速分散，減少氣泡沿柱體斷面擴(kuò)散所需要的路徑，更重要的是對經(jīng)過浮選段的中礦以及循環(huán)中礦的重力分選。在旋流力場作用下，物料按密度發(fā)生分離，其作用在于強(qiáng)化回收，保證得到合格尾礦。倒錐型套錐把經(jīng)過旋流力場充分作用的底部礦漿機(jī)械分流成兩部分：少量微氣泡及大量中間物料進(jìn)入倒錐內(nèi)，單獨(dú)引出后作為循環(huán)中礦；而大量高密度的粗粒物料則由內(nèi)外倒錐之間排出，成為最終尾礦。旋流式浮選柱還具有以下特點(diǎn):

(1)集浮選與重選原理于一身，強(qiáng)化了分選作用，提高了精礦產(chǎn)率，同時也降低了柱體高度。

(2)采用外置式氣泡發(fā)生器，無需壓風(fēng)機(jī)和充填介質(zhì)，節(jié)能顯著，充氣量大，氣泡質(zhì)量好，不堵塞，易調(diào)節(jié)，工作穩(wěn)定，易維護(hù)和更換。同時由于壓力釋放析出大量高質(zhì)量的活性微泡，使浮選柱更適合于細(xì)粒級或超細(xì)粒級礦物的分選。

(3)采用合理的柱體結(jié)構(gòu)，不會沉積堵塞。

2．旋流充氣浮選柱

旋流充氣浮選柱最早由美國研制。它是重選水力旋流器與浮選相結(jié)合的產(chǎn)物，如圖35-1。它提出了一種高效充氣礦化方式，與逆流礦化相對應(yīng)，其成泡與礦化過程突出了“垂直”的特點(diǎn)。在較高強(qiáng)度的離心力場背景下，這種“垂直”礦化方式不僅提高了浮選的礦化效率，而且降低了浮選粒度下限。再加上離心力場的重力分離作用，形成了微細(xì)物料分選的綜合力場優(yōu)勢。

該設(shè)備的主要特點(diǎn)是：

(1)礦漿切向壓力給入，將從多孔柱壁壓入的空氣剪切成氣泡，氣泡從柱壁向柱中心移動過程中，與顆粒發(fā)生碰撞附著，礦化速度高，因而浮選速度快，其處理能力相當(dāng)于同容積浮選機(jī)的50倍；

(2)泡沫產(chǎn)品通過內(nèi)螺旋向上運(yùn)動排出，沉砂從底部環(huán)形排出，礦漿基本屬于“塞流”；

圖35-1

旋流充氣浮選柱

(3)設(shè)備體積小，多孔介質(zhì)孔眼不易堵塞，缺點(diǎn)是器壁磨損較甚，參數(shù)變化敏感性較大。

3.攪拌式浮選柱

攪拌式浮選柱實(shí)質(zhì)上是浮選柱與浮選機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物。該設(shè)備可改善粗顆粒的懸浮，提高+150μm粒級的回收率。如加拿大研制的多層攪拌浮選柱(Hydrochem)己在金礦浮選獲得工業(yè)應(yīng)用。

Wemco-Leeds攪拌式浮選柱也屬于矮柱型浮選柱，如圖35-2。它是將Leeds浮選柱與Wemco浮選機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物。其特點(diǎn)是：

(1)具有機(jī)械充氣攪拌裝置，礦漿均勻，粗粒不易沉淀；

(2)柱內(nèi)裝有幾層隔柵介質(zhì)輥，懸動介質(zhì)輥隨泡沫層密度變化，上下浮沉。自動調(diào)節(jié)輥間間隙，以控制精礦品位；

(3)高度接近常規(guī)機(jī)械浮選機(jī)高度；

1-給料；2-逆水流；3-機(jī)內(nèi)橫向槽；4-進(jìn)氣管；5-刮泡器；6-泡沫聚集板；7-介質(zhì)輥；8-礦漿排出口；9-排出管；10-攪拌器；11-穩(wěn)流板

圖35-2

Wemco—Leeds浮選柱

(4)柱頂加沖洗水，排除泡沫中脈石夾雜。該柱缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

4．射流浮選柱

射流浮選柱突破了傳統(tǒng)浮選機(jī)和浮選柱設(shè)計上的基本概念，優(yōu)化了浮選過程中捕集和分離這兩個基本過程。一方面在射流浮選柱混合管內(nèi)的中部區(qū)域，空氣體積含量很高(可達(dá)60%~70%)，在高速射流強(qiáng)烈攪拌作用下，礦物顆粒與氣泡碰撞并粘附的概率較大；另一方面混合管內(nèi)的氣泡尺寸較小，可供捕集顆粒的總面積較大。這兩方面因素使得射流浮選柱在需要較大捕集概率的微細(xì)煤泥的浮選方面顯示了突出的優(yōu)越性。而且對于射流浮選柱來講，氣泡的上浮分離過程是在一個相對靜止的環(huán)境中進(jìn)行的，在上升過程中又受到了礦漿的清洗作用，排除了夾雜在氣泡群中的微細(xì)非目的礦物顆粒，因此具有良好的分離選擇性和分選精度。

在射流浮選柱基礎(chǔ)上發(fā)展起來的雙向充氣射流浮選柱是一種新型高效的細(xì)粒礦物分選設(shè)備，作為機(jī)械攪拌式浮選機(jī)的更新?lián)Q代產(chǎn)品，可用于細(xì)粒煤的分選、脫硫、超純煤的制備以及金屬礦物、非金屬礦物的浮選。具有高效、節(jié)能、處理量大、設(shè)備簡單可靠、投資省、見效快等特點(diǎn)。它由柱體、錐形漏斗、組合式氣泡發(fā)生器等組成。其工作原理是，入料礦漿經(jīng)組合式氣泡發(fā)生器充氣后從上部進(jìn)入柱體，使易浮的精礦得到優(yōu)先浮選，其余的物料與礦漿一起向下運(yùn)動，與從柱體底部進(jìn)入的經(jīng)另一組（或兩組）氣泡發(fā)生器充氣的中礦循環(huán)礦漿碰撞，使精礦被再次捕集。循環(huán)給入的中礦與向下回流的沒有礦化的中礦隔開，分成復(fù)選區(qū)與循環(huán)區(qū)，已充氣的中礦先在復(fù)選區(qū)中向上流動，使其有更多的機(jī)會與氣泡接觸得到再選，同時礦化氣泡的上浮速度恒大于此處水流上升速度，大大減少了進(jìn)入循環(huán)區(qū)的無效氣泡，從而提高了浮選效率。由于復(fù)選區(qū)呈漏斗狀，其水流速度自下而上逐漸減小，可使部分難浮的較粗礦粒滯留其中反復(fù)礦化，改善了浮選柱普遍存在的不易回收粗顆粒礦物的問題。

該設(shè)備主要特點(diǎn)為：

(1)采用由給料從柱體上部和循環(huán)中礦從柱體下部雙向充氣結(jié)構(gòu)，有利于提高精礦的質(zhì)量與回收率；

(2)將循環(huán)給入的中礦與向下回流的中礦隔開，分成復(fù)選區(qū)與循環(huán)區(qū)，使充氣的中礦進(jìn)入浮選柱后，先在復(fù)選區(qū)中向上運(yùn)動，以便中礦有更多的機(jī)會與氣泡接觸得到再選。由于礦化氣泡在此上升流中上浮速度恒大于此處水流上升速度，所以大大減少了進(jìn)入循環(huán)區(qū)的無效氣泡，提高了浮選效率；

(3)復(fù)選區(qū)設(shè)計為錐形，上升水流自下而上逐步減小，類似選礦的干擾沉降水力分級機(jī)，可以將一部分難浮的較粗的煤粒滯留其中，使其反復(fù)礦化，改善了浮選柱普遍存在的不易回收粗粒煤的情況；

(4)柱體內(nèi)有初選區(qū)、精選區(qū)、掃選區(qū)及復(fù)選區(qū)，可通過調(diào)節(jié)給礦、排礦及循環(huán)量，改變各分選區(qū)的高度以適應(yīng)不同工況的需要；

(5)由于雙向充氣，增大了中礦與氣泡接觸的機(jī)會，從而可以大大減少中礦循環(huán)量，降低能耗；

(6)組合式氣泡發(fā)生器配置在柱體外部，減少了管路布置，維護(hù)及更換噴嘴方便；改進(jìn)的噴嘴結(jié)構(gòu)既有利于吸氣，又有利于氣泡的分散；

(7)自動化程度高。可根據(jù)泡沫層厚度自動調(diào)節(jié)液位，通過檢測礦漿濃度自動調(diào)節(jié)藥劑（起泡劑、捕收劑）添加量。

5．全泡沫浮選柱

全泡沫浮選柱結(jié)構(gòu)見圖35-3。其特點(diǎn)是：

圖35-3

全泡沫浮選柱

(1)空氣、水、起泡劑一起給入柱體充氣區(qū)中，整個柱體全被氣泡充滿，入料從柱中上部給入到泡沫中，完全利用泡沫富集作用進(jìn)行分選，可獲得很高的精礦品位；

(2)柱體高度僅1m左右。缺點(diǎn)是礦漿停留時間短，礦化不充分。

6．氣浮式浮選柱

新型槽型氣浮式浮選柱屬于微泡型浮選柱，其截面示意圖見圖35-4。浮選柱主體主要是一方形柱。側(cè)面與另一個方形柱連接，柱下端裝有特制的充氣式曝氣裝置（充氣器)。該裝置作為氣泡發(fā)生器，當(dāng)氣體通過該充氣器時，在水混合物中(溶有少量起泡劑)會形成大量乳狀微細(xì)氣泡上浮，并從側(cè)面進(jìn)人主體浮選往，形成穩(wěn)定連續(xù)上升的泡沫層，而經(jīng)浮選藥劑調(diào)節(jié)好的礦漿則從浮選柱的同一側(cè)的上方進(jìn)人1-槽型浮選柱；2-微泡發(fā)生器；3-給礦；4-泡沫產(chǎn)品；5-非泡抹產(chǎn)品

圖35-4

槽型氣浮式浮選柱

浮選柱，在礦漿流與泡沫流對流過程中形成礦化泡沫。然后礦化泡沫在上升和停留過程中實(shí)現(xiàn)二次富集。最后高品位泡沫產(chǎn)品自浮選柱的另一側(cè)溢流至泡沫槽，非泡沫產(chǎn)品從浮選柱的下端排出。

（二）中高型浮選柱

1．靜態(tài)浮選柱

水

流量表

充填料

精礦

葉輪

尾礦

水

流量表

壓力表

流量表

減壓器

泵

壓縮空氣

控制礦漿面

壓力表

圖35-5

靜態(tài)浮選柱

靜態(tài)浮選柱的特點(diǎn)是在柱中充填波紋板，形成眾多孔道。靜態(tài)浮選柱中沒有旋流，當(dāng)空氣通過眾多孔道時被粉碎成氣泡。礦漿由上向下流動，氣泡由下向上浮起，目的礦粒與氣泡碰撞后，黏附在氣泡上，精礦泡沫上浮到頂部溢流排出，尾礦隨著水流到底部排出，如圖35-5。

FXZ靜態(tài)浮選柱包括靜態(tài)浮選柱和與其配套的跌落箱。浮選柱中沒有旋流，礦漿由上向下流動，氣泡由下向上浮起，目的礦粒與氣泡碰撞后，黏附在氣泡上，精礦泡沫上浮到頂部溢流排出，尾礦隨著水流到底部排出。跌落箱中沒有運(yùn)動部件，通過高壓風(fēng)將浮選藥劑以乳滴狀噴入跌落箱，與浮選入料混合，由于重力的作用使礦漿由上向下流動，在流動過程中藥劑和礦粒充分接觸，提高了目的礦物的可浮性，進(jìn)入浮選柱后，可以提高浮選速度和浮選柱的處理量。

該浮選柱主要用于分選小于0.5mm的煤泥，降低煤泥的灰分、硫分，提高精煤的發(fā)熱量，是理想的煤泥處理設(shè)備。該設(shè)備也可分選鐵礦、高嶺土、石墨等各種細(xì)粒礦物。此外，還可以用于污水處理、廢紙脫墨，是環(huán)境保護(hù)的友好設(shè)備。四川大邑縣悅來煤焦有限責(zé)任公司曾使用1米浮選柱，不用噴水的指標(biāo)是：礦漿通過量50~60m3/h，干煤泥處理量5~7t/h，入料灰分為34.63％，入料-325目占60％，其灰分51％，入料濃度116g/L，精煤灰分8.74％，尾煤灰分57.78％，浮選藥劑耗量1.15kg/t干煤泥。從1988年至今正常運(yùn)行，創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。設(shè)備技術(shù)特征見表35-2。

該設(shè)備的特點(diǎn)是：

(1)處理量大，比機(jī)械攪拌浮選機(jī)提高3倍，也可簡化工藝流程；

(2)分選效果好，泡沫品位高，易于控制精煤灰分含量；

(3)無運(yùn)動部件，維修方便，操作簡單，易于控制；

(4)能耗低，是機(jī)械攪拌浮選機(jī)的80%；

(5)投資及運(yùn)行費(fèi)用低，效益顯著。

表35-2

FXZ系列靜態(tài)浮選柱技術(shù)特征

型

號

直

徑（M）

礦漿量（m

3/h）

干煤泥量（t/h）

配套電機(jī)（Kw）

選煤廠（萬噸）

FXZ-1000

1.0

50~60

4~6

FXZ-1000

1.5

70~110

5~8

18~25

FXZ-1000

2.0

110~180

8~10

25~55

FXZ-1000

3.0

250~500

10~15

55~75

30~60

2．微泡浮選柱

微泡浮選柱采用傳統(tǒng)浮選柱的礦化分離模式，突出了浮選的“微泡效應(yīng)”。該浮選柱的“革命性”貢獻(xiàn)在于成泡方式的變革——流體混合成泡(具體實(shí)施方式為加靜態(tài)攪拌葉片)。這使得利用流體混合成泡以及“微泡效應(yīng)”來提高柱分選效率的思路在當(dāng)今的浮選柱設(shè)計中被普遍采用。該設(shè)備關(guān)鍵之處在于采用了新型的微泡發(fā)生器，這種多孔管微泡發(fā)生器是在壓力管道上設(shè)一微孔材質(zhì)的喉管，喉管通過密封的套管同壓縮空氣相連，當(dāng)?shù)V漿快速經(jīng)過喉管時，壓縮空氣經(jīng)過套管從多孔材質(zhì)的喉管的壁進(jìn)人礦漿，形成微泡，并立即被流動的礦漿帶走。微泡浮選柱的高度與直徑比值在10~15之間，由所需的浮選時間而定。煤漿由上部柱高2/3處給入，泡沫層厚度0.6~0.8m，與柱高和直徑無關(guān)。淋洗水加入泡沫中間（可由試驗而定），水量按斷面計算時約20cm3/(cm2.min)。它主要應(yīng)用在煤泥分選方面。直徑2.4m的浮選柱用于處理高灰（60％），細(xì)粒（小于150網(wǎng)目）、低濃度（3％~6％固體）、曾經(jīng)用大直型浮選機(jī)處理但得不到合格指標(biāo)的煤泥水時，一次分選可得出灰分10％、可燃體回收率60％的好指標(biāo)。

TAFC系列雙充氣微泡浮選柱也屬于微泡浮選柱中的一種，主要應(yīng)用于煤炭行業(yè)。其特點(diǎn)是：占用空間小，能耗低，調(diào)整方便，其循環(huán)礦漿充氣系統(tǒng)和渦流強(qiáng)制礦化分散裝置，可最大限度提高精煤產(chǎn)率。設(shè)備技術(shù)參數(shù)見表35-3。

表35-3

TAFC系列雙充氣微泡浮選柱

筒體直徑

3000mm

2000mm

1500mm

柱體高度

7500mm

7000mm

7000mm

入料濃度范圍

50~120g/L

入料粒度

＜0.5mm

礦漿通過量

200~250m3/h

100~150

m3/h

＜100

m3/h

干煤泥量

10~20

t/h

10~150t/h

6~8

t/h

入料充氣組件

1套

氣泡發(fā)生器

12個

6~10個

8~10個

氣泡發(fā)生器工作壓力

0.15~0.20MPa

循環(huán)泵功率

55KW

45KW

37KW

入料泵功率

30KW

22KW

18.5KW

3．Microcel浮選柱

Microcel的浮選過程設(shè)計具有較小氣泡而產(chǎn)生高浮選速率的特點(diǎn)。Microcel浮選過程由粗選、掃選和精選三部分組成。從泡沫和礦漿分界面下面給入的礦漿在浮選柱的精選部分和上升的氣泡呈逆向流動。載荷氣泡進(jìn)入泡沫層，在這里機(jī)械夾帶的礦物質(zhì)被沖洗水沖掉，因此泡沫層被看作是精選階段。進(jìn)入浮選柱底部的部分物質(zhì)成為循環(huán)礦漿，被泵打入氣泡發(fā)生器而發(fā)生微泡。在底流一起流動的氣泡和礦漿流動產(chǎn)生密切的接觸，物料得到進(jìn)一步的回收。氣泡發(fā)生器部分起著掃選的作用。任何在氣泡發(fā)生部分下面的物質(zhì)均排出浮選柱作為尾礦。

Microcel浮選柱采用了靜態(tài)在線混合器作為氣泡發(fā)生器，它被安裝在離心泵壓力較高的一邊，離心泵迫使來自浮選柱底部的礦漿進(jìn)入靜態(tài)混合器。多個較小的葉片以一定的相對位置放于發(fā)生器中，使流體產(chǎn)生空洞，同時使大的氣泡破碎成較小的氣泡，直到成為微泡。這種發(fā)生器在容器容積含量為30%~50%時，懸浮液易于產(chǎn)生極端細(xì)小的氣泡，氣泡直徑在0.1~0.4mm之間。

靜態(tài)在線混合器的使用使得該浮選柱具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)氣泡發(fā)生器不會堵塞，不需要用清水來產(chǎn)生氣泡，降低了清水和能源消耗；

(2)氣泡發(fā)生器安裝在外面，在操作過程中易于維修；

(3)微泡在浮選柱中上升，不產(chǎn)生紊流，加上沖洗水添加，細(xì)粒礦物質(zhì)的機(jī)械夾帶減小到最少；

(4)當(dāng)給料品位有所變動時，泡沫產(chǎn)品能基本保持一致；

(5)浮選柱得到的精礦產(chǎn)品顯示了較好的脫水特性，和常規(guī)浮選相比具有較高的過濾效率和較低的產(chǎn)品水分。

4．KYZ型順流噴射浮選柱

順流型噴射浮選柱利用射流原理引入空氣，其結(jié)構(gòu)簡單經(jīng)濟(jì)，且選別效率高于傳統(tǒng)逆流式浮選柱，礦漿和氣泡同向流動，迫使氣泡克服浮力向下運(yùn)動，為氣泡和礦漿接觸創(chuàng)造理想的條件。由于順流浮選柱相對于逆流型浮選柱具有容易操作、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，國際上紛紛加緊了對其工作原理和選別性能的研究。

國內(nèi)研制的KYZ型向下順流噴射型浮選柱的工作過程為，利用射流原理引人空氣，圓錐形收縮管和喇叭管在空室中間相聯(lián)，當(dāng)高速水流由圓錐形收縮管流向喇叭管時，因水流斷面逐漸縮小，在圓錐形收縮管出口處形成較大流速，致使該處壓強(qiáng)降低至大氣壓以下，在空室中形成負(fù)壓，使空氣從外部進(jìn)入到空室中。在分選槽底部安裝有一個反射假底，其作用是將高速水流所攜帶的空氣粉碎成氣泡，進(jìn)而彌散到整個分選槽，充氣量與浮選柱的結(jié)構(gòu)參數(shù)(包括噴射尖縮管直徑、分選槽直徑)

和運(yùn)行參數(shù)(包括流量及給入點(diǎn)壓力)

有關(guān)。如圖35-6。下導(dǎo)管與反射假底、分選槽的同心程度對于泡沫層的平穩(wěn)性和空氣分散程度影響較大。

該設(shè)備特點(diǎn)為：

(1)產(chǎn)生的氣泡直徑較小，空氣保有量較高。

圖35-6

KYZ型順流噴射式浮選柱

(2)空氣分散比較均勻。

(3)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、無運(yùn)動部件。

5．順流-逆流多段浮選柱

俄羅斯IOTT研究所研制的順流-逆流多段浮選柱，其槽體體積為15~80m3，高4~6m，由于每一柱體具有不同的流體力學(xué)和充氣狀態(tài)，而且可以通過改變柱體截面來調(diào)整流速和停留時間，所以可使不同可浮性顆粒得到回收。此外，這種浮選柱還可以出多產(chǎn)品。

XFZ多柱室逆順流交替流動式浮選柱共有四個柱室，按順序單數(shù)為逆流柱，雙數(shù)為順流柱。柱體的上部和中部設(shè)有兩組填料帶，將柱體分為一、二、三3個區(qū)。在逆流柱中一區(qū)是入料區(qū)，其上面為精選區(qū)，下面為捕集區(qū)，三區(qū)是中礦排出區(qū)；在順流柱中三區(qū)是入料區(qū)，二區(qū)是礦化氣泡分離區(qū)，一區(qū)是中（尾）礦排出區(qū)。每組填料帶由數(shù)層交叉垂直的平行板組成，這樣就形成了上下相互垂直的矩形小流道，而在兩層的界面上構(gòu)成許多小方塊。流體上下運(yùn)動時先在一個方向被切割成小矩形塊，到另一層時又從另一方向被切割，此時各矩形液流重新組合，使氣、液、固三相得以更加充分混合。一、三區(qū)的空間內(nèi)沒有填料，可促使礦漿沿柱體整個截面均勻分布，同時使氣泡有足夠的空間擴(kuò)散到整個截面上。在泡沫層的上方設(shè)置了沖洗水噴灑裝置。

該設(shè)備的氣泡發(fā)生器為金屬與橡膠相結(jié)合的構(gòu)件，浮選所需的充氣量由空壓機(jī)通過管道和氣泡發(fā)生器產(chǎn)生。經(jīng)測定，氣泡的大小和充氣量有很大的關(guān)系：隨充氣量的不斷增加，氣泡發(fā)生器出口處氣體速度增加，得到的氣泡更細(xì)；但充氣量過大時，對礦漿的攪拌強(qiáng)度增加，會影響液面的穩(wěn)定性。

6．FCMC型旋流微泡浮選柱

圖35-7

旋流微泡浮選柱

FCMC型旋流微泡浮選柱是我國研制的適合中國煤泥的浮選柱，包括浮選段、旋流段和氣泡發(fā)生器3個部分，如圖35-7。該設(shè)備已形成系列產(chǎn)品，在煤泥分選方面具有明顯優(yōu)勢。氣泡發(fā)生器是該設(shè)備實(shí)現(xiàn)浮選的關(guān)鍵部件。利用循礦漿加壓噴射、吸入空氣和粉碎氣泡，并通過壓力釋放析出大量微泡，然后沿切線進(jìn)入旋流段。氣泡發(fā)生器在產(chǎn)生合適氣泡的同時，也為旋流段提供旋流力場。旋流段的工作是掃選回收浮選段未分選的精煤顆粒，以提高精煤回收率，增加浮選尾礦灰分。氣泡在柱體內(nèi)上升礦化并不斷受到清洗，清除夾帶的高灰物，上部較厚的泡沫層以及沖洗水的噴淋作用使精礦的品位大大提高，從而使旋流微泡浮選柱具有很高的精煤回收率和選擇性。設(shè)備技術(shù)參數(shù)見表35-4。

表35-4

FCMC型旋流微泡浮選柱主要技術(shù)參數(shù)

型

號

FCMC-1000

FCMC-1500

FCMC-2000

FCMC-3000

柱體直徑

mm

1000

1500

2000

3000

柱體高度

mm

5800

5800

5800

5800

入料粒度

mm

-0.5

-0.5

-0.5

-0.5

處理能力

礦漿

m3/h

20~60

60~100

100~150

150~300

干量

t/h

2~5

5~7

7~10

10~20

微泡發(fā)生器工作壓力

MPa

0.16~0.20

0.16~0.20

0.16~0.20

0.16~0.20

微泡發(fā)生器數(shù)量

個

配套循環(huán)泵功率

kw

45~55

75~90

FCMC型旋流微泡浮選柱的技術(shù)特點(diǎn)在于：

(1)過飽和溶解氣體析出及采用射流方式形成微泡，微泡的形成提高了細(xì)顆粒礦化效率；

(2)利用煤炭的密度與可浮性的聯(lián)系，將浮選與重選方法結(jié)合，形成多重礦化為核心的強(qiáng)化分選回收；用高效礦化方式去處理難浮物料是提高整個礦化效率的關(guān)鍵；

(3)構(gòu)建柱體內(nèi)的“靜態(tài)”分離環(huán)境，實(shí)現(xiàn)微細(xì)物料的高效分離；

(4)形成了有利于提高浮選精礦質(zhì)量的合理分選梯度、厚泡沫層及二次富集作用的強(qiáng)化、噴淋水的進(jìn)一步降灰，精煤質(zhì)量高。

FCMC型旋流微泡浮選柱的性能特點(diǎn)為：

(1)在一個柱體內(nèi)完成粗選、精選和掃選作用；

(2)高灰細(xì)泥對精煤的污染小，精煤質(zhì)量好，回收率高，特別適用于分選灰分高，粒度特細(xì)的難選煤和高硫煤脫硫；

(3)單位容積處理能力大；

(4)節(jié)省廠房體積、節(jié)省基建投資，節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益高；

(5)操作、維修管理方便。

該類型浮選柱主要用于選煤廠的-0.5mm的煤泥浮選，實(shí)踐證明該設(shè)備對超細(xì)粒煤的分選特別有效，對高硫煤脫硫也有較明顯的效果。該設(shè)備也能應(yīng)用于各種金屬和非金屬礦物的浮選和某些污水的處理。投資視生產(chǎn)規(guī)模而定。和常規(guī)機(jī)械攪拌式浮選機(jī)相比，節(jié)省廠房面積1/2，節(jié)省電耗1/3，在相同精煤質(zhì)量時回收率能提高5%以上。

7．新型KФM浮選柱

圖35-8

KФM系列壓氣浮選柱

1-空氣升液裝量；2-中央管；3-環(huán)形泡沫收集槽；4-預(yù)先充氣裝量；5-浮選槽機(jī)殼；6-充氣機(jī)組；7-底部的排料裝量。

烏拉爾選礦研究設(shè)計院新研制的新型KФM浮選柱由噴射充氣器、微泡發(fā)生器、中央浮選管、排料裝置和泡沫收集槽組成。經(jīng)藥劑處理后的礦漿，在100~150kPa的壓力下給入到第一級充氣裝置4中，礦漿在那里被微細(xì)空氣泡飽和，此后礦漿空氣混合物流入由中央管2和浮選槽的擴(kuò)展部分所限制的第一浮選區(qū)。在這一區(qū)域中，被捕收劑膜牢固固著的礦粒發(fā)生浮選。屬于難選的和粗粒的部分未發(fā)生浮選的有價組分往下降落。在產(chǎn)品轉(zhuǎn)移到第二浮選區(qū)域時它的運(yùn)動軌跡發(fā)生改變，這樣就消除了逆流現(xiàn)象，確保礦物顆粒與氣泡在一定的角度下相遇，并因此而可以最充分地實(shí)現(xiàn)浮選。這種浮選柱消除了常規(guī)浮選柱中的礦粒與氣泡對流運(yùn)動現(xiàn)象，如圖35-8。該浮選柱中有2個充氣區(qū)、礦漿內(nèi)的沸騰層區(qū)、2個刮泡區(qū)、2個槽內(nèi)產(chǎn)品排料區(qū)。因此，在同一臺浮選設(shè)備中就可以實(shí)現(xiàn)粗選、精選和掃選作業(yè)。該浮選柱處理能力大，占地面積小，能耗低，浮選礦物粒度范圍廣。

（三）高柱型浮選柱

有代表的高柱型浮選柱主要有以下幾種：

加拿大Boutin浮選柱、Flotair浮選柱、波蘭KFP浮選柱、烏克蘭浮選柱、ФП型浮選柱、Leeds浮選柱、MTU充填介質(zhì)浮選柱、電解浮選柱、磁浮選柱和多層段浮選柱等。改進(jìn)的高柱型浮選柱具有浮選回收率高，選擇性好等優(yōu)點(diǎn)，不足之處主要十單位容積分選效率低，操作維修不便。高柱型浮選柱由于大多數(shù)采用層流流態(tài)下進(jìn)行礦化與分離，因而碰撞礦化效率低，礦漿停留時間長。目前，浮選柱的設(shè)計均由高柱型向矮柱型方向發(fā)展，已由原來的十幾米降至幾米，大型浮選柱的高徑比逐漸減小，即使大型化的浮選柱的高度也基本上都在十米以下。

1．Flotair浮選柱

Flotair浮選柱由美國Deister選礦有限公司于七十年代生產(chǎn)，其直徑為0.2~3.7

m，高度3.5~15

m，為了避免浮選柱下部堵塞，有壓-水混合物從多孔底板通入浮選柱的下部，并在底板上方形成三相流化床以改變粗顆粒的分選，目前已近200臺該類型的浮選柱在世界各地運(yùn)行。

2．電解浮選柱

印度研制的電解浮選柱是在其底部安裝電極，靠電解水產(chǎn)生的微小氫氣、氧氣氣泡碰撞并附著疏水性顆粒，對細(xì)粒的浮選效果較好。

（四）其它新型浮選柱

1．多產(chǎn)品浮選柱

多產(chǎn)品浮選柱的設(shè)計最早由俄羅斯IOTT研究所的Rubinsein提出，后來出現(xiàn)了三產(chǎn)品浮選柱——3PC浮選柱。3PC浮選柱與常規(guī)浮選柱相比，在富集比和浮選速率上有一定的優(yōu)勢，泡沫回落物被選擇性地分離出來后，避免了顆粒的再循環(huán)，不致發(fā)生常規(guī)浮選柱中污染精礦的現(xiàn)象，并且3PC浮選柱中礦漿密度、黏度、滯留固體成份保持恒定，可精確地截取精礦。

2．穩(wěn)流板浮選柱

密西根技術(shù)大學(xué)針對軸向混合和泡沫兼并問題，研制了帶有水平穩(wěn)流板的浮選柱，使問題得到了較好的解決，水平穩(wěn)流板由一些簡單帶孔的板組成。

3．二維浮選柱

美國西弗吉尼亞大學(xué)的Meloy等提出了二維浮選柱，它的柱體內(nèi)部由充填物分成若干個小槽，因此可以產(chǎn)出一組品位連續(xù)變化的產(chǎn)品，類似于搖床。

四、幾種典型的浮選柱

（一）旋流-靜態(tài)微泡柱分選設(shè)備

1.旋流-靜態(tài)微泡浮選柱技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)

旋流-靜態(tài)微泡柱分選的分離方法由中國礦業(yè)大學(xué)提出。該方法的提出打破了最初柱浮選設(shè)備單一的“層流”礦化反應(yīng)模式，在保持柱浮選選擇性優(yōu)勢的同時，引入了“紊流”礦化反應(yīng)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了物料的梯級優(yōu)化分選，將柱浮選、旋流分離、高度紊流礦化有機(jī)地結(jié)合起來，建立了以浮選柱為基本結(jié)構(gòu)形式的微細(xì)物料分離與回收方法，形成了完善的礦化反應(yīng)機(jī)制和分選過程，實(shí)現(xiàn)了由柱浮選到柱分選的方法創(chuàng)新。

A

三相旋流分選與柱浮選的結(jié)合三相旋流分選的特點(diǎn)在于保持柱浮選優(yōu)勢的同時，在柱浮選段下部引入了三相旋流分選體系。它通過切向旋轉(zhuǎn)的徑向逆流碰撞，產(chǎn)生了密度分離與表面浮選的疊加效應(yīng)，柱浮選背景下旋流場結(jié)構(gòu)的設(shè)計，保證了微細(xì)旋流分選作用的發(fā)揮，克服了旋流對柱浮選的干擾，與柱浮選體系有機(jī)地集合成一體，使得柱選中礦得到進(jìn)一步的有效分選。三相旋流分選體系的引入，使得柱分選粒度下限大大降低，礦化速度進(jìn)一步得到提高，其分選粒度下限隨旋流力場離心因數(shù)的增大而降低，礦化速度與旋轉(zhuǎn)角速度平方成正比。

B

柱浮選的靜態(tài)化與混合充填

浮選柱內(nèi)的充填是實(shí)現(xiàn)“靜態(tài)化”的有效手段，混臺充填模式即在柱分離段的精選區(qū)域采用填料充填，分選區(qū)域采用篩板充填，二者之間的入料位置不充填。

精選區(qū)的填料充填改變了浮選柱運(yùn)行狀況與分選效果。填料分散了氣泡和礦漿，改善了浮選柱內(nèi)的流態(tài)和泡沫支撐力，并將壓人的氣體分割成尺寸均勻的細(xì)小氣泡，為浮選提供更好的氣泡分布及兩相接觸面積，實(shí)現(xiàn)了真正的“塞流”浮選，強(qiáng)化二次富集作用。分選段的多段孔板充填使得柱體內(nèi)的流態(tài)成“S”型方式運(yùn)動，遏制底部旋流的流體擾紊動；在分選區(qū)域內(nèi)創(chuàng)造一個既有利于氣泡礦化，又有利于礦化氣泡升浮與分離的精選環(huán)境；有效地克服了充填堵塞以及浮選柱內(nèi)常見的“溝流”、“翻花”等不利現(xiàn)象；充分發(fā)揮了分選區(qū)域的雙重分選作用。

這種混合充填前后平均灰分梯度可由2.6%/m增至6.8%/m，產(chǎn)品質(zhì)量明顯提高。

C

射流成泡與管流礦化

射流成泡是通過高速射流在負(fù)壓條件下引射氣體并把氣體粉碎成氣泡，它的優(yōu)勢在于產(chǎn)生的泡沫細(xì)。通過瞬時采樣分析，氣泡發(fā)生器出口處D=0.50mm的氣泡占到了95%。微泡提供了細(xì)顆粒礦化條件。由于直徑小，微泡周圍多呈層流狀態(tài)，使得微細(xì)物料容易吸附且不易脫落。此外，在同樣充氣量條件下，氣泡尺寸越小，數(shù)量就愈多，單位充氣量的氣泡比表面積就越大，從而直接增加了氣泡與礦粒的附著機(jī)會，提高了浮選回收能力。

循環(huán)管中的高紊流狀態(tài)大大提高了礦化效率，是強(qiáng)化柱分選回收能力，提高柱分選效率的重要手段。形成射流的能量是整個柱分選設(shè)備的能量來源，該能量主要通過由柱體外在的循環(huán)泵源源不斷的輸入。射流能主要消耗于四個方面：

DE射=DE引+DE混+DE過+DE旋

（35-1）

式中，DE引—引射氣體的能量

DE混—?dú)怏w與礦漿混合的能量

DE過—三相流體系在管道內(nèi)高速流動過程中損失的能量

DE旋—產(chǎn)生旋流力場的能量

其中，DE混耗散最大，即管流礦化消耗了大部分能量。與浮選機(jī)相比，旋流微泡浮選柱的一個明顯優(yōu)勢在于它的射流能的大小可以通過改變循環(huán)泵的負(fù)荷得以實(shí)現(xiàn)，從而能保證柱體內(nèi)的能量得到“無限放大”。

D

梯級優(yōu)化分選過程的形成旋流微泡浮選柱實(shí)現(xiàn)了三種礦化方式的梯級組合。柱浮選用于原料預(yù)選，并得到高質(zhì)量精礦；旋流分選用于柱浮選中礦的進(jìn)一步分選，并通過高回收能力得到合格尾礦；管流礦化用于旋流分選的進(jìn)一步分選并形成循環(huán)。該分選礦化過程的特點(diǎn)是，隨著分選過程的進(jìn)行，易浮選的物料會優(yōu)先浮出，物料的可浮性越來越差；與此同時，該過程構(gòu)建了塞流-旋流-管流的礦化分選環(huán)境，流體的紊流度不斷增加并且實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部循環(huán)，這樣提高了顆粒與氣泡碰撞礦化的概率與強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)了可浮性較差物料的分選。

對于整個分選過程而言，循環(huán)分選鏈為：旋流預(yù)選（中礦分離）T氣泡發(fā)生器內(nèi)高度紊流礦化（中礦分選）T旋流掃選（分離把關(guān)）；分選條件依次為：層流T旋流T管流。分選環(huán)境逐步得到加強(qiáng)，礦化效率逐步提高，適應(yīng)了物料性質(zhì)隨著礦化反應(yīng)過程而逐漸變差的趨勢，彌補(bǔ)了最初柱浮選設(shè)備單一礦化條件的不足，即用多重高效礦化方式去處理難浮物料是提高整個礦化效率的關(guān)鍵。

2.旋流-靜態(tài)微泡浮選柱分選的基本原理

圖35-9

旋流-靜態(tài)微泡浮選柱

旋流-靜態(tài)微泡浮選柱屬于逆流式浮選柱，其主體結(jié)構(gòu)包括浮選柱分選段（下稱柱分離段裝置），旋流分離段（或稱旋流分離段）、氣泡發(fā)生與管浮選（或總稱管浮選裝置）三部分，如圖35-9。整個浮選柱為一柱體，柱分離段位于整個柱體上部；旋流分離段采用柱-錐相連的水介質(zhì)旋流器結(jié)構(gòu)，并與柱分離段呈上、下結(jié)構(gòu)的直通連接。從旋流分選角度，柱分離段相當(dāng)于放大了的旋流器溢流管。在柱分離段的頂部，設(shè)置了噴淋水管和泡沫精礦收集糟；給礦點(diǎn)位于柱分離段中上部，最終尾礦由旋流分離段底口排出。氣泡發(fā)生器與浮選管段直接相連成一體，單獨(dú)布置在浮選柱柱體體外；其出流沿切向方向與旋流分離段柱體相連，相當(dāng)于旋流器的切線給料管）。氣泡發(fā)生器上設(shè)導(dǎo)氣管。

管浮選裝置包括氣泡發(fā)生器與浮選管段兩部分。氣泡發(fā)生器是浮選柱的關(guān)鍵部件，它采用類似于射流泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，具有依靠射流負(fù)壓自身引入氣體并把氣體粉碎成氣泡的雙重作用（又稱自吸式微泡發(fā)生器）。在旋流-靜態(tài)微泡浮選柱內(nèi)，氣泡發(fā)生器的工作介質(zhì)為循環(huán)的中礦。經(jīng)過加壓的循環(huán)礦漿進(jìn)入氣泡發(fā)生器，引入氣體并形成含有大量微細(xì)氣泡的氣、固、液三相體系。含有氣泡的三相體系在浮選管段內(nèi)高度紊流礦化，然后仍保持較高能量狀態(tài)沿切向高速進(jìn)入旋流分離段。這樣，管浮選裝置在完成浮選充氣（自吸式微泡發(fā)生器）與高度紊流礦化（浮選管段）功能的同時，又以切向入料的方式在浮選柱底部形成了旋流力場。管浮選裝置為整個浮選柱的各類分選提供了能量來源，并基本上決定了浮選柱的能量狀態(tài)。

當(dāng)大量氣泡沿切向進(jìn)入旋流分離段時，由于離心力和浮力的共同作用，便迅速以旋轉(zhuǎn)方式向旋流分離段中心匯集，進(jìn)入柱分離段并在柱體斷面上得到分散。與此同時，由上部給入的礦漿連同礦物（煤）顆粒呈整體向下塞式流動，與呈整體向上升浮的氣泡發(fā)生逆向運(yùn)行與碰撞。氣泡在上升過程中不斷礦化。與其它浮選柱不同的是，氣泡一進(jìn)入浮選柱即被水流很快分散，減少了沿柱體斷面擴(kuò)散所需的路徑，從而為降低浮選柱高度創(chuàng)造了條件。

旋流分離段不僅加速了氣泡在柱體斷面上的分散，更重要的是對經(jīng)過柱分離段分選的中礦以及循環(huán)中礦具有再選作用。在旋流力場作用下，兩部分中礦按密度發(fā)生分離，低密度物料（包括絕大部分氣泡和礦化氣泡）匯集旋流分離段中部并向上進(jìn)入柱分離段，再次經(jīng)歷柱分離的精選過程。因此，作為表面浮選的補(bǔ)充，旋流分離段強(qiáng)化了分選與回收。對于煤泥的降灰脫硫來說，柱分離段和旋流分離段的聯(lián)合分選具有十分重要的意義，柱分離段的優(yōu)勢在于提高選擇性，保證較高的產(chǎn)品質(zhì)量；而旋流分離段的相對優(yōu)勢在于提高產(chǎn)率，保證較高的產(chǎn)品數(shù)量。

旋流分離段的底流口采用倒錐型套錐結(jié)構(gòu)，把經(jīng)過旋流力場充分作用的底部礦漿機(jī)械地分流成兩部分：少量微細(xì)氣泡以及大量中間密度物料進(jìn)入內(nèi)倒錐，單獨(dú)引出后作為循環(huán)中礦；而大量高密度的粗顆粒物料則由內(nèi)外倒錐之間排出，成為最終尾礦。循環(huán)中礦作為工作介質(zhì)完成充氣并形成旋流力場。倒錐型套錐結(jié)構(gòu)具有以下功能：

(1)減少了高灰物質(zhì)循環(huán)對分選的影響；

(2)中礦循環(huán)恰好使一些中等可浮性的待浮物，在管浮選裝置內(nèi)實(shí)現(xiàn)高度紊動礦化；

(3)減少了循環(huán)系統(tǒng)，特別是關(guān)鍵部件自吸式微泡發(fā)生器的磨損，保證了設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，延長了設(shè)備壽命。因此，倒錐型套錐結(jié)構(gòu)對整個分選作業(yè)具有十分重要意義。

3.旋流-靜態(tài)微泡浮選柱的影響參數(shù)

影響浮選柱的工作參數(shù)很多，如礦物解離度、給礦濃度、速度、充氣量、泡沫層厚度、循環(huán)泵壓力、噴淋水用量及藥劑消耗等。其中一些是操作因素，設(shè)計時主要考慮充氣量、泡沫層厚度和循環(huán)泵壓力等幾個參數(shù)。

充氣量一般被認(rèn)為是達(dá)到浮選柱最佳化控制中最靈活、最敏感的一個因素，對浮選產(chǎn)品的數(shù)、質(zhì)量有直接影響。一般隨充氣量的增加，精礦產(chǎn)率和品位同時增加，但充氣量超過一定值后精礦品位反而下降。循環(huán)泵壓力是影響浮選柱分選指標(biāo)的重要參數(shù)之一。旋流-靜態(tài)微泡浮選柱本身沒有能量，其能量來源主要在于循環(huán)泵能量的不斷輸入，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)柱體內(nèi)部礦漿的連續(xù)有效分選。循環(huán)泵壓力的大小直接影響到柱體內(nèi)部旋流力場的強(qiáng)度以及充氣速率的大小，進(jìn)而關(guān)系到分選效果的好壞。壓力越大，柱體內(nèi)部旋流力場的強(qiáng)度越大，但在不調(diào)整充氣閥門的前提下，充氣速率也相應(yīng)加大，浮選過程中產(chǎn)生的氣泡也就越多，礦物與氣泡接觸的機(jī)會也相應(yīng)增加，但過量的氣泡會使一些不該上浮的物料隨泡沫相排出，導(dǎo)致底流產(chǎn)品回收率和泡沫相品位下降，底流產(chǎn)品品位上升；同時，循環(huán)泵壓力的增大，浮選柱底部循環(huán)泵入料口處較高的向下流速，可能使得向下的礦漿流大于氣泡上浮速度，導(dǎo)致部分中礦和泡沫從浮選柱底部的排料口排出，影響分選指標(biāo)。反之，循環(huán)泵壓力過小，柱體內(nèi)部旋流力場的強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)不了充分分選礦漿的目的，勢必會直接降低分選指標(biāo)。只有在循環(huán)泵壓力適當(dāng)和充氣速率相匹配的情況下，才能獲得較高的分選指標(biāo)。

4.旋流-靜態(tài)微泡浮選床

旋流-靜態(tài)微泡浮選床是在柱分選設(shè)備研究的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的大型微細(xì)粒物料分選設(shè)備，如圖35-10。該設(shè)備利用旋流分選原理，采用以雙旋流結(jié)構(gòu)為主體的旋流分選單元。一個旋流分離單元由一

圖35-10

旋流-靜態(tài)微泡浮選床

個大直徑的旋流分離器與環(huán)繞其周圍的若干個小直徑的分選旋流器組成。分選旋流器的溢流以入料的形式進(jìn)入旋流分離器，底流排出成為最終尾礦；旋流分離器位于柱分離單元的中心，并把柱分離中礦與分選旋流器的溢流進(jìn)一步離心分離成兩部分：溢流供柱分離進(jìn)一步精選，底流以循環(huán)礦漿形式供管浮選裝置進(jìn)一步分選。旋流-靜態(tài)微泡浮選床具有以下特點(diǎn)：設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠，分選選擇性好，效率高，處理能力大，電耗低，系統(tǒng)配置簡單，安裝方便，適應(yīng)能力強(qiáng)。該設(shè)備可應(yīng)用于-0.5mm粒度級煤泥的浮選，特別對-0.25mm細(xì)煤泥選擇性好。

5.旋流-靜態(tài)微泡柱分選設(shè)備的特點(diǎn)及技術(shù)規(guī)格系列

旋流-靜態(tài)微泡柱分選設(shè)備早已形成系列產(chǎn)品，目前國內(nèi)應(yīng)用最為廣泛。柱分選設(shè)備獨(dú)特的循環(huán)中礦加壓噴射自吸氣成泡、針對物料分選過程難易程度而實(shí)施的多樣化的礦化方式的集成以及梯級優(yōu)化分選的實(shí)現(xiàn)，使得該浮選柱（床）具有富集比高、回收率高的顯著優(yōu)勢。其特點(diǎn)是：處理量大，生產(chǎn)流程簡單，分選效果好，對細(xì)粒高灰煤泥分選效果好，可生產(chǎn)低灰精煤，沒有運(yùn)動部件，易于安裝、維護(hù)、操作，易于自動化，電耗低，投資和基建費(fèi)用很低，占地面積小，維修量少，維修費(fèi)低。與常規(guī)技術(shù)相比，該技術(shù)可提高2~3個質(zhì)量檔次，設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性與作業(yè)效率顯著提高，投資與運(yùn)行費(fèi)用可降低1/3。最大單臺設(shè)備能力達(dá)到800~1000?m3/h。通過柱分選技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用，降低了粉煤分選下限，較好地解決了煤泥深度降灰脫硫問題，并在特低灰低硫潔凈煤制備、高灰細(xì)泥粉煤分選方面形成了生產(chǎn)能力。此外，在螢石、白鎢、銅礦、磁鐵礦等礦物浮選方面已成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，還可應(yīng)用于環(huán)境工程的污水處理等行業(yè)。應(yīng)用企業(yè)逾400家，出口越南、印尼。其技術(shù)規(guī)格系列見表35-5。

6.旋流-靜態(tài)微泡浮選柱的應(yīng)用實(shí)例

柿竹園有色金屬公司曾采用旋流-靜態(tài)微泡浮選柱回收白鎢粗選尾礦中的螢石，浮選柱采用一粗三精四段作業(yè)與浮選機(jī)一粗二掃九精二精掃共十四段作業(yè)相比，旋流-靜態(tài)微泡浮選柱僅用四段流程即可獲得合格精礦，使浮選流程大大縮短。在精一中礦不返回的情況下，浮選柱四段分選獲得了螢石精礦品位97.44%，實(shí)際回收率28.99%的作業(yè)指標(biāo)，與浮選機(jī)螢石精礦品位97.92%，實(shí)際回收率28.00%基本相當(dāng)。在精選中礦返回的情況下，浮選柱四段分選作業(yè)取得了螢石精礦品位99.01%，實(shí)際回收率40.11%的優(yōu)異指標(biāo)，使精礦品位與回收率均有大幅度提高。

表35-5

旋流-靜態(tài)微泡柱分選設(shè)備技術(shù)規(guī)格系列

類

型

與

規(guī)

格

性

能

特

點(diǎn)

單機(jī)配套廠型（選煤廠）萬噸/年

系

列

設(shè)

備

規(guī)

格

礦漿量，m3/h

泵功率，kw

浮

選

柱

FCSMC-1500

50~60

<8

FCSMC-2000

100~120

FCSMC-3000

200~250

浮

選

床

FCSMC-3000′6000

400~500

FCSMC-6000′6000

800~1000

110′2

120

不定規(guī)格浮選床

…

…

…

（二）Jameson浮選柱

Jameson浮選柱是目前國內(nèi)外推崇的新型短體浮選柱，從氣泡和礦漿運(yùn)動的方向上看，可歸為順流式浮選柱中。該浮選柱提出了高效礦化與降低浮選柱高度的問題，不僅給浮選柱技術(shù)發(fā)展注入了新的活力，而且為浮選柱的技術(shù)發(fā)展指明了方向。隨著Jameson浮選柱結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)，其在我國的應(yīng)用也得到了進(jìn)一步發(fā)展。

1．Jameson浮選柱的結(jié)構(gòu)及原理

圖35-11

Jameson浮選柱

Jameson浮選柱結(jié)構(gòu)如圖35-11所示。其工作原理是將調(diào)好藥劑的礦漿用泵經(jīng)入料管打入下導(dǎo)管的混合頭內(nèi)，通過噴嘴形成噴射流而產(chǎn)生一負(fù)壓區(qū)，從而吸入空氣產(chǎn)生氣泡，礦粒在下導(dǎo)管與氣泡碰撞礦化，下行流從導(dǎo)管底口排入分離柱內(nèi)，礦化氣泡上升到柱體上部的泡沫層，經(jīng)沖洗水精選后流入精礦溜槽，尾礦則經(jīng)柱體底部錐口排出。

充氣攪混裝置是Jameson浮選柱的關(guān)鍵部件。它采用了射流泵原理，在把礦漿壓能由噴嘴轉(zhuǎn)換成動能的同時，在密封套管內(nèi)形成負(fù)壓，并由空氣導(dǎo)管吸入空氣。經(jīng)密封套管，射流卷裹氣體進(jìn)入混合套管，在高度紊動流體作用下，氣體被分割成氣泡并不斷與礦粒碰撞粘附，得到礦化。分散器相當(dāng)于靜態(tài)葉輪，將垂直向下的礦漿沿徑向均勻分散。

2．Jameson浮選柱的優(yōu)缺點(diǎn)

該設(shè)備具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)礦粒與氣泡的碰撞礦化發(fā)生在下導(dǎo)管內(nèi)，柱體只起使礦化氣泡與尾礦分離作用，實(shí)現(xiàn)了礦化與分離的分體浮選策略；

(2)浮選柱高度低，由于氣泡礦化過程不發(fā)生在柱體內(nèi)，省去了常規(guī)浮選柱中的捕集區(qū)高度(約占總高度的80％)。工業(yè)用的Jameson浮選柱高度僅2m；

(3)礦粒在下導(dǎo)管內(nèi)滯留時間短，連同柱體內(nèi)總停留時間為lmin，因而浮選效率高；

(4)下導(dǎo)管內(nèi)礦漿含氣率高達(dá)40％~60％，而普通浮選柱氣溶率為4％~16％；

(5)礦漿通過混合頭的噴嘴以射流狀進(jìn)入下導(dǎo)管，從而形成負(fù)壓將空氣吸入，省去了正壓充氣設(shè)備。全機(jī)唯一動力設(shè)備是一臺給料泵，節(jié)省了生產(chǎn)投資和電耗。

該柱缺點(diǎn)是：

(1)礦漿停留時間短，對可浮物較多的物料(如煤)，往往需要設(shè)置多段掃選；

(2)下導(dǎo)管內(nèi)不易充滿，給礦波動時，分選過程不穩(wěn)定；

(3)對氣體的劈分成泡過程不完善，在下導(dǎo)管內(nèi)易產(chǎn)生“氣團(tuán)”，在柱體內(nèi)易形成“氣彈”。影響分選效果。

（三）CPT浮選柱

目前，加拿大CPT公司生產(chǎn)的浮選柱在我國選礦行業(yè)應(yīng)用較為廣泛。CPT公司的前身是著名的加拿大柯明柯工程服務(wù)公司(CESL)的浮選柱分公司，1999年年初浮選柱分公司獨(dú)立，并更名為Canadian

Process

Technologies

Inc，簡稱CPT公司。CPT浮選柱技術(shù)處于國際領(lǐng)先地位，到目前為止銷售的浮選柱總量超過300臺及上千套氣體分散系統(tǒng)，產(chǎn)品分布在加拿大、美國、智利、秘魯、墨西哥、巴西、澳大利亞、菲律賓、印尼、南非、贊比亞等27個國家。

2002年8月，德興銅礦大山選礦廠安裝了一臺Φ2.44×10m的CPT浮選柱，用于其“后三萬”第二段浮選的精Ⅱ作業(yè)。浮選柱泡沫產(chǎn)品品位比機(jī)械浮選槽泡沫產(chǎn)品品位高3~4個百分點(diǎn)，而此時銅及其他伴生元素的回收率沒有下降。浮選柱泡沫產(chǎn)品品位還有進(jìn)一步提高的可能性。CPT浮選柱除用于礦物處理之外，在含油污水的油水分離、銅溶劑萃取-電解法(SX-EW)中的有機(jī)相回收、廢紙再生中的油墨脫除作業(yè)中也有所使用。

1．CPT浮選柱的工作原理

CPT浮選柱屬于逆流浮選設(shè)備，如圖35-12。其工作過程為：經(jīng)浮選藥劑處理后的礦漿，從距柱頂部以下約1~2m處給入，在柱底部附近安裝有可從柱體外部拆裝檢修的SlamJet氣體分散器。氣體分散器產(chǎn)生的微泡，在浮力作用下自由上升，而礦漿中的礦物顆粒在重力作用下自由下降，上升的氣泡與下降的礦粒在捕收區(qū)接觸碰撞，疏水性礦粒則被捕獲，附著在氣泡上，從而使氣泡礦化。負(fù)載有用礦物顆粒的礦化氣泡繼續(xù)浮升而進(jìn)入精選區(qū)，并在柱體頂部聚集形成厚度可達(dá)lm的礦化泡沫層，泡沫層被沖洗水流清洗，使被夾帶而進(jìn)入泡沫層的脈石顆粒從泡沫層中脫落，從而獲得更高品位的精礦。尾礦圖35-12

CPT浮選柱

礦漿從柱底部排出，整個浮選柱保持在“正偏流”條件下進(jìn)行操作。

2．SlamJet氣體分散系統(tǒng)

SlamJet氣體分散系統(tǒng)是CPT浮選柱的核心部件，用于將細(xì)小氣泡注入浮選柱，其所需空氣通過一組環(huán)繞浮選柱槽體的支管提供，分散系統(tǒng)共有8根簡單、堅固的氣體噴射管，這8根噴射管均勻地分布在浮選柱底部附近的同一截面上。每根管子配有一個獨(dú)立的氣動自動流量控制及自動關(guān)閉裝置，該裝置可保證噴射管在未加壓或發(fā)生意想不到的壓力損失時能保持關(guān)閉和密封狀態(tài)，防止礦漿流入，確保氣體分散系統(tǒng)不因堵塞而影響其正常運(yùn)行。噴射管噴嘴有多種不同的型號可供使用，通過調(diào)整噴射管開啟個數(shù)及噴射管噴嘴的大小，可調(diào)整浮選柱的供氣壓力、流量，確保柱內(nèi)空氣充分彌散。氣體分散系統(tǒng)部件設(shè)計得比較合理，使獨(dú)立的SlamJet即使在浮選柱運(yùn)行的情況下都易于插入和抽出，檢查、維修方便。

3．CPT浮選柱的工藝參數(shù)

(1)空氣流速率——被浮起的物料量對由分散器引入的空氣的流速率是很敏感的，浮起單位固體顆粒量所需的空氣量取決于顆粒的大小和氣泡的大小，氣泡的大小受供氣壓力的影響。空氣流速率太小，泡沫區(qū)易發(fā)生聚集而形成死區(qū)，影響精礦品位；空氣流速率太大，會造成浮選柱“溢泡”，影響回收率。

(2)沖洗水偏流——沖洗水量太大會使泡沫破裂，把粗顆粒礦石沖回底流，影響浮選柱回收率的提高。沖洗水量太小，精礦泡沫會帶走礦漿中的水分，造成負(fù)偏流，影響精礦品位。因此，添加適量的沖洗水能減少精礦中脈石礦物的夾帶，有利于提高精礦品位。

(3)界面高度——浮選柱泡沫層厚度的變化對浮選柱的選別指標(biāo)影響較大，一般需保持有較厚的泡沫層(500~1200mm)，適當(dāng)厚度的泡沫層有利于泡沫的穩(wěn)定和精礦品位的提高，但過厚泡沫層會造成“回落”的有用礦物增加，從而影響被浮選礦物的回收率。

(4)沖洗水分配器高度——浮選柱采用泡沫浸沒式?jīng)_洗水分配系統(tǒng)，沖洗水分配管的位置會影響泡沫的特性。如果分配器正好位于泡沫的表面，它可能會妨礙泡沫至溜槽的輸送；當(dāng)分配器位于泡沫上方時，泡沫的密度將會由于通往浮選柱溢流的水短路而降低。因此，這些管子應(yīng)設(shè)在泡沫層深處，以提高清洗效率。

4．CPT浮選柱的自動控制

(1)浮選柱的界面高度控制回路——浮選柱的界面高度(即泡沫與礦漿的界面位置)通過球形浮子和超聲波探測器進(jìn)行測定。該界面高度由PID控制器調(diào)節(jié)浮選柱底流管路上的自控管夾閥來實(shí)現(xiàn)。

(2)分散器空氣流量控制回路——控制分散器的空氣流量是保持浮選柱良好運(yùn)行的最重要的參數(shù)。空氣流量通過流量計進(jìn)行測定，并通過球形閥自動控制。

(3)沖洗水流量控制回路——沖洗水的流量通過流量計進(jìn)行測定，通過流量控制閥可以手動或自動控制。

五、浮選柱主要技術(shù)參數(shù)計算

浮選柱在工業(yè)應(yīng)用過程中，涉及的技術(shù)參數(shù)很多。由于浮選柱種類多樣，很多研究者從不同角度對其浮選動力學(xué)進(jìn)行了研究，其得出的數(shù)學(xué)表達(dá)式也很多。現(xiàn)主要以旋流-靜態(tài)微泡浮選柱為主，給出浮選柱主要技術(shù)參數(shù)計算的表達(dá)式。

（一）浮選礦漿體積的計算

Q={K1

W（R+1/ρ）}/60

（35-2）

式中，Q

——給料流量，m3/min；

W

——設(shè)計作業(yè)處理量（包括返回礦量），t/h；

R

——作業(yè)礦漿的液體與固體重量之比；

r

——礦石的密度，t/m3；

K1

——處理量不均衡系數(shù)。當(dāng)浮選柱前為球磨機(jī)時，K1

=1.0；當(dāng)浮選柱前為濕式自磨機(jī)時，K1

=1.3。

（二）浮選時間的確定

浮選時間的長短對浮選柱容積的大小和浮選指標(biāo)的好壞影響很大，必須慎重選取。通常根據(jù)試驗結(jié)果并參照類似礦石選礦廠生產(chǎn)實(shí)例確定浮選時間。一般可按照柱體容積和處理量粗略計算浮選時間。

t=

(KV)/

Q

（35-3）

式中，t

——浮選時間，min；

K

——浮選柱容積系數(shù)，一般在0.65~0.85之間；

V

——柱體幾何容積，m3；

Q

——給料流量，m3/min。

（三）粒度分選下限

旋流-靜態(tài)微泡浮選柱的粒度下限與力場強(qiáng)度密切相關(guān)，隨著力場強(qiáng)度的增加，浮選的粒度下限迅速單調(diào)下降；當(dāng)力場強(qiáng)度為重力場強(qiáng)的50倍時，浮選粒度下限達(dá)到1微米。

浮選分選下限公式為：

dk=3{（3uKm）/（2

Dr

db）}0.5

（35-4）

式中，dk——固體顆粒的粒度，m；

uK——運(yùn)動粘度速度，m——水的粘度，Dr——礦物與水的密度差，kg/m3；

a——力場強(qiáng)度，即離心加速度與重力加速度的比值，無量綱；

db

——?dú)馀葜睆剑琺。

（四）顆粒與氣泡碰撞的相對速度

旋流-靜態(tài)微泡浮選柱中的離心力場為浮選的碰撞與礦化提供了一種新的方式。除此之外，顆粒與氣泡的碰撞也處于較高的能量狀態(tài)。

相對速度為：

ukq=v2g（Drdk2+2db2）/18

u

（35-5）

式中，v——礦粒與流體的旋轉(zhuǎn)角速度；

g——礦粒與流體的旋轉(zhuǎn)半徑。

Dr——礦物與水的密度差，kg/m3；

dk——固體顆粒的粒度，m；

db

——?dú)馀葜睆剑琺。

（五）柱體直徑和高度的關(guān)系

D={[

K1

W

(R+1/r)t]/[15πH(1-K0)]}1/2

（35-6）

式中，D

——浮選柱直徑，m；

H

——浮選柱高度，m；

K0

——浮選柱充氣率，粗選取K0=0.25~0.35，掃選取K0=0.2~0.25，精選取K0=0.35~0.45，泡沫層厚時取大值，反之取小值；

K1

——不均衡系數(shù)，浮選柱之前為球磨機(jī)磨礦時，取K1=1.0，浮選柱之前為自磨機(jī)時，取K1=1.3；

W

——設(shè)計作業(yè)處理量（包括返回礦量），t/h；

R

——作業(yè)礦漿的液體與固體重量之比；

r

——礦石的密度，t/m3；

t

——浮選時間，min。

（六）柱體高度的確定

在旋流-靜態(tài)微泡浮選柱內(nèi)，柱分離段包括兩部分：精選區(qū)域與分選區(qū)域。因此，柱分離段的長度為：

H

=

Hj

+

Hf

（35-7）

Hj=1.2–1.5

（35-8）

Hf=（Afz

–Ay）/bz

（35-9）

式中，H——柱分離段長度，m；

Hj——精選區(qū)域長度，m；

Hf——分選區(qū)域長度，m；

Afz——柱分離中礦品位，%；

Ay

——浮選柱入料品位，%；

bz——柱分離段沿柱高的平均分選梯度，%/m。

（七）浮選柱固體處理能力的確定

浮選柱的泡沫承載與輸送能力實(shí)際上是一個與浮選柱的礦化條件與充氣性能有關(guān)的一個浮選柱性能指標(biāo)。對于旋流-靜態(tài)微泡浮選柱系列設(shè)備來講，一般通過實(shí)驗室或半工業(yè)浮選實(shí)驗測得C值，然后作為判據(jù)來計算工業(yè)浮選柱的處理能力。

對于實(shí)驗室或連續(xù)實(shí)驗系統(tǒng)：

C

=

4Mf1Y1/pDc12

（35-10）

對于工業(yè)浮選柱：

C

=

4Mf2Y2/pDc22

（35-11）

Mf2

=（Y1/Y2）.（Dc2/

Dc1）2.Mf1

（35-12）

式中，C

——旋流-靜態(tài)微泡浮選柱系列設(shè)備的泡沫承載與輸送能力；

Mf1、Mf2——實(shí)驗室浮選柱、工業(yè)浮選柱的給料速率；

Y1、Y2

——實(shí)驗室浮選柱、工業(yè)浮選柱的浮選精礦產(chǎn)率；

Dc1、Dc2——實(shí)驗室浮選柱、工業(yè)浮選柱的直徑。

六、浮選柱的選型

（一）選型原則

浮選柱的類型、規(guī)格的選擇和確定與礦石性質(zhì)（密度、粒度、可浮性、含泥量等）、設(shè)備性能、產(chǎn)品要求、生產(chǎn)規(guī)模、流程結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)，選擇時應(yīng)綜合考慮。一般來說，浮選柱的選型應(yīng)遵循以下原則：

(1)目前，國內(nèi)浮選柱主要應(yīng)用在-0.5mm煤泥的分選方面，在金屬礦物、非金屬礦物、有色金屬及黑色金屬分選方面，旋流-靜態(tài)微泡浮選柱具有明顯的優(yōu)勢，對礦石的適應(yīng)能力較強(qiáng)。

(2)選型時應(yīng)同時兼顧設(shè)備礦漿及干礦通過量，合理地選擇浮選柱的規(guī)格。

(3)浮選柱的規(guī)格必須與選廠的規(guī)模相適應(yīng)。

(4)為充分發(fā)揮浮選柱的優(yōu)越性，應(yīng)盡量減少浮選系列，采用大型柱分選設(shè)備。

(5)入料粒度要滿足設(shè)備要求。

(6)注意設(shè)備制造質(zhì)量、易磨損件的壽命及備品、備件供應(yīng)情況。

（二）選型計算

現(xiàn)以旋流-靜態(tài)微泡柱分選設(shè)備的選型為依據(jù)，選型時一般可按照柱體單位面積礦漿處理量進(jìn)行計算，具體計算公式如下：

n=（60

Q）/（p

D2

Q1）

（35-13）

式中，n1

——所需浮選柱臺數(shù)；

Q

——給料流量，m3/min；

Q1

——單臺柱體單位面積礦漿處理量，m3/h.m2；

D——浮選柱的直徑。

為了確保選型的準(zhǔn)確性，在進(jìn)行設(shè)備選型時，建議按照柱體單位面積干礦處理量進(jìn)行較核，具體較核計算公式如下：

n=（60W）/（p

D2

Q2）

（35-14）

式中，n2

——所需浮選柱臺數(shù)；

W

——設(shè)計作業(yè)處理量（包括返回礦量），t/h；

Q2

——單臺柱體單位面積干礦處理量，m3/h.m2；

D——浮選柱的直徑。

旋流-靜態(tài)微泡柱分選設(shè)備的處理能力見表35-6。配套電機(jī)功率可從表35-5中選取。

表35-6

旋流-靜態(tài)微泡柱分選設(shè)備的處理能力

設(shè)備名稱

斷面積m2

干礦處理量t/h

按干礦計（t/h·m2）

礦漿處理量m3/h

按礦漿計（m3/h·m2）

FCSMC-2000

6-12

2-4

100-120

33.3-40.0

FCSMC-3000

12-20

1.7-2.8

180-240

25.7-34.3

FCSMC-3000×6000

25-40

1.4-2.2

350-450

19.4-25

七、浮選柱應(yīng)用實(shí)例

表35-7

浮選柱應(yīng)用實(shí)例

廠礦名稱

弓長嶺礦業(yè)公司

選礦廠磁鐵礦陽離子反浮選

柿竹園有色金屬公司

白鎢粗選尾礦螢石的回收

柿竹園有色

金屬公司白鎢粗選

工藝流程

給礦

浮選柱

浮選柱

浮選柱

磁選機(jī)

精礦

尾礦

鎢尾

高梯度磁選機(jī)

濃泥斗

浮選柱

精礦

尾礦

浮選柱

浮選柱

浮選柱

磁性產(chǎn)品

溢流

給礦

浮選柱

粗選

浮選柱

精選

尾礦

精礦

操作參數(shù)

浮選柱作業(yè)

粗選

一掃

二掃

粗選

精一

精二

精三

粗選

精選

浮選柱規(guī)格，m

FCSMCΦ3.6×8

FCSMCΦ3.0×7

FCSMCΦ2.6×7

FCSMCΦ1.6×8

FCSMCΦ1.6×8

FCSMCΦ1.2×7

FCSMC

Φ1.2×7

FCSMCΦ3.6×9

FCSMCΦ3.2×8

斷面積，m2

10.17

7.07

5.31

2.01

2.01

1.13

1.13

10.17

8.04

幾何容積，m3

8.4

8.4

有效容積，m3

充氣型式

自吸式

自吸式

自吸式

工藝條件

處理量，t/h

6.3

3.6

2.4

2.5

磨礦細(xì)度-0.074mm，%

88~91

72~75

85~88

浮選時間，min

作業(yè)濃度，%

40~43

28~35

20~30

32~36

26~28

18~20

16~20

32~38

24~28

礦漿流量m3/h

143

130

浮選指標(biāo)

原礦品位，%

63.00

17.82

0.47

精礦品位，%

69.30

98.08

19.80

尾礦品位，%

20.00

4.05

0.09

精礦回收率，%

95.94

40.89

81.22

精礦產(chǎn)率，%

87.77

7.43

1.93

裝機(jī)功率，kw

132

185