浮选         (flotation)

发展简史

理论基础

浮选工艺

浮选流程

浮选药剂

特殊浮选方法

浮选机

发展趋势

利用不同矿物的颗粒表面物理化学性质的差异，从水的悬浮体(矿浆)中浮出某种或某些矿物的选矿方法。现代所说的浮选是指泡沫浮选，其特点是利用泡沫携带矿粒上浮。这是一种应用最广的选矿方法，原则上能分选各种矿物；所处理的物料粒度范围也较宽，可从2～3mm直至10μm以下，浮选粒度的下限比任何其他分选方法都低。全世界每年经浮选处理的各种矿石约20亿t。几乎所有的有色金属矿石都采用浮选处理；铁金属矿石和非金属矿物原料，也广泛采用浮选法进行分选。浮选过程包括：(1)将矿石磨细，使有用矿物与其他矿物解离；(2)调整矿浆浓度，使之适于浮选要求；(3)向矿浆加入浮选药剂；(4)在浮选机中进行充气、搅拌，使气泡矿化，并使矿化泡沫分离。自然界存在的天然疏水性矿物较少，浮选时一般要用特定浮选药剂调节不同矿物的疏水性或亲水性，以提高分选效果。经药物作用后，疏水性矿粒粘附于气泡，浮至矿浆表面呈泡沫排出，通常为精矿；亲水性矿粒则留在矿浆中，作为尾矿。有时欲选矿物呈亲水性而留在矿浆中，脉石矿物具疏水性，呈泡沫作为尾矿排出。这种从矿浆中浮出尾矿的浮选作业称为反浮选。

发展简史         在古代的金、银淘洗中，即利用了矿物的天然疏水性和亲水性，用鹅毛蘸油粘捕细粒金、银，称为鹅毛刮金。此为浮选的雏形。中国明代崇祯十年(1637年)宋应星所著《天工开物》中，在描述回收废金箔饰物时，有“刮削火化，其金仍藏灰内。滴清油数点，伴落聚底，淘洗入炉，毫厘无恙。”和“回收朱砂时，轧碎如微尘。然后入缸，注清水澄浸。过三日夜，跌取其上浮者，倾入别缸，名日二朱。”的记载。这近似于后来的全油浮选和表层浮选。到了19世纪，由于生产发展需要大量矿物原料，能用重选方法处理的粗粒矿物资源逐渐减少，要从细粒嵌布的贫矿和重选废弃尾矿中选出有用矿物，于是出现了浮选法。浮选的发展经历了全油浮选、表层浮选和泡沫浮选三个阶段。全油浮选是利用矿物和脉石的亲油性和亲水性的差别，使两者分离的方法。1860年，英国海恩斯(W．Haynes)发现，磨碎的硫化矿石与适量的油混合后，硫化矿物颗粒与油滴形成聚合体，可用水流将脉石颗粒分出。该方法曾用于生产锌精矿，但由于效率低，油耗量大，逐渐被淘汰。表层浮选是根据矿物润湿性的不同进行分离的方法。1885年，美国布拉德福(H．Bradford)发现，将矿粒洒于水面上，疏水性的硫化矿粒漂浮于水面，亲水性的脉石矿物则沉没水中，可将两者分离。该方法也曾用于生产锌精矿，由于效率不高，也被淘汰。1906年，英国苏尔曼(H．L.Sulman)，皮卡德(H．F．Picard)和巴洛特(J．Ballot)使用搅拌方式进行矿浆充气分选铅锌矿，产生了现代泡沫浮选法。但当时的浮选是将方铅矿和闪锌矿同时回收，后续的冶炼很难将铅锌分开。后来，于1912年和1922年，先后发现重铬酸钠能抑制方铅矿和氰化物能抑制闪锌矿和黄铁矿；1925年和1926年，又先后发明了硫化矿物的捕收剂一黄药和黑药。这些浮选药剂的发现产生了能分离方铅矿和闪锌矿的优先浮选法，促进了泡沫浮选的发展。泡沫浮选法的出现，使以前用重选方法不能处理的细粒和共生矿得以利用。1930年至1960年间，泡沫浮选扩展应用于处理金属氧化矿石和非金属矿石，成为金属矿和工业矿物加工的重要方法。除黄药和黑药外，脂肪酸类摘收剂得到广泛应用，阳离子捕收剂也用于生产；出现了多种抑制剂、活化剂、分散剂和pH调整剂。浮选工艺、浮选设备和浮选过程自动控制技术也得到不断改进和完善。

早期的浮选理论研究主要集中在硫化矿物浮选的表面化学和浮选药剂的界面吸附方面。到20世纪30年代，对浮选药剂的吸附机理和矿物表面的润湿现象已有相当深的认识。1927年，美国的高登(A．M．Gaudin)提出，捕收剂与矿物作用的原理是捕收剂的吸附。1930年，美国的塔格特(A．F．TagGARt)提出了捕收剂的化学反应假说。1934年，澳大利亚的沃克(I．W．Wark)等给出了表示浮选捕收剂浓度和矿浆pH值关系的临界pH曲线。40到50年代对矿粒与气泡相互作用的物理理论研究取得较大进展，通过高速摄影，证实了矿粒与气泡碰撞的重要作用，并计算出浮选中矿粒与气泡的接触时间。60年代又提出水化膜破裂是影响浮选过程的一个重要因素。这些研究成果集中体现在1933年列宾捷尔(Ⅱ．A．PebHHⅡep)的《浮选过程的物理化学》、1953年克拉辛(B．и．KnacceH)和莫克洛乌索夫(B．A．MoKpOycoB)的《浮选导论》、1955年萨瑟兰(K．L.Sutherland)和沃克的《浮选原理》以及1957年高登的《浮选》等著作中。

从海恩斯1860年取得全油浮选专利权到20世纪初泡沫浮选在澳大利亚开始工业应用以来，浮选无论在应用上还是在理论上都取得了巨大进展。

在应用方面：(1)实现大型化。由于原矿品位下降、市场需求增加，以及为了进一步降低成本、能耗和便于控制，浮选厂的处理量明显增大，最大处理量已达10万t／d。与此相适应，浮选机的规格也日益大型化，最大槽容积已达85m3 。(2)开发应用新技术。为适应和促进生产的发展，浮选新技术不断得到开发和应用，如选择性絮凝浮选用于回收微细粒赤铁矿；泡沫分离浮选和闪速浮选改善了粗粒矿物的浮选效果；浮选柱的应用；分支串流浮选流程在中国应用取得成效；许多新浮选药剂得到应用；化学选矿应用范围不断扩大，其中包括一段离析 - 浮选法在中国用于处理难选氧化铜矿。计算机的应用更促进了数学模型以及磨矿和浮选回路过程自动控制的发展，现代化的选矿厂已较多地采用数学模型和计算机控制。浮选正面临着原矿品位日益下降，入选矿物的嵌布粒度越来越细，矿物组成更为复杂，生产成本不断提高和环境保护要求日趋严格的困难局面。

在理论方面：浮选技术主要是通过试验得到不断改进和提高，而对浮选理论的研究却可以加深对浮选基本原理的理解，促进浮选技术进一步发展。通过对浮选体系表面化学等的研究，人们对主要矿物类型的浮选理论已有较清楚的认识，如对氧化矿物和硅酸盐矿物浮选机理的认识，对电化学在硫化矿浮选中所起的独特作用的认识，以及对溶液化学在微溶性盐类矿物浮选中的作用的理解等。在许多难选矿物的浮选研究中，已开始采用科学找药方法来制定捕收剂体系。浮选要取得更大发展，需要对浮选理论有更深入的了解，60年代以后，通过运用表面化学、胶体化学、物理化学以及数学模型和电脑模拟等原理进行的研究，在浮选理论方面取得很大进展，这些进展集中反映在《泡沫浮选50周年论文集》(1962年)、《浮选——纪念A．M．高登文集》(1976年)、《细粒选矿》(1980年)以及《泡沫浮选表面化学》(1982年)等著作中。

理论基础        用浮选方法分离固体是以气、固、液的三相接触为基础的，因此，矿物表面的物理和化学特性及液相组成对浮选有很大影响。除少数情况外，无机固体均被水相完全润湿，所以浮选的第一步，就是设法以固一气界面部分地取代固一液界面，这要通过向液相中添加适当的浮选药剂来实现。矿物可浮性好坏的最直观标志就是它被水润湿的程度。矿物的表面性质和内部性质均受其结晶键能的影响，而键能则与其晶格结构有关。固体和其外部介质的相互作用主要取决于新生固体表面断裂键的类型。由范德华键断裂形成的表面往往是疏水的；由共价键或离子键断裂形成的表面则是亲水的。理想矿物的结晶构造及键能分布比较有规律，而实际矿物则有晶格缺陷及类质同象现象存在。矿物的氧化与溶解也影响其可浮性。

矿物在水中受水和溶质的作用，其表面会发生吸附或电离，在矿 - 液界面生成双电层(见矿物界面双电层)。矿物表面的电性则直接影响浮选药剂在矿物一水界面的吸附。吸附是浮选中不同相界面上经常发生的现象。许多浮选药剂都能在矿物表面吸附，使矿物表面性质改变，可浮性得到调节。矿物还能吸附矿浆中的其他分子、离子。由于矿物表面性质不均匀和矿浆中的溶解物质比较复杂，矿物表面的吸附有多种类型，但就吸附本质而言，则只有物理吸附和化学吸附两种。起泡剂吸附在液一气界面上，能降低界面自由能、防止气泡兼并、形成稳定的矿化泡沫层。

根据热力学原理，可以预知浮选过程中某些变化是否发生，但难以预知变化的速度。由于在浮选机中，是以动力学条件的影响为主，不可能从热力学角度预知浮选指标；但热力学可以预测各种可变参数(如温度、pH值、捕收剂浓度)的变化对浮选的影响。浮选动力学主要是研究浮选速度的规律并分析各种影响因素，以改进浮选工艺、浮选机设计以及对浮选回路采用最佳化控制等。

浮选工艺       包括入选矿石的破碎、磨矿、配制矿浆(配药、调浆)、充气、搅拌，分选后进行选矿产品脱水。影响浮选工艺过程的因素很多，这些因素分别属于可调节因素和不可调节因素。可调节因素主要有：磨矿细度、浮选矿浆浓度、矿浆酸碱度、浮选药剂制度、矿浆的充气和搅拌、浮选流程和浮选时间等。不可调节的因素主要有：矿石结构和构造、矿石的矿物组成、矿石的氧化程度和各种矿物的嵌布粒度等。此外，浮选水质和浮选矿浆温度对分选工艺也有一定影响。矿石的矿物组成和性质对浮选结果的影响是最基本的。即使在同一矿床中，不同地段矿石的矿物组成和性质也可能不同，因此应将不同地段产出的矿石按一定比例配合并充分进行矿石混匀，以保持矿物组成和性质的稳定，必要时甚至需分别浮选。在浮选前，矿石通过破碎和磨矿使目的矿物达到基本单体解离，并使其粒度符合浮选要求。矿石经破碎和磨矿后，加水配制成矿浆。矿浆浓度与矿石性质和浮选条件有关，一般为20％～40％。浮选前向矿浆中添加浮选药剂进行调浆，添加地点与其用途及溶解度有关。pH调整剂和抑制剂常在磨矿时加入球磨机；活化剂给入搅拌槽；捕收剂和起泡剂加到搅拌槽和浮选机内。加药顺序通常依次为pH调整剂、抑制剂、捕收剂、起泡剂；被抑制矿物再浮选时，先加活化剂，后加捕收剂和起泡剂。由于矿物表面性质的不均匀性和浮选药剂的协同效应，混合用药往往能取得较好效果。浮选法的分选通常在常温下进行。但采用脂肪酸类捕收剂时，提高矿浆温度往往能改进浮选指标，还能改进某些硫化矿物的分选效果。浮选用水不能含大量悬浮物和溶解物。采用脂肪酸类捕收剂时，应避免用硬水。利用回水可减少污染、降低水耗，但由于回水中含有浮选药剂，使用时需对用药制度进行调整。精矿经浓缩、过滤，有时还需经干燥后才能出厂。尾矿送尾矿库堆存。

浮选流程      浮选时矿浆流经各工序的全过程。浮选的原则流程只规定磨矿和浮选的段数、浮选回路以及各矿物浮选的顺序。磨矿和浮选的段数有一段、两段和多段之分。浮选流程主要有优先浮选流程；全部浮出各有用矿物，然后再分选混合精矿的混合浮选流程；等可浮浮选流程以及分支串流浮选流程等。

浮选药剂      能调整矿粒表面亲水性和疏水性，改善泡沫稳定性和矿浆的性质，以利于浮选进行的选矿药剂。包括捕收剂、起泡剂和调整剂三大类。捕收剂能吸附于矿粒表面，使目的矿物疏水，提高其可浮性。捕收剂有极性的和非极性的两类，最常用的是极性捕收剂，它又分阴离子捕收剂、阳离子捕收剂和非离子捕收剂三种。起泡剂通常为异极性有机表面活性物质，有助于在矿浆中生成细小、稳定的气泡。调整剂包括抑制剂、活化剂、pH调整剂以及分散剂和絮凝剂，用于改善矿浆分选条件，扩大矿粒可浮性的差别，使捕收剂能在目的矿粒表面上作选择性吸附。

特殊浮选方法       金属矿物常规的泡沫浮选适宜粒度范围通常为0．3mm～10μm。当矿物粒度大于或小于这个范围时，即用特殊浮选方法处理。如浮选粗粒矿物，常用泡沫分离浮选、闪速浮选和重力浮选。闪速浮选用于磨矿、分级回路中，用单槽浮选机回收粗粒目的一矿物；重力浮选则是在摇床等重选设备上同时进行重选和浮选，分离重选混合精矿。浮选微细粒矿物的特殊浮选方法可分四类：(1)通过增大矿粒实现分选的有：以高分子絮凝剂使微细矿粒絮凝成团后再分选的选择性絮凝浮选；以适宜粒度的矿粒作载体，使微细矿粒粘附其表面实现分选的载体浮选；通过强烈搅拌矿浆产生的剪切力配合捕收剂的疏水键合力，使微细矿粒形成絮团浮出的剪切絮凝浮选。(2)充分利用油一固界面较强的相互作用力，使微细矿粒从矿浆中转入油相形成球团，或粘附于油滴而上浮，从而实现矿物分离的油团聚分选和液 - 液分选。(3)依靠产生微泡进行分选的溶气浮选和电浮选等。(4)浮选离子的离子浮选和沉淀浮选。它们是以表面活性剂或沉淀剂，使溶液中的离子生成络合物或沉淀，再浮选分离。

浮选机     进行浮选的主要设备，通常由数槽串连组成浮选回路。矿浆的充气和搅拌，欲选矿物向气泡的粘附、矿化气泡上升、形成泡沫层并被刮出和从槽底排出非泡沫产品等过程，均在其中实现。浮选机需能保证有足够量的空气，且空气弥散均匀；矿浆搅拌均匀、循环充分以及形成较平稳的泡沫区。根据搅拌和充气方式，浮选机主要有机械搅拌式浮选机，充气搅拌式浮选机，单靠外部吹入空气进行充气和搅拌的充气式浮选机，以及用降压方式使矿浆析出微泡的气体析出式浮选机等四类。

发展趋势      由于简单易选的矿石日益减少，而工业生产对矿产资源的需求日益增大，浮选正面临许多新问题，故而，浮选要运用新观念、采用新技术、开辟新领域；根据浮选理论来设计和控制浮选过程，进一步提高浮选厂劳动生产率、降低生产成本。为此要求(1)寻求回收低品位、微细粒和分选复杂共生难选矿物的有效浮选方法；(2)开发新型高效浮选药剂、浮选工艺、浮选设备和自动控制系统；(3)扩大浮选与水冶、火冶的联合应用范围；(4)将浮选扩展应用于废料回收及各种物料的分离领域。