隨婕斐，何東升，李智力，張澤強，梁 歡，拉希德·哈庫

(1.武漢工程大學 資源與安全工程學院，湖北 武漢 430074；2.摩洛哥卡迪阿亞德大學 化學與環(huán)境工程學院，摩洛哥 馬拉喀什 400000)

0 引言

浮選機大致可分為四大類，分別是機械攪拌式浮選機、氣動式浮選機、反應-分離器和浮選柱[1-2]。機械攪拌式浮選機與氣動式浮選機于20世紀早期就已開始在生產(chǎn)上應用，而反應-分離器和浮選柱在20世紀中后期才發(fā)展起來。

在以上4類浮選機中，機械攪拌式浮選機是技術(shù)最成熟且應用最廣的類型，其特點是通過機械驅(qū)動葉輪攪拌礦漿，并使空氣分散到礦漿中。該類浮選機根據(jù)充氣方式不同，分為充氣式和吸氣式兩類；根據(jù)礦漿流動方式不同，分為串槽式與開流式兩類。充氣浮選機要用充氣裝置往浮選槽中充入空氣，吸氣浮選機則利用葉輪產(chǎn)生的渦流吸入空氣。串槽浮選機通過管路將帶攪拌葉輪的浮選槽連接起來，而開流浮選機不用管路連接。最初的浮選機都是串槽式，與開流式相比，結(jié)構(gòu)相對較復雜。開流浮選機具有結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、維護方便、粗粒懸浮性好及單位處理量大等優(yōu)勢；而串槽浮選機對小型及需要多段精選的選廠特別實用，葉輪的吸漿作用可以不需要外加泵就能實現(xiàn)中間礦漿的自流輸送。曾經(jīng)有一段時間開流浮選機隨著浮選機的大型化而發(fā)展迅速，隨后串槽浮選機也逐漸向大型化發(fā)展。大型串槽浮選機最重要的應用是精煤的精選，其浮選選擇性明顯優(yōu)于開流浮選機[3-8]。

氣動浮選機的特點是沒有攪拌葉輪，僅依靠壓入空氣攪拌礦漿和產(chǎn)生浮選氣泡，現(xiàn)在已很少使用。

反應-分離器將浮選機的“反應”與“分離”功能分開，礦漿與空氣先給入反應器中，在強紊流狀態(tài)下相互反應形成礦化氣泡，然后再進入分離器中，在靜態(tài)流環(huán)境下實現(xiàn)不同礦物的分離。這樣的設計對于促進細粒物料的回收和提高分選精度有利[2-4]。

浮選柱是針對細粒物料的回收而發(fā)展起來的，其基本特征是氣泡與礦漿逆向流動，或礦漿與沖洗水逆向流動。

近百年來，雖然浮選機的發(fā)展比較迅速，但機械攪拌式浮選機的行業(yè)主導地位一直沒有改變，這主要是由其技術(shù)成熟性和實用性決定的，因此本文主要闡述機械攪拌式浮選機的特點和應用。

1 國外典型浮選機

1.1 丹佛D-R型浮選機

丹佛D-R型浮選機主要有雙攪拌葉輪和單攪拌葉輪兩種形式，工作時礦漿并不是直接流向葉輪區(qū)，而是設計了一根從葉輪一直延伸到槽體頂部的礦漿循環(huán)管，礦漿先給入循環(huán)管，然后和空氣混合進入葉輪區(qū)[9-10]。其特點是葉輪高度不高，攪拌區(qū)接近槽底，從攪拌區(qū)至分離區(qū)的距離較長；整機采用循環(huán)筒結(jié)構(gòu)，且循環(huán)性能好；線速度低，磨損??；充氣量大，泡沫層厚。

1964年第一批D-R浮選機被用于Endako煤礦企業(yè)集團；1967年D-R600浮選機在Columbia的Endako礦區(qū)一個鉬礦被安裝使用；1972年在Bougainville島上安裝了108臺D-R600浮選機，并將其作為粗顆粒精選設備；1991年第1臺容積為28 m3的大型D-R浮選機安裝完畢，用于煤浮選。在性能方面，D-R浮選機表現(xiàn)出浮選效率高、浮選速度快、生產(chǎn)能力大的特點，特別適用于粗選(包括混合浮選)及掃選作業(yè)。D-R浮選機的使用提高了礦石處理能力及金屬回收率，大大縮短了礦漿流程[11-13]。

1.2 Wemco浮選機

Wemco浮選機代表機種有Wemco1+1型浮選機(1969年研制成功)和Wemco Smart Cell型浮選機(1986年研制成功)，其槽體為圓筒形，槽內(nèi)設有通氣引流管和泡沫集中器，每個槽子中間部位設有轉(zhuǎn)子式分散器[14-16]，槽底設有帶孔的假底、錐形吸管、導管，利于礦漿流動和循環(huán)，且槽內(nèi)設有穩(wěn)流板，縮短了精礦在浮選機中的停留時間。它的循環(huán)性能好，選細礦粒效果好；但由于葉輪直徑小、攪拌力弱，選粗礦粒時易沉淀，所以不宜分選粗礦粒。另外該機型存在線速度高磨損大、吸氣量小泡沫層薄等缺點。

2002年冬瓜山銅礦采用了18臺容積為130 m3的Wemco Smart Cell浮選機，目前仍在運行中；2005年洛陽欒川銅礦采用了8臺容積為130 m3的Wemco Smart Cell浮選機，該礦在2006年又購買了10臺；2017年普朗銅礦采用了16臺容積為330 m3的Wemco Smart Cell浮選機，現(xiàn)在已經(jīng)進入生產(chǎn)階段，應用效果較好。Wemco浮選機已經(jīng)廣泛應用于歐美、澳大利亞、日本、非洲等地，大多用于銅、鉛、鋅、硫、鉀等礦石的粗掃選作業(yè)[16-18]。

1.3 奧托昆普Tank Cell型浮選機

1983年奧托昆普公司研制成功的Tank Cell型浮選機是模擬浮選柱設計的，具有“虛柱”的特點。它的槽體也為圓筒形，槽內(nèi)設有空心軸，空氣經(jīng)空心軸進入葉輪腔，礦漿由槽體下部側(cè)面流入槽體，氣泡與目的礦物在槽體內(nèi)碰撞，泡沫從槽體上方的溢流堰流出[19-21]。2007年奧托昆普公司開發(fā)出性能更優(yōu)良的新型攪拌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，它的主要特點是：定子部分可以拆卸，易于更換，維修操作簡單；礦漿循環(huán)性能好；充氣量可根據(jù)現(xiàn)場實際情況調(diào)控；易損件使用壽命長。

1983年奧托昆普公司的OK-60-TC浮選機第一次在芬蘭的皮哈薩爾米選礦廠安裝使用；1995年奧托昆普公司首臺單槽容積為100 m3的浮選機在智利Escondido礦的Los Colorados選礦廠安裝使用；1997年該公司單槽容積為160 m3的浮選機第一次在智利Chuquicamada礦安裝使用；2002年首臺單槽容積為200 m3的浮選機在澳大利亞的Century礦山安裝使用；2007年單槽容積為300 m3的浮選機在新西蘭的Macraes金礦安裝使用；2014年單槽容積為630 m3的浮選機被推出，2015年單槽容積為660 m3的浮選機被推出。奧托昆普公司的這些大型浮選機已廣泛應用于世界各地選礦廠的粗選、掃選和精選作業(yè)中，并獲得了良好的浮選指標[22-23]。

1.4 Mesto浮選機

Mesto浮選機的槽體同樣為圓筒形，葉片為深型結(jié)構(gòu)，攪拌強度大。已有學者對其結(jié)構(gòu)進行了一系列的改進，改進后可以為粗選、精選和掃選作業(yè)創(chuàng)造良好的條件[23]，浮選效果較好。目前已經(jīng)有容積為5～200 m3不同規(guī)格的此類浮選機投入使用，它的主要特點是采用一定形狀的深型直葉片和空氣分散隔板，并且按照特殊形式排列；葉輪下方產(chǎn)生強烈回流，可有效避免槽底礦石顆粒沉積。

Mesto浮選機的特點：①下部區(qū)域的礦物顆?？梢赃_到較好的懸浮狀態(tài)并且可以及時輸送到上部區(qū)域，在上升的過程中顆粒與氣泡可以多次接觸，從而實現(xiàn)全部礦物顆粒的回收；②上部區(qū)域的礦漿流動平穩(wěn)，不僅可以盡可能地減少多余的礦物顆粒懸浮，還可以防止粗顆粒脫落，從而大大提高浮選效率[24-27]。

2 國內(nèi)典型浮選機

2.1 BGRIMM系列浮選機

北京礦冶科技集團有限公司(簡稱“北京礦冶”)自1960年以來一直致力于研究和推廣BGRIMM系列浮選設備，該系列浮選機有很多類型，例如XCF/KYF、CHF-X、JJF、SF、XJZ、LCH-X、CLF、YX、BF型等[28-32]。

2.1.1 XCF/KYF型浮選機

XCF/KYF型浮選機屬深槽型浮選機，其中XCF型浮選機有上下葉輪，二者形成了充氣攪拌區(qū)和吸漿區(qū)；KYF型浮選機采用單壁后傾葉片，無上葉片吸漿，槽內(nèi)設有倒錐臺狀葉輪和多孔圓筒型氣體分配器以及較小的懸空式定子。因此XCF型浮選機一般作為吸入槽、KYF型浮選機一般作為直流槽聯(lián)合使用，其具有結(jié)構(gòu)簡單合理、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠、操作維護方便、節(jié)能顯著、效率高等特點。該類浮選機槽體結(jié)構(gòu)設計合理、不沉槽、安全系數(shù)高。

XCF/KYF型浮選機應用廣泛，浮選效果好。2000年單槽容積為50 m3的XCF/KYF型浮選機一經(jīng)推出，就在我國迅速推廣近千臺；2005年單槽容積為160 m3的XCF/KYF型浮選機被成功研制，并應用于我國黃金集團烏努格吐山銅鉬礦3.4 萬t/d項目；2008年單槽容積為200 m3的XCF/KYF型浮選機被成功研制，并應用于江西銅業(yè)集團大山選礦廠9.0 萬t/d項目，同年又研制出當時全球最大的單槽容積為320 m3的XCF/KYF型浮選機，并在多個項目及企業(yè)中得到應用，例如秘魯某銅礦項目、國內(nèi)鹿鳴礦業(yè)及烏山銅鉬礦；2015年單槽容積為600 m3的XCF/KYF型浮選機被成功研制；2018年世界上最大的單槽容積為680 m3的XCF/KYF型浮選機又被成功研制，安裝于德興銅礦泗洲選礦廠并應用于尾礦的再選，還可用于粗選、掃選等作業(yè)。此類浮選機也可以在有色、黑色、非金屬礦物分選和污水處理中使用[33-36]。

2.1.2 JJF型浮選機

JJF型浮選機采用深型葉輪、圓筒型定子，定子周圍設有錐形分散罩，葉輪下部增設導管和假底，假底上裝有礦漿循環(huán)管，引流管的上端調(diào)節(jié)環(huán)與葉輪下端嚙合。該機型的葉輪高度高、葉片面積大、安裝深度淺、攪拌強度適中、固體顆粒懸浮良好、不沉槽、礦漿循環(huán)特性好，液面平穩(wěn)、分選效率高，圓周速率低、功耗省，易損件壽命長、維修方便。

2002年前后由北京礦冶設計、制造的JJFⅡ型浮選機先后在鞍山鋼鐵公司、金川有色金屬公司、大冶有色金屬公司、銀山鉛鋅礦、白銀有色金屬公司各鉛鋅礦、凡口鉛鋅礦、大寶山銅礦等獲得應用[21]；2006年JJF-130浮選機進入工業(yè)試驗階段；2008年JJF-200浮選機在德興銅礦進行了工業(yè)測試；2012年北京礦冶采用模擬仿真技術(shù)對JJF-320自吸浮選機展開研究，取得了突破性進展，2016年在工廠進行了測試，獲得了較好的浮選指標[37]。

2.1.3 CLF型粗粒浮選機

CLF型浮選機的葉輪采用高比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵，且葉輪葉片后傾，上為吸漿槽，下為直流槽，吸漿槽有中心筒、中礦返回管及蓋板等主要部件，底部設有空氣分配器，此外槽內(nèi)還設有假底、循環(huán)通道及活動式擋板，可以形成一個穩(wěn)定的分離區(qū)和泡沫區(qū)。礦漿循環(huán)性能好，可以自吸給漿，并且適用于粗粒浮選，為浮選機的專屬化研究提供了方向。

CLF-40型浮選機在首鋼豐寧三贏鐵礦先浮磷再磁選的工藝中得到成功應用；同時在河北隆化縣順達礦業(yè)有限公司以及承德雙灤建龍礦業(yè)公司先磁選再浮磷鐵精礦選磷中得到成功應用。此類浮選機已經(jīng)在菲律賓聯(lián)合銅業(yè)PASAR項目、廣西金川有色金屬有限公司渣選項目、紫金銅業(yè)渣選項目、湖南水口山渣選項目、銅陵有色稀貴金屬公司等多個項目及公司中投入使用，選礦效果都較好。在工業(yè)生產(chǎn)中，當浮選礦漿質(zhì)量分數(shù)達70%時，浮選效果依然良好，適用于磁選尾礦、銅礦、石英砂和冶煉爐渣等的選別以及鉭鈮礦等非金屬礦物的選別[38]。

2.1.4 YX型閃速浮選機

YX型閃速浮選機的槽體采用錐形底設計，葉輪、定子下安裝了礦漿循環(huán)筒，底部管路上安裝了膠管閥，槽體內(nèi)采用大的推泡錐，設有中部排礦口，且?guī)в幸何豢刂葡到y(tǒng)。給料中較大顆粒(有用礦物及脈石礦物)在重力作用下沿浮選機壁排放至球磨機，粒度適中的顆粒進入浮選區(qū)。該機運轉(zhuǎn)時可有效消除沉槽死角，循環(huán)效果好，且槽內(nèi)礦漿有明顯的分層現(xiàn)象，泡沫層平穩(wěn)，底部管路可以避免粗顆粒堵塞，精礦泡沫可以快速排出，還可以適應快速多變的波動給礦。

YX型浮選機可以在不同分級沉砂環(huán)境中回收金、銀和鉑等貴金屬，還可以選別其他礦漿濃度差較大的礦物。在此類浮選機中，YX-2型浮選機已在德興銅礦泗洲選礦廠得到應用；YX-8型浮選機已在安徽獅子山銅礦得到應用；2012年研制的YX-4型閃速浮選機在崇禮紫金礦業(yè)選礦廠的應用取得突破性進展；2014年研制的YXⅡ-4型閃速浮選機在甘肅某大型金礦開展了工業(yè)適用性研究，獲得了良好的選別指標[39]。

2.2 新型雙葉輪浮選機

機械攪拌式浮選機的核心部件是其攪拌系統(tǒng)，這種結(jié)構(gòu)模式的不足在于：①浮選機充氣量受到葉輪轉(zhuǎn)速限制，如要增大充氣量，需提高葉輪轉(zhuǎn)速，以使葉輪與蓋板間形成較大的負壓強度，但礦物分選又要求葉輪轉(zhuǎn)速較低，以創(chuàng)造良好的靜態(tài)流分選環(huán)境，因此轉(zhuǎn)速對于充氣量與分選環(huán)境而言是一個矛盾量，只能做到相對優(yōu)化；②浮選過程調(diào)控性差，難以獲得分選所需的流體動力學條件，分選精度不高；③為保證充氣量，葉輪轉(zhuǎn)速相對較快，能耗較大，葉輪與蓋板接觸處容易磨損，導致其產(chǎn)生的負壓強度逐漸減小，充氣量不斷下降，礦漿液面不平穩(wěn)。為此，武漢工程大學通過將離心葉輪與攪拌葉輪有機地結(jié)合起來，研發(fā)了一種2+1結(jié)構(gòu)模式的雙葉輪攪拌系統(tǒng)[40-43]。

與傳統(tǒng)攪拌系統(tǒng)相比，雙葉輪攪拌系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：①采用離心葉輪吸入空氣和產(chǎn)生浮選氣泡，不必依靠高轉(zhuǎn)速，其線速度為常規(guī)葉輪的56%時就可以獲得很好的充氣效果，不存在充氣量與分選環(huán)境相互矛盾的問題，有利于創(chuàng)造分選所需的良好流體動力學條件，提高分選精度；②由離心葉輪水力空化效應產(chǎn)生的氣泡，優(yōu)先從疏水礦物顆粒表面析出，有利于擴大疏水與親水礦物顆粒的可浮性差異；③可以根據(jù)不同性質(zhì)礦物浮選的需要，采用不同的葉輪組合，對浮選流體動力學條件進行靈活調(diào)控，有利于優(yōu)化浮選機的分選性能；④攪拌強度較低，設備的能耗和磨損較小，符合節(jié)能化的設計理念；⑤結(jié)構(gòu)簡單，容易在現(xiàn)有浮選機基礎上進行升級改造以制造槽體較深的大型浮選機[41]。

鑒于雙葉輪攪拌系統(tǒng)具有明顯的性能優(yōu)勢，目前武漢工程大學與湖北興發(fā)化工集團股份有限公司合作，正在進行雙葉輪浮選機的產(chǎn)業(yè)化應用研究工作。

3 展望

3.1 自動化

隨著電子技術(shù)的發(fā)展、信息技術(shù)的普及，自動化控制技術(shù)得到廣泛應用，可以結(jié)合浮選的特點，研究反應靈敏的檢測元器件，實現(xiàn)浮選機液位、精礦品位等的在線檢測。目前已有的自動化控制技術(shù)有：液位傳感器、液面自動控制系統(tǒng)、計算機監(jiān)控系統(tǒng)、微泡浮選柱和泡沫的數(shù)字圖像控制等[44-47]。通過對浮選參數(shù)的自動控制，可以優(yōu)化浮選結(jié)果、節(jié)約浮選藥劑、提高浮選產(chǎn)率。隨著設備的大型化，實現(xiàn)全流程信息化控制是浮選機今后的發(fā)展方向。

3.2 節(jié)能化

節(jié)能化是目前的熱點話題，機器的研究不僅要在性能方面下功夫，也要考慮自身的節(jié)能化問題。浮選機的節(jié)能化在于研究新的攪拌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，改善槽體結(jié)構(gòu)及礦漿循環(huán)方式，建立礦漿在槽內(nèi)的最佳運動路線，將浮選機的單位能耗降至最低，這樣不僅可以在提高浮選效率的前提下減輕設備零件的磨損，而且符合浮選機節(jié)能化的設計理念[46-49]。因此，浮選機的節(jié)能化是今后的研究方向之一。

3.3 繼續(xù)大型化

隨著設備大型化，選礦廠設備總質(zhì)量和建筑面積相應減小，投資額也相應減少。浮選槽及其相關設備的減少意味著可降低電氣、給藥、過程控制、泵和管路等的成本。由于總的能耗、維修、勞動力、易損部件等成本降低了，相應的運行成本也會降低[50-56]。目前，工業(yè)應用的最大浮選機容積為320 m3；2009年，北京礦冶在原有基礎上，研制了單槽容積為600 m3的工業(yè)化浮選機，且在2013年完成了理論性研究；2012年奧托昆普公司開展了單槽容積為500 m3的Tank Cell浮選機的研制。由此可見，大型浮選機的應用前景非常廣闊。

3.4 專屬化

由于礦石日趨貧細雜，礦石性質(zhì)越來越復雜多樣，這就需要學者們對浮選機的專屬化展開進一步研究。隨著礦產(chǎn)資源不斷地“貧、細、雜”化，導致有用礦物顆粒的粒度不同，在分選過程中表現(xiàn)出來的性質(zhì)也不同[56-57]。為了達到較好的浮選效果，在分選時要按照入選礦物顆粒的性質(zhì)差異來進行分選。目前已有粗粒浮選機，如CLF型粗粒浮選機，而礦石粒度不斷細化，降低浮選粒級下限的浮選機市場供應短缺，因此發(fā)展細粒專用浮選機是當前研究工作的熱點和難點。