矿石浮选
有色金属开采出的矿石通常矿石成分贫乏,且多为废石,浮选是矿石富集的主要方法之一,该方法是基于颗粒润湿性的差异。
浮选是矿物富集的方法之一,其依据是元素在界面(两种介质之间的界面)上保留的不同能力,这是由于特定表面能的差异。由于这些不同的性质,矿物元素的颗粒分为两种类型:
- 疏水性颗粒是指那些不易被水润湿的颗粒,即它们倾向于避免与水接触。疏水性表现的一个例子是树叶或草上收集的水的行为(图 1)。水呈圆形,保持静止,即不会像通常那样扩散。经过破碎和研磨过程的矿物和矿石颗粒也会发生同样的情况。这些颗粒通常存在于液体溶液中,它们通过试图与空气分子或其他气体结合以漂浮到表面并降低其能量来表现出疏水性。
- 亲水性——在溶液或悬浮液中能被水充分润湿的颗粒。
因此,疏水颗粒倾向于与空气分子(更准确地说是气泡)结合,以便浮到表面——这种特性用于矿物成分的分离。然而,粘附在气泡上并不是疏水颗粒释放多余能量的唯一过程。各种油都有类似的特性。倒入一杯水中的油会浮到表面,因为油也是一种疏水化合物。
浮选富集矿石
浮选方法根据分离矿石成分所形成的界面类型而有所不同。浮选方法包括:
- 油浮选。将破碎的矿石与油和水混合,使不易被水润湿的硫化矿物浮到表面。
- 泡沫浮选。浮选过程中,气泡穿过颗粒和水的混合物,之后在表面形成饱和有浮选成分的泡沫。然后将泡沫从液体中分离出来,然后干燥。
为了进行泡沫浮选,必须将矿石破碎至 0.1-0.2 毫米。
然而,并非所有有价值的矿石成分都具有足够的疏水性以供提取。相反,脉石元素可能比有价值的矿石成分具有更明显的疏水性。为此,存在称为试剂的特殊化合物。试剂是增加或减少颗粒疏水/亲水性质的物质。根据其性质,试剂分为以下几类:
- 捕收剂是吸附在金属表面的物质,必须从溶液中提取出来(转化为泡沫)。
- 调节剂具有相反的效果,相反,它会增加单个颗粒的亲水性,结果后者变得无法浮选。
- 发泡剂为矿化泡沫提供稳定性。
- 活化剂是创造有利于捕收剂附着在矿物表面的条件的试剂。
- 抑制剂是捕收剂用来防止矿物疏水化的试剂。它们旨在在分离具有相似浮选性质的矿物时提高浮选的选择性。
浮选药剂是昂贵的原材料。为了自动控制浮选过程的药剂模式,需要实时测定矿浆中各种元素的定量含量。为此,使用ARP-1C流动X射线荧光分析仪,该分析仪能够测定矿浆管道中从Ca到U元素的浓度。
浮选工艺在丰富矿石中各种元素方面起着非常重要的作用。泡沫浮选效率最高,因此成为最普遍的浮选方法。
在浮选富集之前,矿石在专用磨机中被粉碎,将矿石变成由有价值的矿石颗粒和废石组成的装料。为了获得高质量的浮选,必须选择能够确保矿物充分分离的破碎程度。0.1-0.04 毫米大小的颗粒最适合通过浮选分离。较小的颗粒分离效果较差,小于 5 微米的颗粒会损害较大颗粒的浮选。微米级颗粒的负面影响可通过特定试剂减少。大颗粒(1-3 毫米)在浮选过程中会从气泡中剥离,不会浮出水面。
在浮选的第一阶段,破碎的矿石在混合室中与水混合,形成矿浆(水中的矿石颗粒和废石混合物)。同时,浮选药剂被加入到浮选室中,该药剂只润湿有价值的矿石颗粒,而不会润湿废石。
然后,矿浆进入浮选机,用泵向浮选机中输送空气。
在浮选过程中,气泡会与有价矿石颗粒和有价岩石颗粒相遇。当覆盖有浮选药剂层的有价矿石颗粒遇到气泡时,水不会润湿药剂,而是从颗粒表面滚落,颗粒会靠近气泡(附着)。
废石颗粒被水润湿,不粘附在水面上。气泡与有价值的矿石一起浮起,形成含有价值的矿石泡沫。由固体颗粒和气泡(或任何气体)组成的骨料称为气絮。
矿浆随后进入沉淀池,废矿石颗粒在此沉淀,含有有价值矿石的泡沫则进入接收箱。接收箱中的气泡破裂,有价值矿石则沉降到底部。
浮选还用于净化水中的有机物质(油、油脂)、细菌、细分散的盐沉积物等。这种浓缩类型还用于食品、化学和其他工业中,以净化工业废水、加速沉降、分离固体悬浮液和乳化物质等。
浮选方法不断通过以下方式得到改进:
- 新型浮选药剂的合成;
- 浮选机的设计;
- 用其他气体(氧气、氮气)取代空气;
- 实施浮选矿浆液相参数控制系统。
浮选使细粒矿床能够用于工业生产,并保证矿物的综合利用。