浮选虽是继重选之后发展起来的,但随着矿石资源越来越贫,有用矿物在矿石中分布越来越细和越来越杂,再加之材料和化工行业对细粒、超细物料分选的要求和精度越来越高,浮选法越来越显示出优越于其他方法的特点,成为目前应用最广且最有前途的选矿方法(目前在煤炭分选中尚少于重选)。浮选不仅用于分选金属矿物和非金属矿物,还用于冶金、造纸、农业、食品、医药、微生物、环保等行业的许多原料、产品或废弃物的回收、分离、提纯等。随着浮选工艺和方法的改进,新型、高效浮选药剂和设备的出现,浮选法将会在更多的行业和领域得到更广泛的应用。
一般而言,从水的悬浮液中(称矿物和水的悬浮液为矿浆)浮出固体的过程称为浮选。浮选已有几百年历史。工业中最早采用的全油浮选是将细粒矿石与大量的油和水一起搅拌,矿石中某些疏水亲油的矿物进入油中后浮起,其他亲水疏油的矿物则留在水中,然后从油和水中再分离出不同的矿物。 随后工业上采用的表层浮选法也有近百年历史,它是将细矿石粉撒在流动水面,矿石中某些疏水亲气的矿物浮在水面,另一些亲水疏气的矿物则沉到水中,分别收集后实现分离。上述方法虽都很简单,但效率也很低。
20世纪初开始出现了现代浮选法的雏形一泡沫浮选法,即利用矿浆中产生的气泡增加气液界面,提高分离效率。最早是通过矿物在悬浮液中产生化学反应生成的气泡;也有的是将气体直接引入矿浆产生气泡;还有的是将空气和矿浆加压后在常压下释放产生气泡。1909年发现了松油和醇等作为起泡剂,可形成适宜的气泡。1910年发明浮选机,使泡沫浮选工业化。1925年又发明了黄药作为捕收剂,浮选得到飞速发展。基于它的高效分离,近几十年浮选又向其他领域迅速扩展。随着对浮选的逐步认识,加上新型、 高效浮选药剂的出现及浮选机的大型化和多样化,浮选工艺和方法不断改进,应用范围和规模也不断扩大,仅我国目前就有浮选厂近千家,现全世界每年用浮选处理的矿物数量已达数十亿吨。
图4-6-1浮选过程基本概念
现代的泡沫浮选过程一般包括以下作业:①磨矿- 即先将矿石磨细使有用矿物与其他矿物或脉石矿物解离;②调浆加药一一调整矿浆浓度适合浮选要求,并加入所需的浮选药剂,以提高效率;③浮选分离一一矿浆在浮选机中充气浮选,完成矿物的分选;④产品处理一一浮选后的泡沫产品和尾矿产品进行脱水分离。泡沫浮选的过程和基本概念见图。
在图4-6-1中,固体矿物颗粒和水构成的矿浆(矿浆通常来自分级或浓缩作业)首先要在搅拌槽内用适当的浮选药剂进行调和,必要时〔在选煤厂)还要补加一些清水或其他工艺的返回水(如过滤液)调配矿浆浓度,使之符合浮选要求。用浮选药剂调和矿浆的主要目的是使欲浮的矿物表面增加疏水性(捕收剂或活化剂〕或使不欲浮的矿物表面变得更加亲水,抑制它们上浮〔抑制剂〕或促进气泡的形成和分散〔起泡剂〕。调好的矿浆被送往浮选槽,矿浆和空气被旋转的叶轮同时吸入浮选槽内。空气被矿浆的湍流运动粉碎为许多气泡。起泡剂促进了微小气泡的形成和分散。在矿浆中气泡与矿粒发生碰撞或接触,并按表面疏水性的差异决定矿粒是否在气泡表面上发生附着。结果,表面疏水性强的矿粒附着到气泡表面,并被气泡携带升浮至矿浆液面形成泡沫层,被刮出成为精矿;而表面亲水性强的颗粒不和气泡发生 粘附,仍然留在矿浆中,最后随矿浆流排出槽外成为尾矿。这种有用矿物进入泡沫、成为精矿称正浮选,反之称为反浮选。图4-6-2详细描述了浮选槽内所发生的固液气三相混合、气泡分散和矿化、完成浮选的过程。由上所述不难看出矿粒表面性质差异的重要,这也是浮选的基本依据。