浮选试验分析（一）

    一、概述
    浮选是选别细粒嵌布的矿石，特别是选别有色金属、稀有金属、非金属矿和可溶性盐类等的一种主要的方法。在大多数矿石可选性研究中，浮选试验是一项必不可少的内容。
   （一）实验室浮选试验的内容
    浮选试验的主要内容包括：确定选别方案；通过试验、分析影响过程的因素，查明各因素在过程中的主次位置和相互影响的程度，确定最佳工艺条件；提出最终选别指标和必要的其他技术指标。由于浮选过程中各种组成矿物的选择性分离是基于矿物可浮性的差异，因此用各种药剂调整矿物可浮性差异，是浮选试验的关键。
   （二）实验室浮选试验的程序
    实验室浮选可选性试验通常按照以下程序进行。
   （1）拟定原则方案  根据所研究的矿石性质，结合已有的生产经验和专业知识，拟定原则方案。例如多金属硫化矿矿石的浮选，可能的原则方案有全混合浮选、部分混合浮选、优先浮选等方案；对于红铁矿的浮选，可能的原则方案有正浮选、反浮选、絮凝浮选等方案。 
    如果原则方案不能预先确定，只能对每一可能的方案进行系统试验，找出各自的最佳。工艺条件和指标，最后进行技术经济比较予以确定。
   （2）准备试验条件  包括试样制备、设备和仪表的检修等。
   （3）预先试验  预先试验的目的是探索所选矿石的可能的研究方案、原则流程、选别条件的大致范围和可能达到的指标。
   （4）条件试验（或称系统试验）  根据预先试验确定的方案和大致的选别条件，编制详细的试验计划，进行系统试验来确定各项最佳浮选条件。
   （5）闭路试验  它是在不连续的设备上模仿连续的生产过程的分批试验，即进行一组将前一试验的中矿加到下一试验相应地点的实验室闭路试验。目的是确定中矿的影响，核定所选的浮选条件和流程，并确定最终指标。
    实验室小型试验结束后，一般尚须进一步做实验室浮选连续试验（简称连选试验），有时还需要做半工业试验甚至工业试验。
    二、浮选试样的制备、试验设备和操作技术
    实验室浮选试验，通常是指“小型单元浮选试验”，也有人叫做“分批浮选试验”。一般都是用天然矿石进行试验，但在探索某一新的药方时，或研究浮选基础理论时，常进行纯矿物浮选试验。
   （一）试样制备
    1.破碎和分样
    考虑到试样的代表性和小型磨矿机的效率，浮选试验粒度一般要求小于1~3mm。破碎的试样，要分成单分试样装袋贮存，每分试样重量为0.5~1kg，个别品位低的稀有金属矿石可多至3kg。细物料的缩分，可用两分器（多槽分样器），也可用方格法。
    2.贮存
    若矿石中含有硫化矿，特别是含有大量磁黄铁矿时，氧化作用对矿石浮选试验结果可能具有显著的影响。因此，硫化矿石的试验最好在试样制备好后立即进行。然而耽搁往往是不可避免的，因而必须采取措施缩小影响。简单易行的办法是在较粗的粒度（如6~25mm）下密封贮存，然后分几次破碎矿石和制备试样，每次都按照同样的方法加工，同时必须进行比较试验，校核贮存时间和粒度的稍许差别对试验结果的可能影响。封存的试样应放在干燥、阴凉、通风的地方。另一个解决办法是一次为整个研究计划制备足够的试样，并贮存在惰性气体中。
    在试样制备过程中，都要防止试样污染。少量机油的混入，将影响浮选正常进行，因此切忌机油和其他物料的污染。污染可能来自试样的采取和运输过程；或来自试样加工和缩分设备中所漏的机油；或来自前一试验残留在设备中的物料和药剂等等。[next]
    3.磨矿
    实验室常用的内壁尺寸为ф160*180mm和ф200*200mm的筒形球磨机,XMQ-67型      ф240*90mm锥形球磨机，它们均用于给矿粒度小于1~3mm的试样。还有ф160*160mm等较小尺寸的筒形球磨机和滚筒磨矿机，它们用于中矿和精矿产品的再磨。
    磨矿介质习惯上多用球，球的直径为12.5mm至32mm。对于ф160*180mm磨矿机选用25、20、15mm三种球径，XMQ-67型ф240*90mm锥形球磨机可配入部分更大的球（28~32mm）。12.5mm的球则仅用于再磨作业。用棒作介质时，棒的直径一般为重0~25mm。如XMB-68型ф160*200mm棒磨机常配用17.5和20mm两种棒。
    装球量对磨矿细度的影响至关重要，过大过小都不利。装球量过多，中间粒级的粒度较多，而极粗和极细粒级的含量较少。装球量不足，不仅平均粒度较粗，而且粒度分布偏粗，过大颗粒较多。原则上装球量以填满磨矿机容积40~50%为宜，最优充填率为45%。但磨矿机直径较大时，充填率可以低些，因为装球过多往往不便操作。球磨机转速偏高，充填率也应低些。
    各种尺寸球的配比相对于充填率和磨矿浓度而言对磨矿粒度影响较小。配比没有一定规定。按照我们的经验，若ф160球磨机采用25、20、10mm三种球，用q₁:q₂:q₃=dⁿ₁:dⁿ₂:dⁿ₃表示三种球的配入重量与直径的关系，则一般可令n等于1~3，常用2，为了简单起见也可取3（此时不同尺寸球的个数相等，因而便于记忆）。上述配比可保证产品粒度均匀，过大粒度较少，但不易获得很细的产品，因而细磨时应增加小球，一般可令n等于0，即让三种球的重量相等。小球多时磨矿浓度不能过高，否则将因冲击力不足而使产品中过大粒度增多。需要配入大于25mm的球时，其配入量一般不超过总重量的40%。 
    如果试验要求避免铁质污染，可采用陶瓷球磨机，并用陶瓷球做介质，但陶瓷磨矿机的磨矿效率较低，因而所需磨矿时间较长。
    磨矿浓度随矿石性质、产品粒度、磨矿机型式和尺寸，以及各研究单位的操作习惯而异。一般，磨矿浓度对粒度分布影响显著，浓度增加，磨矿效率提高，磨矿细度提高，粒度分布偏细，可减少过大粒度的含量。浓度高而装球量多，大球不能过少，否则磨矿效率将显著降低，因此，采用较高的浓度时，要求配入较多的大球。常用的有50%、67%、75%三种浓度，此时液固比分别为1：1、1：2、1：3，因而加水量的计算比较简单，如果采用其他浓度值，则可按下式计算磨矿水量：

                                       100 - C
                                  L = —————·Q
                                           C

式中  L—磨矿时所需添加的水量（L）；
      C—要求的磨矿浓度（%）；
      Q—矿石重量（kg）。
    在一般情况下，原矿较粗、较硬时，应采用较高的磨矿浓度。原矿含泥多，或矿石比重很小，或产品粒度极细时，可采用较低浓度。在实际操作中，若发现产品粒度不匀，可考虑提高浓度，但浓度高时大球不能太少。反之，若产品太粘，粘附在机壁和球上不易洗下来，就要降低浓度。
    试样比重很大或很小时，可按固体体积占矿浆总体积的40~50%计算磨矿水量。
    长久不用的磨矿机和介质，试验前要用石英砂或所研究的试样去预先磨去铁锈。平时在使用前可先空磨一阵，洗净铁锈后再开始试验。试验完毕必须注满石灰水或清水。
    试验时，先将洗净铁锈的球装入干净的球磨机中，然后加水加药，最后加矿石。也可留一部分水在最后添加，但不能先加矿石后加水，这样会使矿石粘附到端部而不易磨细。磨矿时要注意磨矿机的转速是否正常？并准确控制磨矿时间。磨好后将矿浆倾入接矿容器中，把磨矿机倾斜，用洗瓶或连接在水龙头上的胶皮管以细小的急水流冲洗磨矿机的内壁，将矿砂洗入接矿容器中。像ф160*180mm等磨矿机本身不带挡球格筛，就要在接矿容器上放一接球筛，隔除钢球，待磨矿机内壁洗净后，提起接球筛，边摇动边用细股急水流冲洗球，至洗净为止，最后将球倒回磨矿机，供下次使用。XMQ-67型,240*90锥形球磨机，本身带挡球格筛，排矿时，将锥形筒体向排矿端倾斜，打开排矿口，将矿浆放入接矿容器中。取下给矿口塞，引入清水，间断开车搅拌冲洗干净即可。[next]
    在清洗磨矿机时必须严格控制冲洗水量，特别是在使用MXQ-67型锥形球磨机。水量过多，浮选机容纳不下，此时需要待澄清后，用注射器抽出或用虹吸法吸出多余的矿浆水，此矿浆水留作浮选时作补加水用。
    实验室采用分批开路磨矿，与闭路磨矿相比，两者磨矿产物的粒度特性不一致。在与分级机成闭路的磨矿回路中，比重较高的矿物比其余的矿物磨得更细一些。如何减少上述差别，有待进一步的改进。
    为了避免过粉碎，实验室开路磨矿磨易碎矿石时，可采用仿闭路磨矿。其方法是原矿磨到一定时间后，筛出指定粒级的产品，筛上产品再磨，再磨时的水量应按筛上产品重量和磨原矿时的磨矿浓度添加。仿闭路磨矿的总时间等于开路磨矿磨至指定粒级所需的时间。例如某多金属有色金属矿石，采用开路磨矿和仿闭路磨矿的条件和流程做了对比磨矿试验。采用开路磨矿，磨矿产品中-20μm含量占47.2%，而采用仿闭路磨矿,-20μm仅占31.6%，泥化程度显著降低。

图1   小型浮选槽

    磨矿细度是浮选试验中的首要因素。进行磨矿细度试验，必须用浮选试验来确定最适宜的细度。
    4.擦洗和脱泥
    某些有色金属氧化矿、稀有金属硅酸盐矿石、铁矿石、磷酸盐矿石、钾盐，以及其他，可能受到矿泥影响的矿石，有时在浮选前要进行擦洗、脱泥。擦洗的方法有：（1）在高矿浆浓度（例如70%固体）下，加入浮选饥中搅拌；（2）采用大约10r/min的低速实验室球磨机擦洗，其中装入金属凿屑或其他只擦损而不研磨矿石的介质；（3）采用回转式擦洗磨机或其他擦洗设备。擦洗之后，要除去矿泥。
    脱泥的方法包括：（1）淘析法脱泥。即在磨矿或擦洗中加入矿泥分散剂，如水玻璃、六偏磷酸钠、碳酸钠、氢氧化钠等，然后将矿浆倾入玻璃缸中，稀释至液固比5:1以上，搅拌静置后用虹吸法脱除悬浮的矿泥；（2）浮选法脱泥。即在浮选有用矿物之前，预先加入少量起泡剂，使大部分矿泥形成泡沫刮出；（3）选择性絮凝脱泥。即加分散剂后，再加入具有选择性絮凝作用的絮凝剂（如F703、腐植酸，木薯淀粉、聚丙烯酰胺等）使有用矿物絮凝沉淀，而需脱除的矿泥仍呈悬浮体分散在矿浆中，然后用虹吸法将矿泥脱除。上述脱泥过程中选用的分散剂或絮凝剂，以不影响浮选过程为前提，必要时可用清洗。沉砂的办法，脱除影响浮透过程的残余分散剂或絮凝剂。
   （二）浮选机和浮选试验操作技术
    1.浮选机
    实验室浮选机的主体部分是充气搅拌装置和槽体。型号与规格主要由这两部分的差别决定。国产的浮选机型号有XFG和XFGC挂槽式、XFD单槽式和XFD-12多槽浮选机，用于选煤的有XFDM型浮选机。[next]
    挂槽浮选机的搅拌装置为装在实心轴上的简单搅拌叶片，空气完全靠矿浆搅拌时形成的旋涡吸入，吸入的空气量随搅拌叶片与槽底距离而变，试验前要特别注意调整其距离。位置调好后，整个试验就应固定在此位置上。槽体较大的挂槽浮选机的充气量常感不足。给矿量大于500g以上时，特别是对于硫化矿的浮选，多用单槽浮选机。挂槽浮选机的槽，体是悬挂的有机玻璃槽，规格从最小的5~35g 到最大的1000g。
    单槽浮选机的充气搅拌装置是模拟现有生产设备制成，它由水轮、盖板、十字格板、竖轴，充气管等部件组成，并设有专门的进气阀门调节和控制充气量，带有自动刮泡装置。其规格有0.5、0.75、1、1.5、3及8L六种，除了和8L的槽体是固定的金属槽外，其余小规格的浮选机都是用悬挂的有机玻璃槽。
    为了提高试验结果的重复性，减少试验误差，便于操作，国内外设计并制造了一些自动化程度较高的实验室浮选机。如国产XFDC型和RC型立式，台式实验室精密浮选机，具有无级调速、液位调整装置、充气量调整装置、酸度和转速数字显示装置等，国外已设计出能稳定硫化矿浮选时氧化-还原电位，pH值和带自动加药装置等浮选机。
    2.搅拌调浆
    搅拌的目的是使矿物颗粒悬浮，提高药剂作用效果，并使气泡与矿粒达到有效的接触。调浆搅拌是在把药剂加入浮选机之后和给入空气之前进行，目的是使药剂均匀分散，并与矿物作用达到平衡，作用时间可以从几秒钟、至半小时或更长。在调浆过程，一般浮选机应尽量避免充气。若使用具有充气阀的单槽浮选机，则应将气阀关闭；若使用挂槽浮选机，则应将挡板提起；若使用倒向开关启动浮选机，亦可使搅拌叶轮反转。有时需不加药剂预先充气调浆，以扩大矿物可浮性差异，如某些硫化矿的分离。一般调浆加药顺序是：pH调整剂、抑制剂或活化剂、捕收剂和起泡剂。
    3.泡沫的控制
    产生气泡的方法包括浮选机搅拌充气、压入空气、抽真空从溶液中析出微泡和电解越泡（将水电解，产生氧和氢气泡）等。
    根据浮选过程观察泡沫大小、颜色、虚实（矿化程度）、韧脆等外观现象，通过调整起泡剂用量、充气量、矿浆液面高低和严格操作，可控制泡沫的质量和刮出量。泡沫的体积的控制通常是靠分批添加起泡剂达到。充气量是靠控制进气阀门开启大小（挂槽浮选机是靠调节叶轮与槽底的距离）和浮选机转速进行调节。试验中阀门开启大小（或叶轮与槽底距离）和转速一经确定，就应固定不变，以免引入新的变量，影响试验的可比性。控制矿浆液面高低，实质是保持最适宜的泡沫层厚度。实验室浮选机泡沫层厚度一般控制在20~50mm，使矿浆不致溢入泡沫盛器。由于泡沫的不断刮出，矿浆液面下降，为保证泡沫的连续刮出，应不断补加水。如矿浆pH对浮选影响不大，可补加自来水。反之，应事先配成与矿浆pH值相等的补加水。人工刮泡时，要严格控制刮泡速度和深度，如果操作不稳定，试验结果就很难重复。粘附在浮选槽壁上的泡沫，必须经常把它冲洗入槽。开始和结束刮泡之时，必须测定和记录矿浆的pH值和温度。浮选结束后，放出尾矿，将浮选机清洗干净。
    4.水
    水质影响浮选结果和药剂用量。例如，黄水菁中心试验所所做某氧化铜矿石的浮选试验（试验结果见下表），采用现场生产用水和试验所生活用水分别作实验，当铜精矿品位和回收率相近时，硫化钠用量前者比后者多1kg，引起差异的原因是水质不同。因此，在浮选试验中必须注意水的成分。在用脂肪酸类捕收剂的情况下，水质的影响多数是由于水中含有钙、镁盐。钙、镁盐的含量，可用硬度表示。目前常用的硬度单位为Mmol/L ；过去还常用德国硬度单位（℃）。每升水中所含钙镁离子的毫摩尔数相当于10-mgCaO称为1℃。用脂肪酸类捕收剂浮选非硫化矿时，硬水需通过泡沸石或离子交换树脂等进行软化。一般实验室是采用所在地区的自来水进行试验，待确定了主要工艺条件后，尚需用将来选矿厂可能供用的生产用水校核，或将水的成分配制成与将来供生产上应用的水相接近的成分进行校核。[next]

    5.药剂的添加
    试验前，准备的药剂数量要满足整个试验用，并密封贮存于干燥器中。药剂使用前，必须了解和检查所用的药剂成分、纯度、杂质含量和来源，查明是否变质。
    水溶性药剂配成水溶液添加。为便于换算和添加，当每份原矿试样重量为500g时，对每吨原矿添加几十至一、二百克用量较小的药剂，可配成0.5%的浓度，用量较大的药剂可配成5%的浓度。当原矿量为1kg时，根据药剂用量大小可分别配成1%和10%两种浓度。所谓10%的浓度是指100g溶液中含药剂量10g,即由10g药剂加90g（相当90ml）水配成，这时溶液体积在大多数情况下不是100ml,而是介于90-100ml之间。若要求添加药剂量为1g,则添加的溶液量不是整数，极不方便。因而实际配药时，是将10g药剂加水溶解成溶液总量为100ml,即实际浓度单位为“10g/100ml”，但习惯上仍称为10%。溶液浓度很稀时，二者实际差别不大。添加药剂数量可按下式进行计算：

                                             qQ
                                      V = —————
                                             10C

式中  V—添加药剂溶液体积（ml）；
      q—单位药剂用量（g/t）；
      Q—试验的矿石重量（kg）；
      C—所配药剂浓度（%）。
    添加水溶性药剂的量具可用移液管、量筒、量杯等。选择量具时，必须根据每种药剂的用量而选用适当大小的量具。
    非水溶性药剂，如油酸、松醇油、黑药等，采用注射器直接添加，但需预先测定每滴药剂的实际重量，可用滴出10滴或更多滴数的药剂在分析天秤上称量的方法测定。必要时亦可用有机溶剂如乙醇溶解，但必须确定溶剂对浮选的影响。另一个办法是在药剂中混入适宜的表面活性化合物，进行激烈搅拌，使之在水中乳化，例如油酸中加入少量油酸钠。
    难溶于水的药剂，可以加入磨矿机中，如石灰可以以固体形式添加在磨矿机中。
    由于分解、氧化等原因变质较快的药剂，配制好的溶液不能搁置时间太长，如黄药、硫化钠之类的药剂，必须当天配当天用。[next]
    6.产品处理
    浮选试验的粗粒产品可直接过滤。若产品很细或含泥多，可将矿浆先倒入另一容器中，将粗砂先倒入，若过滤仍然困难，此时可直接放在加热板上或烘干箱中去蒸发；也可以添加凝聚剂，如加入少量酸或碱、明矾等加速沉淀，抽出澄清液并烘干产品。在烘干过程中，温度应控制在110℃以下，温度过高，试样氧化导致结果报废，例如硫化矿物在高温下，S氧化成SO₂挥发掉，导致样品品位变化。浮选产品烘干称重后，必须缩分和磨细供化学分析，供化学分析的试样粒度应小于0.15mm或更细。
    三、实验室浮选闭路试验
    闭路试验是用来考查循环物料的影响的分批试验，是在不连续的设备上模仿连续的生产过程。其目的是：找出中矿返回对浮选指标的影响；调整由于中矿循环引起药剂用量的变化，考察中矿矿浆带来的矿泥，或其他有害固体，或可溶性物质是否将累积起来并妨碍浮选；检查和校核所拟定的浮选流程，确定可能达到的浮选指标等。
    近几年来，由于微型连续浮选装置的生产，因而用分批试验法进行实验室浮选闭路试验将逐步被微型连续浮选试验所取代，其试验指标更接近工业生产指标。
   （一）浮选闭路试验的操作技术
    闭路试验的作法是按照开路试验选定的流程和条件，接连而重复地做几个试验，但每次所得的中间产品（精选尾矿、扫选精矿）仿照现场连续生产过程一样，给到下一试验的相应作业，直至试验产品达到平衡为止。例如，如果采用如图2所示的简单的一粗、一精一扫闭路流程，则相应的实验室浮选闭路试验流程如图3所示。

图2

图3
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    还有比图2更复杂的流程闭路试验。在这些试验中有几次精选作业，每次精选尾矿一般顺序返回前一作业，也可能有中矿再磨等。
    一次闭路试验需要两台或更多的浮选机，至少要两个人进行，在一般情况下，闭路试验要接连做5~6个试验，为初步判断试验产品是否已经达到平衡，最好在试验过程中将产品（至少是精矿）过滤，把滤饼称湿重或烘干称重，如能进行产品的快速化验，那就更好。试验是否达到平衡，其标志是最后几个试验的浮选产品的金属量和产率是否大致相等。
    如果在试验过程中发现中间产品的产率一直增加，达不到平衡，则表明中矿在浮选过程中没有得到分选，将来生产时也只能机械地分配到精矿和尾矿中，从而使精矿质量降低，尾矿中金属损失增加。
    即使中矿量没有明显增加，如果根据各产品的化学分析结果看出，随着试验的依次往下进行，精矿品位不断下降，尾矿品位不断上升，一直稳定不下来，这也说明中矿没有是其他方面的原因，也要对中矿单独进行研究后才能确定它的处理方法。
    闭路试验操作中主要应当注意下列问题：
   （1）随着中间产品的返回，某些药剂用量要相应地减少，这些药剂可能包括烃类非极性捕收剂，黑药和脂肪酸类等兼有起泡性质的捕收剂，以及起泡剂。
   （2）中间产品会带进大量的水，因而在试验过程中要特别注意节约冲洗水和补加水，以免发生浮选槽装不下的情况，实在不得已时，把脱出的水留下来作冲洗水或补加水用。
   （3）闭路试验的复杂性和产品存放造成影响的可能性，要求把时间耽搁降低到最低限度。应预先详细地作好计划，规定操作程序，严格遵照执行。必须预先制定出整个试验流程，标出每个产品的号码，以避免把标签或产品弄混所产生的差错。
   （4）要将整个闭路试验连续做到底，避免中间停歇，使产品搁置太久。
   （二）浮选闭路试验结果计算方法
根据闭路试验结果计算最终浮选指标的方法有三：
   （1）将所有精矿合并算作总精矿，所有尾矿合并作总尾矿，中矿单独再选一次，再造精矿并入总精矿中，再选尾矿并入总尾矿中。
   （2）将达到平衡后的最后2~3个试验的精矿合并作总精矿，尾矿合并作总尾矿，然后根据：

                                   总原矿=总精矿+总尾矿
 
的原则反推总原矿的指标。中矿则认为进出相等，单独计算。这与选矿厂设计时计算闭路流程物料平衡的方法相似。
   （3）取最后一个试验的指标作最终指标。
    我们建议采用第二个方法，现将这个方法具体说明如下：
    假设接连共做了五个试验，从第三个试验起，精矿和尾矿的重量及金属量即已稳定了，因而采用第三、四、五个试验的结果作为计算最终指标的原始数据。
    图3表示已达到平衡的第三、四、五个试验的流程图，下表列出了表示各产品的重量、品位的符号，如果将三个试验看作一个总体，则进入这个总体的物料有：

                                  原矿3+原矿4+原矿5+中矿2