浮选工艺化学影响因素及调控

一、矿浆酸碱度、水质、温度

1.水质及浆体的液相组成

水的质量及浆体的液相组成对浮选过程有很大影响，浮选用水必须保持洁净，如果使用受污染的水或循环水时，必须进行必要的净化。

天然水中溶解有许多化合物，并有软水和硬水之分，各国计算硬度的标准和方法也不相同，我国一般是按水中Ca²⁺、Mg²⁺含量标定水的总硬度，其计算公式为：

水的总硬度＝[Ca²⁺]÷20.02+[Mg²⁺]÷12.15

式中：[Ca²⁺]、[Mg²⁺]分别为Ca²⁺、Mg²⁺在水中的浓度，mg/L。

0.5mol/L称为1度。硬度小于4者称为软水，4~8者称为中硬水，8~10者称为极硬水。

物料在磨碎和浮选过程中，由于氧化、溶解，常使水中含有该物料溶解的阳离子，这些难免离子及硬水中的钙、镁离子等对浮选过程常产生多方面的影响。

用脂肪酸及其皂浮选非硫化矿时，硬水中的Ca²⁺、Mg²⁺会与脂肪酸捕收剂反应生成难溶的沉淀，消耗大量的脂肪酸。重金属离子如Cu²⁺、Fe³⁺等与黄药类捕收剂也能生成重金属黄原酸盐沉淀，消耗大量的黄药类捕收剂。难免离子还会吸附在某些固体表面，改变其可浮性，破坏浮选过程的选择性。

消除和控制难免离子对浮选的不良影响，通常采用适当的药剂来解决。比如，加碳酸钠使钙、铁等离子生成难溶的沉淀使之除去，加氰化钾消除活化闪锌矿的铜离子，控制pH，使浆体中难免离子尽量沉淀除去。

2.温度

浆体温度也是影响浮选工艺的重要因素之一。加温可以加速分子热运动，因此有利于药剂的分散、溶解、水解、分解以及提高药剂与颗粒表面作用的速度；同时也促进药剂的解吸；促使颗粒表面氧化等等。加温对浮选过程可产生多方面的影响。

用油酸浮选白钨矿时，浆体温度保持在20℃以上即可得到较好的效果，而使用氧化石蜡皂浮选时，则需要35℃才能获得较好的指标。在使用胺类捕收剂浮选时，为了加速药剂的溶解，配制胺类溶液时，也需加温处理。

近年来，对硫化矿进行加温浮选得到日益广泛的应用。加温可以改善细粒物料的可浮性，减少脱泥的必要性，缩短搅拌和浮选时间，降低药剂用量，降低能耗，减少过量药剂造成的环境污染。

常用的硫化矿加温浮选工艺有以下三种：

(1)加温使药剂解吸，即将浆体加温搅拌，同时加入石灰，可以将硫化物矿物颗粒表面的黄药薄膜脱除。实践表明，加5~10kg/t石灰，加热至沸腾，可以将硫化物矿物颗粒表面的捕收剂薄膜脱除干净，再加抑制剂可以实现多种金属矿物之间的有效分离。

(2)加温使固体的氧化加快，即氧化性加温。氧化后的物料变得容易被抑制。比如对于铜-钼混合浮选的疏水性产物，加入石灰造成高碱度，加温充气搅拌，使硫化铜和硫化铁矿物氧化，而辉钼矿不被氧化，再使用硫化钠法浮钼抑铜和铁的硫化物矿物，结果使铜-钼分离的效果得到明显改善。

(3)加温强化药剂的还原作用，即还原性加温，使用SO₂等还原性药剂，通过加温强化药剂的还原作用，加强对颗粒的抑制作用。例如，铜铅混合精矿，经蒸汽加温至70℃左右，通入SO₂，pH降低至5.5左右，方铅矿失去了可浮性，而黄铜矿仍有很好的可浮性，从而在不使用氰化物、重铬酸钾等毒性药剂的条件下，实现铜-铅有效分离。

常用的加温方法有蒸汽直接喷射、使用蒸汽蛇形管、电阻直接加热、直接使用工业热回水等，工业上使用蒸汽直接加热较为普遍。加温浮选虽有很多优点，但实践中还存在很多问题，比如，因浆体加温至70℃，厂房内温度高，使劳动条件恶化。由于加温强化了对物料的抑制作用，常导致中间产物的循环量很大。此外，由于加温使浮选机受热，需要注意设备的润滑和防腐。

二、药剂制度的调节

药剂制度的调节(或称药方)主要是指浮选所用药剂种类及其药量；其次是指药剂添加的顺序、地点和方式(一次加入还是分批加入)、药剂的配制方法以及药剂的作用时间等。实践证明，药剂制度对浮选指标有重大影响，是泡沫浮选过程最重要的影响因素之一。

1.药剂的种类、混合用药及药剂用量

药剂的种类选择，主要是根据所处理物料的性质，可能的流程方案，并参考国内外的实践经验，通过试验加以确定的。

根据固体表面不均匀性和药剂间的协同效应，各种药剂混合使用在应用中取得了良好效果，并得到了广泛应用。混合用药的使用主要包括以下两个方面：

(1)不同捕收剂的混合使用，即同系列药剂混合，如低级与高级黄药混合使用、各种硫化矿捕收剂混合使用(如黄药与黑药混合使用或与溶剂、乳化剂、润湿剂混合使用)、氧化矿的捕收剂与硫化矿的捕收剂共用、阳离子捕收剂与阴离子捕收剂共用、大分子药剂与小分子药剂共用或混用等。

(2)调整剂联合使用，即为了加强抑制作用，将几种抑制剂联合使用，如氰化物与硫酸锌混用、亚硫酸盐与硫酸锌混用等等。

浮选实践表明，无论是捕收剂和起泡剂，还是抑制剂和活化剂，以及介质pH调整剂等的用量都必须适当，才能获得较好的浮选效果，提高浮选速度，用量过高或过低均对浮选不利。

2.药剂的配制及提高药效的措施

同一种药剂的配制方法不同，其适宜用量和效果都不同。配制方法的选择主要根据药剂的性质、添加方法和功能。

大多数溶于水的药剂均配制成水溶液，例如水溶性药剂黄药、硫酸铜、硫酸锌、氰化钾、重铬酸钾等，通常均配成5%~10%的水溶液使用。

对于一些难溶性药剂，则需要采用特殊方法进行配制。例如将石灰磨到10~100μm后在室温条件下与水混合搅拌配成石灰乳；将脂肪酸类捕收剂进行皂化处理后使用；将脂肪酸类、胺类捕收剂及白药等溶在某些特定的溶剂中制成药液使用；对于油酸、煤油、松醇油、柴油等，借助强烈的机械搅拌或超声波处理进行乳化，或加入乳化剂进行乳化后使用；利用一种特殊的喷雾装置，使药剂在空气中进行雾化后使用(即气溶胶法)等。

另外，还可以对药剂进行电化学处理，亦即在溶液中通入直流电，改变药剂本身的状态、溶液的pH和氧化还原电位等，从而提高药剂的活性组分或提高难溶药剂的分散程度等等。例如，采用对黄药进行催化氧化处理后，不仅在黄药中形成一定比例的双黄药，而且形成的双黄药能分散成28~30μm的微细液滴，使黄药效能得到充分发挥。

3.药剂的添加

 浮选过程常需加入几种药剂，它们与浆体中各组分往往存在着复杂的交互作用，所以药剂的合理添加也是优化浮选药剂制度的重要因素。

(1)加药顺序及加药地点。

通常浮选的加药顺序为：介质pH调整剂→抑制剂→捕收剂→起泡剂；浮选被抑制过的物料的加药顺序为：活化剂→捕收剂一起泡剂。在加入捕收剂前，添加抑制剂或活化剂是为了使固体表面优先受到抑制或活化，提高分选过程的选择性，减少药剂消耗。

药剂的添加地点主要取决于药剂与物料作用所需时间、药剂的功能及性质。生产中通常将pH调整剂和抑制剂加于球磨机中，使其充分发挥作用；将活化剂、起泡剂和易溶的捕收剂加于浮选前的搅拌槽中；将难溶的药剂加在球磨机中。

(2)加药方式。

浮选药剂可以一次添加，也可以分批添加。一次添加是指将某种药剂在浮选前一次将全部药剂用量加入，这样可提高浮选过程初期的浮选速度，因操作管理比较方便，生产中常被采用。实践表明，易溶、且不易失效的药剂(如石灰、碳酸钠、黄药等)均适宜采用一次加药方式。分批添加是指将某种药剂在浮选过程中分几批加入，这样可以维持浮选过程中的药剂浓度，有利于提高产品质量。对于难溶于水的药剂、易被泡沫带走的药剂(如油酸、脂肪胺类捕收剂等)、在浆体中易起反应的药剂(如二氧化碳、二氧化硫等)等，若只在一点上加药，则会很快失效，所以通常采用分批添加的方式。对于要求严格控制用量的药剂(如硫化钠)也必须采用分批添加方式。

(3)药剂最佳用量的控制与调节。.

药剂制度的优化和控制，对浮选过程的稳定和最大限度地降低药剂消耗是非常重要的，因而常常需要通过实验室试验和工业试验了解浆体中各种药剂与物料之间的相互作用，了解各种药剂浓度的互相关系，建立在不同条件下的函数式(或称数学模型)，求出各种物料在不同条件下的特征数据(参数)。

三、调泡

泡沫浮选是在液-气界面进行分选的过程，因此泡沫起着重要的作用。浮选泡沫的气泡大小、泡沫的稳定性、泡沫的结构及泡沫层的厚度等均能影响浮选指标。

1.浮选泡沫及对泡沫的要求

在浮选过程中，疏水性颗粒附着在气泡上，大量附着颗粒的气泡聚集于浆体表面，形成泡沫层。这种泡沫称为三相泡沫。

为了加速浮选，就必须创造大量能附着疏水颗粒的气—液界面，界面的增加决定于：

(1)起泡剂：它的作用就在于帮助获得大量的气—液界面。

(2)充气量：使足够量的空气进入浆体中。

(3)空气在浆体中的弥散程度：空气弥散度增加，界面随之增大。

进入的空气量一定时，形成的气泡愈小，界面的总面积愈大。要求气泡携带颗粒要有适当的上升速度，气泡过小难于保证充分的上浮力。气泡过大，会降低界面面积，同样降低了浮选速度，因此浮选的气泡大小必须适合。

为了提高浮选过程的稳定性，浮选过程要求泡沫具有一定的强度。保证泡沫能顺利地从分选设备中排出所要求的泡沫的稳定时间，因不同的浮选作业而异，通常精选应长一些，而扫选应短一些，一般介于10~60s。

2.泡沫稳定性的影响因素

浮选过程中存在的都是含有颗粒的三相泡沫，在有起泡剂的条件下生成的三相泡沫，一般比两相泡沫更加稳定。其原因是：

(1)颗粒覆盖在气泡表面，成为防止气泡兼并的障碍物。

(2)被浮选颗粒的接触角一般均小于90°，颗粒突出于气泡壁之外，相互交错，使气泡间的水层如同毛细管一样，增大了水层流动的阻力。

(3)固着捕收剂的颗粒因表面捕收剂分子相互作用，增强了气泡的机械强度。颗粒疏水性愈强，形成的三相泡沫也愈稳定。

浮选过程中使用的各种药剂，凡能改变颗粒表面疏水性的，均影响泡沫的稳定性。捕收剂可增强泡沫的稳定性，而抑制剂则相反；易浮的扁平颗粒及细粒药剂使泡沫增强，粗粒及球形颗粒药剂形成的泡沫较脆。

3.“二次富集作用”及调节

在三相泡沫中，常夹带有部分连生体及亲水性颗粒，这些颗粒之所以进入了泡沫，一部分是由于表面固着了捕收剂，形成了较弱的疏水性，附着于气泡被带入泡沫，但大部分是由于机械夹杂进来的。由于泡沫层中水层向下流动，可以冲洗大部分夹杂的颗粒，使之落回浆体中。此外，当气泡在泡沫层中兼并时，气—液界面的面积减小，气泡上原来负荷的颗粒重新排列，发生“二次富集作用”，使疏水性强的仍附着于气泡上，弱者被水带到下层或落入浆体中。因而，浮选泡沫中上部的疏水性产物的质量高于下层的。

为了有效利用“二次富集作用”提高疏水性产物的质量，可以适当调整泡沫层的厚度和在槽内的停留时间。泡沫层愈厚，刮泡速度愈慢，疏水性产物的质量愈高。泡沫层厚度和停留时间的调节是浮选工艺操作的重要因素之一。若泡沫过黏，气泡间水层难于流动，二次富集作用效果显著降低。为此可在精选槽中采用淋洗法，增大泡沫中流动的水量，从而增强分选作用，提高疏水性产物的质量。在淋洗过程中必须注意喷水的速度、水量，并适当增加起泡剂用量，以防止回收率降低。