馬寵涵，樊學(xué)賽，陳飛飛

（北礦機(jī)電科技有限責(zé)任公司,北京 100160）

0 引言

釩鈦磁鐵礦是支撐我國(guó)釩鈦產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要資源，攀西地區(qū)已探明釩鈦磁鐵礦資源儲(chǔ)量超過(guò)100億t[1]，其中鈦資源儲(chǔ)量（以TiO2計(jì)）6.01 億t，占全國(guó)總儲(chǔ)量的90.54%[2]。某選廠樣品中金屬礦物絕大部分為鈦鐵礦（FeTiO3），鈦鐵礦中的TiO2理論含量為52.63%，是提取鈦和二氧化鈦的主要礦物。鈦鐵礦浮選流程由于存在粒度粗、比重大、濃度高、產(chǎn)率大、中礦返回量大等特點(diǎn)，同時(shí)，對(duì)于鈦浮選工藝及專用裝備的基礎(chǔ)理論不足，導(dǎo)致傳統(tǒng)的常規(guī)浮選機(jī)容易出現(xiàn)沉槽、流程不暢、粗顆?；厥章实秃筒妒談┫牧看蟮募夹g(shù)難題。

該選廠選鈦?zhàn)鳂I(yè)由破碎-拋廢-磨礦-選鐵-選鈦-脫水六部分組成，選鈦在選鐵作業(yè)之后，先強(qiáng)磁回收選鐵尾礦中的鈦，得到鈦粗精礦，對(duì)鈦粗精礦脫除部分細(xì)泥后浮選脫硫，脫硫尾礦作為鈦浮選的給礦。鈦浮選系統(tǒng)分為4 個(gè)系列，其中Ⅰ、Ⅱ系列配置8 m3和4 m3的浮選機(jī)和直徑1 500 mm 的攪拌桶，Ⅲ、Ⅳ系列配置16 m3的浮選機(jī)和直徑2 500 mm 的攪拌桶。4 個(gè)系列的鈦浮選工藝和藥劑制度相同，皆為一粗兩掃四精，即脫硫尾礦作為鈦浮選給礦，調(diào)漿后經(jīng)一次粗選兩次掃選得到鈦浮選尾礦，鈦粗精礦經(jīng)過(guò)四次精選得到鈦精礦產(chǎn)品。

為了進(jìn)一步提高選廠各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)，需要對(duì)如今的設(shè)備性能進(jìn)行考察，了解設(shè)備運(yùn)行參數(shù)。詳細(xì)的動(dòng)力學(xué)考察有利于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整優(yōu)化，提升系統(tǒng)的適應(yīng)性及分選效果。系統(tǒng)分析現(xiàn)有流程與裝備的分選效果，查明制約鈦浮選指標(biāo)提高的瓶頸，同時(shí)為浮選流程設(shè)備的改造提供數(shù)據(jù)支撐。

1 鈦浮選動(dòng)力學(xué)測(cè)試及分析

為了考察鈦浮選系統(tǒng)現(xiàn)有浮選設(shè)備的分選效果，深入了解現(xiàn)有鈦浮選系統(tǒng)的浮選設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，于是對(duì)現(xiàn)有的選鈦系統(tǒng)進(jìn)行了較為詳細(xì)的浮選動(dòng)力學(xué)測(cè)試和和現(xiàn)場(chǎng)考察。測(cè)試主要包括以下四個(gè)方面：浮選機(jī)的充氣量和空氣分散度測(cè)試、礦漿相泡沫負(fù)載率測(cè)試、礦漿懸浮能力測(cè)試以及氣含率測(cè)試。浮選動(dòng)力學(xué)測(cè)試主要在Ⅳ系列和Ⅰ系列進(jìn)行。測(cè)試期間Ⅳ系列給礦量約為1 890 t/d，Ⅰ系列給礦量約為700 t/d，給礦濃度65%。選礦設(shè)備配置及流程如圖1、2 所示。

圖1 Ⅳ系列選鈦浮選機(jī)平面布置Fig.1 Series Ⅳ titanium flotation cell layout

圖2 Ⅰ系列選鈦浮選機(jī)平面布置Fig.2 Series Ⅰ titanium flotation cell layout

1.1 浮選機(jī)充氣量和空氣分散度測(cè)試及分析

礦物類型不同、浮選作業(yè)不同對(duì)充氣量的需求不同，應(yīng)用排水取氣法對(duì)鈦鐵礦浮選的各作業(yè)進(jìn)行了充氣量和空氣分散度的測(cè)試[3]。浮選機(jī)內(nèi)均勻的空氣分布有利于氣泡與礦物顆粒更充分的接觸，有效增加氣泡-顆粒碰撞概率，從而提高浮選效率[3]。

充氣量Jg是指每平方米浮選機(jī)液面上每分鐘逸出的空氣體積，它是表征浮選機(jī)充氣能力的量度。充氣量測(cè)試選擇點(diǎn)為IV 和I 系列粗選、掃選、精選作業(yè)的每臺(tái)浮選機(jī)。利用排水集氣法測(cè)試了XCF/KYF-16、SF/JJF-8、SF/JJF-4 浮選機(jī)的充氣量，如圖3 所示?？諝夥稚⒍圈鞘潜碚鞲∵x機(jī)內(nèi)空氣分散均勻程度的參數(shù)，是浮選機(jī)葉輪定子氣體分散功能的重要評(píng)價(jià)參數(shù)。浮選機(jī)內(nèi)均勻的空氣分布有利于氣泡與礦物顆粒更充分的接觸，有效增加氣泡-顆粒碰撞概率，從而提高浮選效率。對(duì)IV 系列粗選、掃選、精選作業(yè)每臺(tái)浮選機(jī)均進(jìn)行了充氣量以及空氣分散度的測(cè)試。受限于現(xiàn)場(chǎng)空間，每槽選擇橫截面上較為均布的8 個(gè)點(diǎn)，如圖4 所示。測(cè)試數(shù)據(jù)詳見表1、2。

表1 Ⅳ系列各槽充氣量Jg 及空氣分散度ηTable 1 Series Ⅳ Air filling volume Jg and air dispersion η of each tank

表2 Ⅰ系列各槽充氣量JgTable 2 Series Ⅰ Air filling volume Jg of each tank

圖3 排水集氣法充氣量測(cè)試示意（單位：mm）Fig.3 Schematic diagrams of aeration volume test using drainage and gas collection method

圖4 浮選機(jī)空氣分散度及充氣量測(cè)量點(diǎn)Fig.4 Flotation cell air dispersion and aeration measurement points

IV 系列粗選充氣量0.37～0.76 m3/(m2·min)，掃選充氣量0.18～0.41 m3/(m2·min)，精選充氣量0.13～1.62 m3/(m2·min)；I 系列粗選充氣量0.53～0.9 m3/(m2·min)，掃選充氣量0.26～0.77 m3/(m2·min)，精選充氣量0.3～1.01 m3/(m2·min)；通常而言，粗選為保證回收率，浮選機(jī)充氣量較大，如黃銅礦浮選粗選充氣量可達(dá)1.0 m3/(m2·min)。但礦物性質(zhì)不同，所需充氣量不盡相同，建議現(xiàn)場(chǎng)可小幅度調(diào)整充氣量，逐漸摸索充氣量和生產(chǎn)指標(biāo)的關(guān)系，指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。

各臺(tái)浮選機(jī)空氣分散度數(shù)據(jù)見表1?？傮w而言，各臺(tái)浮選機(jī)空氣分散度偏小，且氣體在整個(gè)槽體截面內(nèi)的分散不均勻，大部分浮選機(jī)空氣分散度小于1，表明葉輪定子之間的配合較差，空氣在槽體截面上分散不均，同時(shí)吸漿槽浮選機(jī)空氣分散度明顯小于直流槽，空氣分散效果不理想。建議優(yōu)化葉輪-定子系統(tǒng)，改善空氣分散度。

1.2 礦漿相泡沫負(fù)載率測(cè)試分析

浮選機(jī)的氣泡負(fù)載率（L）是指礦漿相中單位體積氣泡攜帶的礦物顆粒的質(zhì)量，即氣泡攜帶礦物的總質(zhì)量m和氣泡的總體積V的比值，L=m/V。氣泡負(fù)載率主要用來(lái)表征礦漿相中氣泡對(duì)礦物顆粒的負(fù)載能力，它一方面可以反映藥劑對(duì)礦化過(guò)程的作用，另一方面可以揭示浮選機(jī)內(nèi)流體動(dòng)力學(xué)環(huán)境對(duì)礦化的影響[4]。選?、粝盗写诌x、掃選Ⅰ、掃選Ⅱ、精選Ⅰ四個(gè)作業(yè)第2 臺(tái)浮選機(jī)，在浮選機(jī)泡沫層下礦漿相中取樣分析泡沫負(fù)載特性，獲取粘附到氣泡上顆粒的粒度組成和品位分布，評(píng)估粗粒礦物能否粘附并被氣泡帶到礦漿交接面。溢流堰1 010、640、270 mm，共取3 個(gè)，如圖5 所示。各浮選機(jī)礦漿中3 個(gè)深度取樣的品位和氣泡負(fù)載率數(shù)據(jù)如表3 所示。

表3 氣泡負(fù)載率分布Table 3 Air bubble loading distribution

圖5 泡沫負(fù)載率測(cè)試點(diǎn)Fig.5 Measurement positions of air bubble loading

粗選第2 槽礦化氣泡從距溢流堰深度1 010 mm運(yùn)動(dòng)到270 mm 的過(guò)程中，攜帶的礦物品位幾乎不變，泡沫負(fù)載率先增加再小幅減少，整體呈上升趨勢(shì)，可初步推斷出本槽礦化氣泡在溢流堰附近存在脫附的現(xiàn)象，礦化氣泡不能及時(shí)排出。掃選Ⅰ第2 槽礦化氣泡從距溢流堰深度1 010 mm 運(yùn)動(dòng)到270 mm的過(guò)程中，氣泡負(fù)載率逐漸下降，而品位逐漸升高，這表明掃選Ⅰ作業(yè)礦化氣泡在上升過(guò)程中存在一定的脫落；掃選Ⅱ第3 槽礦化氣泡從距溢流堰深度1 010 mm 運(yùn)動(dòng)到270 mm 的過(guò)程中，氣泡負(fù)載率下降較為明顯，而品位略微上升，這表明掃Ⅱ作業(yè)礦化氣泡存在較為嚴(yán)重的脫附現(xiàn)象；精選Ⅰ第2 槽礦化氣泡從距溢流堰深度1 010 mm 運(yùn)動(dòng)到270 mm 的過(guò)程中，氣泡負(fù)載率逐漸降低，而品位基本保持不變，這表明精I(xiàn) 作業(yè)礦化顆粒脫落較為嚴(yán)重，作業(yè)富集效果較差[5]。

粗選、掃Ⅰ、掃Ⅱ、精Ⅰ作業(yè)第2 臺(tái)浮選機(jī)礦漿中3 個(gè)深度取樣氣泡攜帶礦物的品位、產(chǎn)率分布和金屬量分布如圖6～9 所示。

圖6 粗選第2 槽泡沫負(fù)載粒級(jí)篩析結(jié)果Fig.6 The results of the second tank of Rougher froth load particle size screening

圖7 掃選Ⅰ第2 槽泡沫負(fù)載粒級(jí)篩析結(jié)果Fig.7 The results of the second tank of Scavenger Ⅰ froth load particle size screening

圖8 掃選Ⅱ第2 槽泡沫負(fù)載粒級(jí)篩析結(jié)果Fig.8 The results of the second Scavenger Ⅱ froth load particle size screening

圖9 精選Ⅰ第2 槽泡沫負(fù)載粒級(jí)篩析結(jié)果Fig.9 The results of the second tank of Cleaner Ⅰ froth load particle size screening

分析可知，粗選作業(yè)中泡沫從1 010 mm 上升到270 mm 過(guò)程中，從泡沫層中脫落的顆粒以粗粒級(jí)產(chǎn)品為主；掃選Ⅰ作業(yè)回收以細(xì)粒級(jí)為主，隨著氣泡的上升，粗粒級(jí)產(chǎn)率、金屬量略微降低，細(xì)粒級(jí)產(chǎn)率、金屬量略微上升；掃選Ⅱ作業(yè)則有利于粗粒級(jí)產(chǎn)品的回收，粗粒級(jí)產(chǎn)率及金屬量增幅較大；精選Ⅰ作業(yè)過(guò)程對(duì)粗細(xì)粒級(jí)產(chǎn)品均有較好的回收，但對(duì)粗顆粒的回收更有利。

為降低粗粒級(jí)礦化氣泡脫落概率，建議進(jìn)行選鈦浮選機(jī)“淺槽化”設(shè)計(jì)研究，從而減小礦化氣泡的上升運(yùn)輸路徑。

1.3 礦漿懸浮能力測(cè)試

礦漿懸浮是指礦漿中的礦物顆粒所達(dá)到的懸浮狀態(tài)，它直接影響礦物顆粒與藥劑的混合效果，顆粒與氣泡的碰撞概率，浮選機(jī)內(nèi)充分的礦物懸浮是獲得良好浮選指標(biāo)的前提條件[6]。選?、粝盗羞x鈦系統(tǒng)每個(gè)作業(yè)的第2 臺(tái)浮選機(jī)進(jìn)行礦漿懸浮能力測(cè)試，每臺(tái)浮選機(jī)在軸向方向選取4 個(gè)測(cè)點(diǎn)；選取Ⅰ系列粗選、掃選Ⅰ、精選Ⅰ、精選Ⅲ四個(gè)作業(yè)的第2 臺(tái)浮選機(jī)進(jìn)行礦漿懸浮能力測(cè)試，每臺(tái)浮選機(jī)在軸向方向選取3 個(gè)測(cè)點(diǎn)。對(duì)Ⅳ系列礦樣分析濃度和篩分化驗(yàn)，對(duì)Ⅰ系列礦樣只分析濃度。Ⅳ系列深槽取樣的4 個(gè)深度距溢流堰下方600、1 100、1 600、2 100 mm，如圖10 所示；Ⅰ系列深槽取樣的3 個(gè)深度距溢流堰下方500、900、1 300 mm，如圖11 所示。Ⅰ、Ⅳ系列各臺(tái)浮選機(jī)內(nèi)礦漿濃度和品位分布見表4、5。

表4 Ⅳ系列各作業(yè)第2 臺(tái)浮選機(jī)礦漿濃度Table 4 Series Ⅳ slurry concentration of the second flotation machine in each operation

表5 I 系列各作業(yè)第2 臺(tái)浮選機(jī)礦漿濃度Table 5 Series Ⅴ slurry concentration of the second flotation machine in each operation

圖10 Ⅳ系列深槽取樣示意（單位：mm）Fig.10 Schematic diagram of Series Ⅳ deep cell sampling

圖11 Ⅰ系列深槽取樣示意（單位：mm）Fig.11 Schematic diagram of Series Ⅰ deep cell sampling

分析可知，IV 系列各臺(tái)浮選機(jī)均存在明顯的分層現(xiàn)象，即距溢流堰1 100 mm 以下礦漿濃度相差不大，隨著距溢流堰深度減小，濃度明顯下降。I 系列浮選機(jī)礦漿濃度相差不大，僅在距離溢流堰500 mm 范圍內(nèi)存在一定的濃度變化，相對(duì)而言懸浮能力較好。

建議提高浮選機(jī)內(nèi)運(yùn)輸區(qū)高度，將粗粒級(jí)礦物輸送至更高的位置，有利于降低粗粒級(jí)礦化氣泡的輸送距離，提升粗粒級(jí)礦物的回收效果。

1.4 氣含率及浮選時(shí)間衡算

氣含率是指空氣在全部混合物（礦漿與空氣）中所占的體積分?jǐn)?shù)。氣含率不僅影響氣泡大小的分布情況，還影響浮選速率和選擇性[7]。氣含率增加到某一值就能改善浮選動(dòng)力學(xué)，這是因?yàn)閱挝惑w積內(nèi)氣泡數(shù)量增加了；但氣含率過(guò)大又會(huì)產(chǎn)生不利影響，因?yàn)檫@樣會(huì)明顯降低礦漿在浮選機(jī)槽體內(nèi)的停留時(shí)間，所以不同類型的浮選機(jī)操作，需要對(duì)應(yīng)不同的氣含率。

采用氣含率測(cè)定儀對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各作業(yè)第2 臺(tái)浮選機(jī)進(jìn)行測(cè)試，在分別距溢流堰800、1 300、1 800 mm三個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，在同一測(cè)試深度進(jìn)行3 次測(cè)定，取其平均值作為該處的氣含率。各作業(yè)的各個(gè)測(cè)試結(jié)果如表6 所示，分析數(shù)據(jù)可知，各作業(yè)第2 臺(tái)浮選機(jī)平均氣含率波動(dòng)較大，在4.0%～10.4%變化，氣含率分布較不均勻、不穩(wěn)定，間接表明浮選機(jī)操作過(guò)程中缺乏規(guī)律，不能能夠保證礦物顆粒與氣泡間的碰撞、粘附概率。

表6 各作業(yè)氣含率測(cè)試及浮選時(shí)間核算結(jié)果Table 6 Gas holdup test and flotation time calculation results of each bank

浮選機(jī)的容積系數(shù)在0.66～0.92，粗、掃作業(yè)浮選機(jī)浮選時(shí)間在6.76～13.56 min，精選作業(yè)浮選時(shí)間在5.11～18.17 min，總浮選時(shí)間為72.87 min，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，合理設(shè)置浮選時(shí)間，保證最佳回收率。建議采用浮選自動(dòng)控制系統(tǒng)，更好的控制液位、氣量、泡沫層厚度等參數(shù)，提高各項(xiàng)指標(biāo)。

2 結(jié)論

詳細(xì)的浮選動(dòng)力學(xué)測(cè)試，查明了當(dāng)前浮選生產(chǎn)工藝中存在的問(wèn)題，揭示了鈦浮選的浮選動(dòng)力學(xué)特征，得到以下結(jié)論：

1) 鈦浮選入浮濃度較高，利用排水取氣法對(duì)不同作業(yè)的浮選機(jī)的充氣量和空氣分散度進(jìn)行了測(cè)試。經(jīng)過(guò)計(jì)算得出的空氣分散度大部分小于1，表明葉輪定子之間的配合較差，空氣在槽體截面上分散不均，同時(shí)吸漿槽浮選機(jī)空氣分散度明顯小于直流槽，空氣分散效果不理想。

2) 鈦浮選由于入選品位高、粒度粗，粗粒級(jí)礦物易碰撞粘附，但粗粒級(jí)礦化氣泡上升運(yùn)輸過(guò)程中脫落概率大，氣泡負(fù)載率的測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了這一點(diǎn)。

3) 根據(jù)礦漿懸浮能力測(cè)試結(jié)果顯示，粗粒級(jí)懸浮能力較差，Ⅳ系列各臺(tái)浮選機(jī)均存在明顯的分層現(xiàn)象，即距溢流堰1 100 mm 以下礦漿濃度相差不大，隨著距溢流堰深度減小，濃度明顯下降。

4) 氣含率測(cè)試結(jié)果顯示設(shè)備平均氣含率波動(dòng)較大，表明浮選機(jī)的操作過(guò)程中缺乏規(guī)律。