规整填料胶磷矿浮选柱传递特性的基础研究

磷矿是不可再生资源，我国磷矿资源储量位居世界第二，约占世界磷矿资源储量的30%，且87%以上是中低品位磷矿。 随着柱式浮选研究的深入，柱式浮选克服了常规浮选机选矿成本高的缺点，并在煤矿、铁矿、铜铁等领域的应用越来越广。课题开发了中低品位磷矿规整填料柱式浮选装置，完成了磷矿浮选柱内捕集区混合特性、充填浮选柱捕集区气含率、浮选动力学、正反浮选工艺及规整填料浮选柱的工程放大研究。 建立了柱内固体颗粒停留时间分布测试的方法，采用磷矿特征粒径颗粒作为示踪剂，对柱内固体颗粒停留时间分布进行了系统的研究，获得了规整填料浮选柱内颗粒停留时间分布的影响规律，并对操作参数、结构参数与流体流动混合参数进行了关联。 采用气液两相体系，通过动态通气法测定液相体积传质系数kLa值。研究了表观气体流速和捕集区液面高径比等操作因素对规整填料浮选柱捕集区传质特性的影响。同时，获得了液相体积传质系数kLa与操作参数的关系。 通过分析目的颗粒在气液固三相体系中的传递规律，认为浮选过程总的宏观速率RF受扩散传质速率的控制，推导了浮选动力学与传质系数的关联式，发现了浮选动力学常数与体积传质系数之间的比例关系。 采用液位上升法来测量规整填料浮选柱捕集区气含率，结合神经网络构建的BP算法，系统的研究了气体流量、起泡剂用量、床层的高径比等对规整填料浮选柱捕集区气含率的影响规律。以气体流量、起泡剂用量、床层的高径比三个因素作为人工神经网络的输入参量建立了神经网络模型，模拟计算值与实验测量值相吻合，其相对误差小于±5%。 建立了规整填料浮选柱浮选动力学的测试方法，采用矿浆在浮选柱和搅拌槽之间以一定的流速进行循环，模拟柱内捕集区气泡与矿浆的逆流接触，采用非线性最优化参数估计的方法，对一级浮选动力学等5种模型进行了分析和模拟，并对实验值和模型值的相对误差进行了分析。认为一级浮选动力学较适用于填料浮选柱，相对误差5.28%。 针对中低品位磷矿规整填料柱式浮选，系统研究了正、反浮选工艺表观气体流速、表观洗水流速和捕集区高度与柱径比对所得磷精矿品位和回收率影响，认为正浮选柱内的操作在稍小的负偏流、反浮选操作在稍小的正偏流有利于提高磷矿选矿的浮选效率。 根据规整填料浮选柱的混合特性、浮选动力学以及浮选结果，提出了浮选柱浮选的停留时间、速率常数、回收率和结构参数放大的设计依据。 2100433B

我国的矿产资源严重短缺、富矿开采过度，随着国际矿产资源价格上涨，贫杂难选资源急待开发。传统的浮选装置占地面积大、浮选作业流程长，消耗能量大，单槽作业浮选指标还有待进一步提高。随着柱式浮选研究的深入，柱式浮选克服了以上的缺点，并在煤矿、铁矿、铜铁等领域的应用越来越广。本课题基于新型规整填料柱式浮选提高中低品位胶磷矿富集效率的实验研究，根据胶磷矿的组成结构和化学性质，在药剂制度一定的情况下，建立柱内捕集区浮选动力学方程。通过对柱内捕集区浮选过程的分析，研究颗粒和气泡间相际接触行为，探索其内在的传质机理，并将浮选动力学与传质过程相关联。在此基础上，建立柱内捕集区回收率与扩散参数的关系，确立捕集区浮选体系的流体流动模型，为规整填料柱式浮选柱的工程放大及应用奠定扎实的基础。

优点

浮选柱与浮选机相比有其自身优点：结构简单，占地面积小；无机械运动部件，安全节能；浮选动力学稳定，气泡相对较小，分布更为均匀，气泡-颗粒浮选界面充足，富集比大、回收率高、适合于微细粒级矿物的选别并且易于实现自动化控制和大型化；浮选速度快，可简化浮选流程，有效降低浮选作业次数。

除上述优点以外，浮选柱与浮选机相比还具有其自身局限性：设备高度大，冲洗水增加了设备运行成本；不适合粗颗粒矿物的选别，粗颗粒与气泡接触几率小；解离不充分的矿物难以发挥浮选柱提高精矿品位的优越性，常以损失回收率为代价达到提高精矿品位的目的；对化学性质反应敏感、黏度大的矿浆会导致细粒脉石长时间在柱内停留，从而恶化选别效果；主要应用于精选作业，在粗选作业中使用效果不够理想。

缺点

浮选柱的特点是结构简单，能耗低、占地面积小，操作控制容易，适用于处理微细粒矿物。但充气器易结垢堵塞，矿浆在柱体内易上下翻腾以及对各类矿石的适应性不强。20世纪80年代以后，许多国家都加强了对浮选柱的研究工作，出现了一批比较新颖的的浮选柱，如柱内充以波浪板迭置成的介质床层，分层处于“静态”条件，泡沫层稳定且不用专门的发泡器的充填介质浮选柱；在柱底采用电解发泡方式产生微泡的电浮选柱；在给料下方柱周加线圈，使柱轴向产生纵向磁场，有利于矿浆充分分散的磁浮选柱；内置多孔介质柱体，重选作用和浮选作用相结合，强化浮选效应的的旋流充气浮选柱；柱体高度低、给料与空气预先混合给入，矿化好，浮选速度快的詹姆森（Jameson）浮选柱等。工业上应用的浮选柱最大直径已达5.6m，高12m。

因此，工业生产中应用好坏主要取决于充气器的应用是否成功。此外浮选柱柱体较高，欲使矿浆自流，则配置复杂，高差损失大，因而常需另设矿浆提升装置。

我国磷矿资源比较丰富，已探明的资源储量仅次于摩洛哥和美国，居世界第3位。云南、贵州、四川、湖北和湖南5省是我国主要磷矿资源储藏地区，储量达98.6亿t，占全国总储量的74.5%。