浮选柱气泡发射器的性能优化及应用研究.pdf

铜业工程 COPPER ENGINEERINGTotal 182No.4 2023总第182期2023年第4期引文格式引文格式：何泽平,詹涛,张伟明,高腾.浮选柱气泡发射器的性能优化及应用研究 J.铜业工程,2023(4):141-145.浮选柱气泡发射器的性能优化及应用研究何泽平，詹涛，张伟明，高腾（江西铜业股份有限公司城门山铜矿，江西 九江 332100）摘要：城门山铜矿自实施选铜流程优化改造后，在选铜作业精选段引进了浮选柱用于铜精矿回收。浮选柱因其具有优良、高效的充气效率，有助于矿山浮选效率的提升。气泡发射器作为浮选柱的核心部件，其充气性能不仅直接影响浮选柱的工作效率，而且对浮选选别指标的影响也较大。通过分析浮选柱气泡发射器的气泡分布状况，对浮选柱气泡发射器的充气性能进行研究，以及对浮选柱气泡发射器的布局进行优化，既可以促进浮选柱浮选效率的提升，也可以为同行业的浮选柱气泡发射器应用和研究提供经验借鉴。关键词：流程优化；浮选柱气泡发射器；充气性能；布局；浮选效率doi：10.3969/j.issn.1009-3842.2023.04.020中图分类号：TD456 文献标识码：A 文章编号：1009-3842（2023）04-0141-05城门山铜矿（简称“城铜”）是国家规划的九大铜矿区之一，其选矿厂现有一期、二期两个生产作业系统，并先后进行了流程优化改造，且改造后的浮选流程均为“优先选铜，铜尾选硫”，在选铜作业精选段也均采用浮选柱进行泡沫富集、回收。一期采用KYF浮选柱，二期采用CPT浮选柱1。通过选铜作业精选段浮选设备的改型升级，在带来双系统选铜指标稳步提升的同时，也因浮选柱的投用带来了一系列问题。二期浮选柱与一期浮选柱相比较，前者容积大、槽体深，浮选柱气泡发射器的数量多、充气性能2要求也更高。在二期浮选柱投用后，两系统的选铜指标差距明显，且气泡发射器在运行过程中，表现出工作状况不佳，工作气压持续偏低，容易出现气泡发射器枪头堵塞，导致矿浆倒灌，堵塞气管等现象。为此，城铜选矿厂组织技术人员对两系统浮选柱进行取样考察。据考察数据分析发现：两系统铜精矿的品位差距较大，相差幅度达到1.67%，其中1#系统浮选柱段的富集比优于2#系统。为了进一步查明两系统指标出现差异的原因，城铜选矿厂开展了“浮选柱气泡发射器的充气性能测试”工作，主要内容为气含率3测量、气泡大小及分布测定两个部分，并在分析问题根源的基础上，对二期浮选柱气泡发射器的充气性能进行检测及对结构进行优化，以此保障其满足生产的需求。1 浮选柱气泡发射器充气性能测试气泡是泡沫浮选不可或缺的关键因素，有效的气泡发射器能够在最大充气量下产生更多细小、均匀的气泡，因此气泡发射器的充气性能直接影响着浮选柱的浮选效率4及浮选作业的经济指标。1.1气含率大小的测定测量浮选柱气含率有多种方法，如压差法、电导率法、液位上升法等。前两种测量只能得到浮选柱局部的气含率，液位上升法测量的是浮选柱整体的气含率，故本次测量采用液位上升法。液位上升法是在供气压力相同的情况下，分别测量浮选柱充气前液面高度值h1、充气后液面高度值h2，得到浮选柱充气前后液位高度差h=h2-h1。气含率计算公式见式（1）。Eg=hh1 100%式（1）式中，g为浮选柱气含率测量值，%；h为浮选柱充气前后液位高度差，cm；h1为浮选柱充气前液位高度，cm。通过表1测量结果可以得出：2#系统CPT浮选柱气含率均低于1#系统KYF浮选柱气含率，2#系统浮选柱气泡发射器充气性能略低于1#系统气泡发射器充气性能。1.2气泡大小及分布测定为进一步探明2#系统浮选柱气泡发射器的充收稿日期：2022-06-08；修订日期：2023-02-17作者简介：何泽平（1992），男，湖北黄冈人，本科，助理工程师，研究方向：矿物加工现场管理，E-mail：141总第182期铜业工程Total 182气性能，对2#系统浮选柱柱一、柱二气泡发射器发射的气泡大小及分布情况进行测定。气泡的大小测量和分布测定是一个比较复杂的课题，其检测的方法有很多，可分为光、声、电等方法。由于气泡、颗粒、液体是极为复杂的三相体系，目前的检测方法均存在不足之处。城铜智能矿山浮选专家系统5引进的 BFIPS-泡沫图像分析仪6，对浮选作业中的泡沫大小、流速及泡沫分布能够进行在线监测。如图1所示，BFIPS-泡沫图像分析仪采用数字图像处理技术，根据高频高倍相机，实时拍摄浮选泡沫图像7，并通过控制箱中的图像处理平台，实时分析出浮选过程的泡沫流速、泡沫颜色、泡沫大小及泡沫稳定性8（泡沫破裂程度）。其运行工作中测量的泡沫图像如图2所示。表1两系统浮选柱气含率测量结果Table 1Results of gas holdup measurement of two flotation column systems名称1#系统KYF浮选柱2#系统CPT浮选柱浮选柱柱一柱二柱一柱二h/cm147.1101.6140.2141.6h1/cm853.24697.8985.241075.17g/%17.2414.5614.2313.17注：相同条件下供气压力为0.3 MPa，气泡发射器气嘴尺寸为2.54 mm图1BFIPS-泡沫图像分析仪工作原理图Fig.1Working principle of BFIPS-II foam image analyzer图2BFIPS-泡沫图像分析仪运行界面图Fig.2BFIPS-foam image analyzer interface diagram通过BFIPS-泡沫图像分析仪实时显示的浮选泡沫指导参数，能较好地分析出浮选柱局部区域泡沫的大小、数量、颜色及泡沫流速等特征，为本次浮选柱气泡的大小测量、分布测定提供了较为准确的数据。表2为2#系统柱一、柱二泡沫的大小、数量检测结果。可以看出，1#系统浮选柱柱一、柱二局部区域的中泡居多，小泡较少，泡沫韧性较好；而2#系统浮选柱柱一、柱二局部区域的小泡居多，中泡较少。在相同条件下，2#系统浮选柱产生的泡沫总数略低于1#系统浮选柱。这也反映出2#系统浮选柱充气性能略低于1#系统，其浮选柱气泡发射器产生的气泡容易分裂破碎，产生的气泡稳定性相对较差。由于小泡的负载能力相对偏小，在矿物的二次富集过程中，有用矿物脱落的概率也将增大，不利于精矿的二次富集，对铜精矿选别指标有一定程度的影响。由表3可知：两系统浮选柱气泡的分布主要集中在气泡发射器出口至浮选柱中心段的部分区域，且越靠近浮选柱中心，气泡发射器产生的气泡也越多；但接近中心区域，气泡的水量会呈下降趋势。1#系统浮选柱直径相对2#系统浮选柱较小，故对气泡分布的影响也相对较小。由此可知：2#系统比1#系统浮选柱气泡发射器产生的气泡空气分散度低9，中心部分和桶壁周边存在无效充气区域，气泡发射器存在充气量不足的现象。综上所述，2#系统浮选柱富集效果不佳，主要原因是：浮选柱中心部分和靠近桶壁周边存在一定的无效充气区域，该区域产生的气泡利用效率偏低，无法全部弥散整个柱体，导致气含率偏低，使得负载矿物颗粒气泡的上升输送能力不足，容易脱落。2 气泡发射器优化布局的实践与运用在浮选柱气泡发射器的设计和充气性能测试中，发现气泡发射器的充气性能不仅会影响浮选柱的气含率大小，而且对气泡的大小、分布也有直接的影响。影响气泡发射器气含率的因素还包括充气速率、矿浆浓度、气枪结构参数等。在不影响生产和不加大设备投入成本的情况下，我们对浮选柱气泡发射器的布局和气枪结构参数进行调整，使其充气性能达到最优化。2.1气泡发射器布局优化根据以上测试分析，气泡发射器布局的具体优化思路是：浮选柱气泡发射器采用长短枪交替142何泽平等 浮选柱气泡发射器的性能优化及应用研究2023年第4期通过BFIPS-泡沫图像分析仪实时显示的浮选泡沫指导参数，能较好地分析出浮选柱局部区域泡沫的大小、数量、颜色及泡沫流速等特征，为本次浮选柱气泡的大小测量、分布测定提供了较为准确的数据。表2为2#系统柱一、柱二泡沫的大小、数量检测结果。可以看出，1#系统浮选柱柱一、柱二局部区域的中泡居多，小泡较少，泡沫韧性较好；而2#系统浮选柱柱一、柱二局部区域的小泡居多，中泡较少。在相同条件下，2#系统浮选柱产生的泡沫总数略低于1#系统浮选柱。这也反映出2#系统浮选柱充气性能略低于1#系统，其浮选柱气泡发射器产生的气泡容易分裂破碎，产生的气泡稳定性相对较差。由于小泡的负载能力相对偏小，在矿物的二次富集过程中，有用矿物脱落的概率也将增大，不利于精矿的二次富集，对铜精矿选别指标有一定程度的影响。由表3可知：两系统浮选柱气泡的分布主要集中在气泡发射器出口至浮选柱中心段的部分区域，且越靠近浮选柱中心，气泡发射器产生的气泡也越多；但接近中心区域，气泡的水量会呈下降趋势。1#系统浮选柱直径相对2#系统浮选柱较小，故对气泡分布的影响也相对较小。由此可知：2#系统比1#系统浮选柱气泡发射器产生的气泡空气分散度低9，中心部分和桶壁周边存在无效充气区域，气泡发射器存在充气量不足的现象。综上所述，2#系统浮选柱富集效果不佳，主要原因是：浮选柱中心部分和靠近桶壁周边存在一定的无效充气区域，该区域产生的气泡利用效率偏低，无法全部弥散整个柱体，导致气含率偏低，使得负载矿物颗粒气泡的上升输送能力不足，容易脱落。2 气泡发射器优化布局的实践与运用在浮选柱气泡发射器的设计和充气性能测试中，发现气泡发射器的充气性能不仅会影响浮选柱的气含率大小，而且对气泡的大小、分布也有直接的影响。影响气泡发射器气含率的因素还包括充气速率、矿浆浓度、气枪结构参数等。在不影响生产和不加大设备投入成本的情况下，我们对浮选柱气泡发射器的布局和气枪结构参数进行调整，使其充气性能达到最优化。2.1气泡发射器布局优化根据以上测试分析，气泡发射器布局的具体优化思路是：浮选柱气泡发射器采用长短枪交替表32#系统浮选柱不同距离、单位面积内气泡分布测定数据Table 3Data of bubble distribution in different distance and unit area of flotation column of system 2#名称1#系统KYF浮选柱2#系统CPT浮选柱距离浮选柱桶壁/mm35055075095011501350150017503505507509501150135015001750柱一浮选柱直径/m24气泡数量/个425560635601583662512402175227405602654487427387柱二浮选柱直径/m1.53气泡数量/个525675623648642503/228342472567617501465401注：测量单位面积为0.1256 m2；相同条件下供气压力为 0.3 MPa；气泡发射器气嘴尺寸为2.54 mm表22#系统浮选柱相同距离、单位面积内气泡大小测量数据Table 2Bubble size measurement data of flotation column of 2#system at same distance and unit area名称1#系统KYF浮选柱2#系统CPT浮选柱泡沫种类大泡（100150 mm）中泡（50100 mm）小泡（2050 mm）大泡（100150 mm）中泡（50100 mm）小泡（2050 mm）浮选柱一气泡数量/个17284912478241浮选柱二气泡数量/个14252102854150注：测量点到气泡发射器发射距离为500 mm；测量单位面积为0.1256 m2；相同条件下供气压为0.3 MPa；气泡发射器气嘴尺寸为2.54 mm143总第182期铜业工程Total 182分布，同时缩短气泡发射器连接距离，从而延长气泡发射器发射气泡的有效距离，以此提高气泡的分散度，减小浮选柱内的无效充气区域。其气枪布局如图3所示。可以看出，经过布局优化后，2#系统浮选柱一的44根气泡发射器按照长短交错的顺序，依次分布在浮选柱底部桶壁上，被压缩的空气通过气泡发射器进入浮选柱，与矿物颗粒接触。其中，长气泡发射器的顶端距离浮选柱中心距离为1.3 m，将气泡发射器安装短接缩短后，长气泡发射器的顶端距离浮选柱中心距离为1 m，产生的气泡有效距离延长了0.3 m，这也让气泡的弥散空间得到了有效提升10。2.2气泡发射器供气压力、气嘴尺寸优化在一定的矿浆浓度条件下，气泡发射器的供气压力、气嘴大小会直接影响气含率。我们的优化思路是：在工业生产中，探索浮选柱气枪的供气压力、气嘴尺寸与气泡发射器气含率三者之间的联系，并通过优化供气压力和气嘴尺寸，来提高气泡发射器的充气性能。试验数据如表4所示。结果显示：相同气嘴尺寸的气泡发射器，供气压力与气泡发射器的气含率成正相关关系，在0.450.55 MPa压力区间，气含率大小随压力变化更为明显，趋于峰值；当压力超过0.55 MPa，气含率大小随压力变化较小，此时浮选液面大泡较多，泡沫层变薄，会破坏浮选泡沫层，恶化柱内流体流态，紊流增大，不利于浮选。在相同供气压力条件下，不同尺寸的气嘴气泡发射器气含率也有所不同。气嘴尺寸为2.54 mm时，气泡发射器气含率最佳；采用尺寸为1 mm的气嘴时，气含率略低；采用尺寸为3 mm的气嘴时，气含率反而有所下降，气泡发射器产生的微泡也受到影响。在使用不同的气嘴尺寸时，应合理控制好供气压力范围，压力宜在0.450.55 MPa，此时气泡发射器的充气性能佳。选择气嘴尺寸应适宜，不能过小或过大，可根据浮选柱泡沫层、生产指标进行调整。3 结语1）浮选柱气泡发射器产生的气泡大小、分布特征会影响有用矿物二次富集的效果。2）靠近浮选柱中心区域和桶壁周边存在无效充气区域，该区域空气分散度偏低，不利于有用矿图3气枪布局优化前后示意图（a）优化前；（b）优化后Fig.3Schematic diagram of air gun layoutbefore and after optimization （a）Before optimization；（b）After optimization表4气泡发射器供气压力、气嘴尺寸与气含率数据Table 4Data of gas supply pressure，nozzle size and gas holdup of bubble launchers气嘴尺寸/mm12.543供气压力/MPa0.30.350.40.450.50.550.60.650.30.350.40.450.50.550.60.650.30.350.40.450.50.550.60.652#系统柱一气含率/%9.1211.7613.8115.7817.2718.0418.9619.4711.7413.4715.9117.2419.1722.1422.9323.5711.4313.4215.7117.2418.4520.1820.9421.25柱二气含率/%8.2410.7312.2514.0116.4217.318.0119.1411.0213.5715.4217.3918.7320.1820.8421.3910.5412.7814.8916.5118.2119.2420.7321.08144何泽平等 浮选柱气泡发射器的性能优化及应用研究2023年第4期物的回收利用。3）在现有浮选柱气枪结构的基础上，通过优化气泡发射器布局，长短枪交替使用，缩短气枪连接距离，可适当延长气泡发射器产生气泡的有效距离，一定程度上增大气泡发射器的充气有效区域。气泡发射器的气含率、供气压力、气嘴尺寸三者之间关系紧密。气泡发射器供气压力范围选择在0.450.55 MPa为宜，此时气泡发射器的充气性能较好；气嘴的尺寸适当，气泡发射器的气含率才能保持较好的水平。4）本次研究成果为浮选柱气泡发射器的实际运行提供了参考依据，也为该装备在同行业中推广应用提供了经验借鉴。参考文献：1 方雨，骆忠，赵刚，李海斌，李海斌.浮选柱代替浮选机精选在大红山铜矿的试验研究 J.中国矿业，2021，30（s1）：358.2 程雄伟，王怀法.新型射流浮选柱充气性能试验研究J.矿产综合利用，2019（4）：38.3 曾培，张汉彪，李宋江，刘杰.浮选柱气含率的影响因素研究进展研究 J.现代矿业，2018（4）：82.4 符东旭，李海涛，张晓涛，岳丽荣.浮选效率评价方法分析 J.选煤技术，2021（4）：1.5 刘金优，FILIBERTO Orrtante，刘华锋，程堆强.铜浮选专家控制系统设计与运用 J.有色金属（选矿部分），2020（4）：105.6 梁栋华.BFIPS-泡沫图像分析仪软件系统的设计与实现 J.矿冶，2011（4）：102.7 张燕红，刘俊，陈冲，邹声勇，郝兵，谭文才.浮选智能控制系统在某钼矿选厂的应用 J.矿山机械，2021，49（9）：50.8 宋水祥，罗溪梅，马鸣泽，周永锋.泡沫稳定性研究进展 J.矿冶，2019（1）：30.9 韩志彬，张跃军，吴锋，陈飞飞.高浓度浮选的空气分散和悬浮特性研究 J.现代矿业，2019，35（8）：120.10 韩有理.射流-搅拌耦合式浮选引射吸气机理及气体弥散特性研究 D.淮南：安徽理工大学，2020.Optimization Research and Application of Bubble Launcher in Flotation ColumnHE Zeping，ZHAN Tao，ZHANG Weiming，GAO Teng（Chengmenshan Copper Mine，Jiangxi Copper Company Limited，Jiujiang 332100，China）Abstract：After the optimization of the self-separation copper process in Chengmenshan Copper Mine,the flotation column was introduced to recover copper concentrate.Flotation column contributes to the improvement of mine flotation efficiency because of its excellent and efficient inflation efficiency.As the core part of flotation column,the gas-charging performance of bubble launcher directly affects the working efficiency of flotation column,and has a great influence on flotation indexes.By analyzing the bubble distribution of bubble launcher of flotation column,the study on the inflation performance of bubble launcher of flotation column is carried out,and the layout of bubble launcher of flotation column is optimized,which can not only improve the flotation efficiency of flotation column,but also provide reference value for the application and research of flotation column bubble launcher.Key words：process optimization；flotation column bubble launcher；inflatable performance；layout；flotation efficiencydoi：10.3969/j.issn.1009-3842.2023.04.020145