HIF-130浮选机在铜尾矿选铜中的设计与应用.pdf

研究了采用HIF-130浮选机处理选铜尾矿的技术可行性，并详细描述了HIF-130浮选机在尾矿再选方面的设计特点。这些特点包括槽体内循环强化配置、泡沫稳定快速回收装置、高效叶轮定子搅拌装置、液位检测与控制系统、泡沫图像优化控制系统以及充气量在线测量及沉槽监测装置等：即在浮选机构建上针对目的矿物难矿化、易脱落的特点，采用大型中置叶轮型浮选机结构，通过扩大容积给予难矿化颗粒以足够的浮选时间，使矿粒与气泡、药剂等发生充分作用，形成有效的矿化气泡；借着通过中置叶轮与假底、导流筒相配合，在浮选槽内形成低紊流的大循环流程，并通过引人循环区使矿化气泡的迁移距离变短，从而保证易脱落矿粒能够有效上浮至泡沫区；通过双轴向泡沫槽十径向泡沫槽的配置形式，既可以稳定尾矿浮选的泡沫层又能够快速回收泡沫，确保最终的回收效果。此外，还分析了HIF-130浮选机的浮选动力学性能，包括充气特性、悬浮特性和停留时间分布特性。最后，研究指出，经过优化设计的HIF-130浮选机能够解决粗贫连生体矿粒上浮问题，从而提高铜尾矿选铜回收率。这项研究对于铜尾矿资源的综合利用具有重要的理论和实际意义。关键词：HIF-130浮选机；铜尾矿；浮选动力学；泡沫稳定；液位控制；在线监测中图分类号：TD952;TD456Design and Application of HIF-130 Flotation Machine in Copper Tailings Separation(1.BGRIMMGuan Machinery Co.,Ltd.,Guan 065500,Hebei,China;2.BGRIMM Technology Co.,Ltd.,Beijing 100160,China;3.BGRIMM Machinery and Automation Technology Co.,Ltd.,Beijing 100160,China)Abstract:The technical feasibility of using HIF-130 flotation machine to treat copper tailings wasstudied,and the design characteristics of HIF-130 flotation machine in tailings reprocessing were describedin detail.These features include the configuration of internal circulation in the tank body,the stable andrapid recovery device of foam,the high efficiency impeller stator stirring device,the liquid level detectionand control system,the foam image optimization control system,and the online measurement of aerationand sedimentation tank monitoring device.That is,aiming at that characteristics that target mineral aredifficult to be mineralized and easy to fall off,a large centrally-arranged impeller type flotation machinestructure is adopted in the construction of the flotation machine,and enough flotation time is provided fordifficultly mineralized particles by expanding the volume,so that the mineral particles fully act with airbubbles,reagents and the like to form effective mineralized air bubbles.In addition,the flotation dynamicperformance of HIF-130 flotation machine was analyzed,including aeration characteristics,suspensioncharacteristics and residence time distribution characteristics.Finally,the study points out that theoptimized design of HIF-130 flotation machine can solve the problem of coarse lean intergrowth particlesfloating,thereby improving the recovery of copper tailings.This study has important theoretical andpractical significance for the comprehensive utilization of copper tailings resources.Key words:HIF flotation machine;copper tailings;flotation kinetics;foam stability;liquid levelcontrol;on-line monitoring收稿日期：2 0 2 8-0 8-11基金项目：国家重点研发计划项目（2 0 2 1YFC2902702）作者简介：姚明钊（197 9-），男，河南泌阳人，硕士，高级工程师，主要从事选矿设备研制和生产管理工作。文献标志码：AYAO Mingzhaol.?,HAN Dengfeng,ZHU Zhen!文章编号：16 7 1-9492(2 0 2 3)0 5-0 113-0 7:114我国每年新排放的铜尾矿高达3亿t以上，其中江西、湖北、湖南、安徽、河南、山西等6 省每年新排放的铜尾矿占全国的50%以上。截至2 0 17 年底，我国尾矿堆存量为195亿t，8 2%为铁矿、铜矿、金矿和磷矿采选产生的尾矿和废石1。铜尾矿资源综合利用的主要途径有井下充填、有价资源回收和作为建筑材料或者建筑掺合料等2-3。铜尾矿中含有大量可回收的有价金属和非金属资源，如铜、铁、钼、钨、金、银、硫、硅等，如果能充分利用，将会产生巨大的经济效益和社会效益4。江西某铜矿属于大型井下铜硫矿山，矿山实际组织生产能力超过设计能力的10%，在磨矿台效大幅度提升之后，现有的碎磨制度、选矿工艺、设备性能等问题逐步显现，尤其是磨矿细度、浮选设备处理能力等问题影响了该铜矿选矿指标的稳定与提高。调查分析发现选铜尾矿中铜在粗粒级中富集显著。采用新型浮选机处理选铜尾矿，回收解离度较低的粗粒级矿物，具有显著的技术可行性。1HIF-130浮选机在铜尾矿选铜中的设计1.1HIF-130浮选机在铜尾矿选铜中的设计配置铜尾矿选铜要解决的是尾矿中可选矿物颗粒粗、贫、难选的问题，首先得从浮选机的设计上予以针对性考虑，为粗贫连生体矿粒的上浮提供良好的浮选动力学环境。同时，浮选机的稳定性、高效性和智能化也是提升浮选整体性能的有效手段5。HIF-130浮选机是根据现场选矿条件和最新技术开发的新型浮选机，在浮选机构架、动力学性能优化、泡沫稳定与快速回收等方面进行了针对性设计。同时配置先进的液位气量检测控制系统、泡沫图像优化系统和充气速率与沉槽状态的监测技术，使浮选机具有优良的粗贫连生体回收动力学特性和精准智能化操控水平。HIF-130浮选机用于提高江西某铜矿选铜回收率，根据项目工艺特点对浮选机做针对性设计配置，如图1所示，主要包括以下6 个方面：1)槽体内循环强化配置：采用HIF型浮选机，其叶轮位置相对提升，降低运输区高度，使矿化后的气泡快速上浮至矿浆表面，避免低品位粗颗粒矿物的脱附，实现相对浅槽浮选过程。2)泡沫稳定快速回收装置：泡沫区采用周向双有色金属（选矿部分）泡沫槽十径向泡沫槽设计，并借助径向泡沫槽几何结构对泡沫区进行分割和稳流，实现泡沫的稳定和快速溢出。3)高效叶轮定子搅拌装置：叶轮采用独有的双倒锥台-后倾叶片叶轮，高比转数，循环量大、短路概率低、运行功耗低；空气分配器优化设计，防止矿浆中异物堵塞。定子为低阻尼稳流定子有用矿物从矿化气泡上脱落概率低。4)液位检测与控制系统：针对大型浮选机的操控需求，配置液位、气量检测及自动调控系统，实现对泡沫层厚度（液位高度）及充气量的自动化控制，提高控制精度。5)泡沫图像优化控制系统：通过对泡沫图像参数的检测，实现泡沫流速和泡沫层高度的实时识别，进而实现泡沫出流量的稳定控制，是对液位和充气量自动控制的有效补充。6)充气量在线测量及沉槽监测装置：实现真实充气量的在线测量，有效掌控充气量与指标间的相互关系；沉槽监测传感器可实时在线监测浮选机的沉槽状态，避免沉槽发生。高效永磁直驱传动充气速率检测泡沫图像沉槽监测图11HIF-130浮选机结构特征Fig.1Structural features of HIF-130flotation machine1.2铜尾矿选铜工艺条件铜尾矿选铜工艺流程及HIF-130浮选机在流程中所处的位置如图2 所示。浮选动力学测试期间，HIF-130浮选机动力学考察均是在叶轮转速113r/min、表显充气量2 0 50 m/h、泡沫层厚度260mm、处理量550 0 t/d的条件下进行。2023年第5期液位与气量监测控制双周向+径向泡沫槽中置叶轮定子结构循环导流结构刀2023年第5期姚明钊等：HIF-130浮选机在铜尾矿选铜中的设计与应用p250mm旋流器分级(p2.1m3.0m球磨机)+p250mm旋流器分级铜精选SF-8铜精选SF-8115原矿堆场Og5.8m1.8m自磨机0660mm旋流器分级?搅拌桶铜粗选1CF-10搅拌桶铜精选SF-8O(p3.2m5.4m中球磨机)铜粗选GF-10铜扫GF-10铜扫GF-10铜扫HIF-130铜尾铜精矿图2铜尾矿选铜工艺流程Fig.2Flowsheet of copper tailings beneficiation process浮选机的充气特性2浮选动力学性能浮选机的充气量和空气分散程度直接影响气泡为进一步验证和掌握浮选机动力学性能，为运与矿物颗粒的矿化、浮选速率、工艺指标和浮选药剂转参数优化提供参考依据，在铜尾选矿流程中对的用量6-7。HIF-130浮选机采用内外双泡沫槽设HIF-130浮选机开展了包括充气特性、悬浮特性及计，泡沫区分为内外圈两个区域。为考察该浮选机停留时间分布特性等动力学性能测试与分析。的充气量和空气分散效果，采用排水取气法对其充测量工具测量工具000测量标志有效测量段泡沫层矿浆2.1测量标志OST泡沫层矿浆000有效测量段00(a)测量前图3集气排水法测量充气速率示意图Fig.3 Schematic diagram of measuring inflation rate by gas collection and drainage method(b)测量结束:116:气量进行了检测，如图3所示。各测点主要分布于外圈矿浆区域，设计有19个测点，分布于40 0 0 mm和5140 mm两个直径上；内圈设计2 个测点，分布于直径1940 mm上。具体测点分布见图4。充气量测量结果见图5，由结果可知，HIF-130浮选有色金属（选矿部分）机内圈两点的充气量较低分别为0.90 m/（m min)和0.9 4m/（m min),外圈各点的充气量在1.132.09m/（m min)内变化，浮选机平均充气量为1.36m/（m min），空气分散度为1.14，现场浮选机内矿浆液面稳定，泡沫层稳定。4.000 mm2023年第5期1940 mm5140mm2011121714图4充气速率测量分布点Fig.4 Aeration rate measurement distribution point2.22.01.81.61.41.21.00.8Fig.5Measurement results of aeration rate2.2悬浮特性及含气率分析矿浆悬浮是指矿浆中的矿物颗粒所达到的悬浮状态，它直接影响矿物颗粒与药剂的混合效果、颗粒与气泡的碰撞概率，浮选机内充分的矿物悬浮是获得良好浮选指标的前提条件。含气率是指空气在全部混合物（矿浆与空气）中所占的体积分数，含气率不仅影响气泡大小的分布情况，还影响浮选速率和选择性。含气率增加到某一值就能改善浮选动力学，这是因为单位体积内气泡数量增加了，但含气率过大又会产生不利影响，因为这样会明显降低矿浆在浮选机槽体内的停留时间，所以不同类型的浮选机操作，需要对应不同的含气率。为考察HIF-130浮选机内固体悬浮能力，测定了槽内不同深度的矿粒分布和气含量情况，即在距溢流堰下方0.3、0.8、1.3、1.8、2.3、2.8、3.3、3.8、4.3m共9 个矿浆层面采样，检测样品浓度、气含量，同时对样品进行筛析检测各粒级质量占比及铜金属量的分布情况，具体取样点及现场取样见图6，结果见图7 10。910111213141516171819202122测量点图5充气速率测量结果深槽取样测点06600SFig.6Distribution of sampling points withinthe flotation cellTTTTT图6 深槽取样点2023年第5期01000605040201002007001200170022002700320037004200距底高度/mm图7不同深度的浓度与含气率分布Fig.7Distribution of concentration andgas holdup at different depths70一4.3 m3.8m603.3m2.8m2.3m501.8m1.3 m0.8m840一0.3 m3020100+180图8不同深度各粒级含量分布Fig.8Distribution of different grainsizes at various depths1.61.4-1.2H1.080.80.60.40.20+180图9不同深度各粒级铜品位Fig.9 Copper grade of different grain sizefractions at different depths图7 结果表明，HIF-130浮选机槽内浓度分布比较均匀，没有出现明显的浓度分层现象，其中在距溢流堰1.3m以下的深度，矿浆浓度变化不大；高于姚明钊等：HIF-130浮选机在铜尾矿选铜中的设计与应用2.0003000一气含率一浓度-180+125-125+74粒级/m-180+125-125+74粒级/um:1174.0005.000454035302520袋1510150-74+38-384.3m3.8m3.3m2.8 m2.3m1.8m1.3m0.8m-0.3m-74+38-38504020100+180图10不同深度各粒级铜金属占比Fig.10Copper metal proportion of atdifferent depths1.3m后位于浮选机的分离区，较低的矿浆浓度有利于矿化气泡穿过分离区，实现稳定的富集。此外，由于采用中置叶轮设计，在低于叶轮搅拌充气作用的3.3m以下深度内，矿浆含气率较低；在距溢流堰以下1.33.3m区域内，浮选机槽内含气率在各深度大致相当，为气泡矿化的主要区域；在距离溢流堰的0.3、0.8 m处，因逐渐靠近泡沫层，矿浆含气率较高，为矿化气泡聚集区域。从图8 10 可以看出，在距离溢流堰1.3m以下深度，同一粒级的矿物颗粒产率、铜品位、铜金属量和硫金属量在不同深度所占的比例基本一致，说明在该深度范围内，浮选机槽内未出现明显的粒级分层现象；在距溢流堰0.8 m和0.3m处，各粒级矿物颗粒的产率、铜品位、铜金属量和硫金属量较其他深度有较大差异，主要原因是该深度范围处于分离区，矿浆中含气率明显升高（图7），较多的矿化气泡在此聚集，使得各粒级中铜品位均高于其他深度，尤其是靠近泡沫层的0.3m处已出现明显的铜矿物富集现象，各粒级铜品位最高。总之，在HIF-130浮选机内矿浆无明显浓度和粒度分层现象，悬浮性能良好，同时在槽内顶部区域矿化气泡聚集，铜矿物富集效果明显。2.3停留时间分布测试矿浆停留时间RTD(resident time distribution)是指物料从进人浮选机到离开浮选机所消耗的时间分布，是物料在浮选机中流动的最佳表示方法。RTD与浮选机浮选效率直接相关。本次测试采用荧光示踪法考察矿物颗粒在HIF-130浮选机内的持续时间。具体测试方法：先往HIF-130浮选机给料口内倒人荧光染色剂，然后4.3m3.8 m3.3 m2.8m2.3 m1.8m1.3 m0.8 m一0.3m多-180+125-125+74粒级/um-74+38-38:118:在其尾矿口处间隔取样1h，取样间隔从30 s到2min不等，累计取样7 0 个，通过分析样品中的荧光剂含量，即可得到矿浆停留时间分布曲线。矿浆平均停留时间（即平均浮选时间）可通过如下积分计算：tC(t)dt0tmC(t)dt其中：t为时间，min;C(t)为荧光浓度，%。RTD测试结果如图11所示。从图11可以看出，两次测试的停留时间分布曲线具有较强的重复性，计算结果得出两次测试的矿浆停留时间分别为13.93min和13.7 1min，平均值为13.8 2 min。因此，在当前给矿条件下，尾矿再选作业HIF-130浮选机的矿浆平均停留时间为13.8 2 min，即平均浮选时间为13.8 2 min。1.00.80.60.4F0.2-50510 15 20 25 30 3540 4550 55时间/min图11HIF-130停留时间分布特性Fig.11Residence time distributioncharacteristics of HIF-130按式（2)可进行平均浮选时间的估算。t=nKV/Q其中：n为浮选机槽数；V为浮选机几何容积，mK为浮选机有效容积系数，有色金属矿取0.8 0.85；Q 为矿浆体积流量，m/min。本次测试n为1,V为130 m,Q为7.5m/min,则估算的平均浮选时间为14.7 3min。测量值(13.8 2 min)为估算值（14.7 3min）的93.8 0%，表明HIF-130浮参数泡沫铜品位指标0.167有色金属（选矿部分）选机设计合理，无明显短路死区现象，浮选时间达到设计预期要求。3铜尾矿选矿的分选性能在流程稳定条件下，对HIF-130浮选机原精尾进行跟班取样分析，从连续7 天2 1个班的生产指标(1)来看，HIF-130浮选机平均给矿铜品位0.16 7%，精矿铜品位1.8 32%，富集比达10 以上，同时单机铜作业回收率达2 0%以上。这说明了HIF-130浮选机用于铜尾矿选铜的效果达到了理想的预期。同时，对HIF-130浮选机的给矿、泡沫和尾矿产品进行粒级分析，将三种样品筛分出6 个粒级，并计算各个粒级对应的粒级产率和粒级的金属回收率，如图12 所示。6050H一测量测16065(2)表1连续2 1个班作业指标均值Table 1 Average value of work indexes of continuous 21 shifts给矿铜品位2023年第5期109粒级回收率一粒级产率403020100Fig.12 Separation effects of different particle sizes由图12 可以看出，各粒级回收效果较好的还是细粒级矿物，即一0.0 7 4mm以下各个粒级，但也能看出，粗粒级矿物在解离度低、难选难回收的情况下也取得了不错的回收效果，如一0.0 96 十0.0 7 4mm这个粒级段的矿物回收率超过了30%；而一0.17 8+0.096mm这个粒级段的矿物回收率也接近30%，说明了HIF-130浮选机在保障常规粒级的分选效果的同时也保障了粗粒级贫连生体矿物的回收效果。/%尾矿铜品位泡沫产率1.8230.13587%/率号65432108L1:0+9600+8L10-图12各粒级分选效果铜作业回收率1.9220.94+L00+9600-粒级/mm800:0+L00-2023年第5期4结论1)HIF-130浮选机系统是针对尾矿再选设计的浮选机系统，设计过程中充分考虑了铜尾矿的特性和流通性需求。2)在浮选机构建上针对目的矿物难矿化、易脱落的特点，采用大型中置叶轮型浮选机结构，通过扩大容积给与难矿化颗粒以足够的浮选时间，使矿粒与气泡、药剂等发生充分作用，形成有效的矿化气泡；借着通过中置叶轮与假底、导流筒相配合，在浮选槽内形成低紊流的大循环流程，并通过引入循环区使矿化气泡的迁移距离变短，从而保证易脱落矿粒能够有效上浮至泡沫区；通过双轴向泡沫槽十径向泡沫槽的配置形式，既可以稳定尾矿浮选的泡沫层又能够快速回收泡沫，确保最终的回收效果。除此之外，投入的先进的液位控制算法和泡沫流速控制技术，以及充气量检测与沉槽检测技术，使浮选机的性能发挥到最大。3)新一代HIF-130浮选机用于尾矿再选，形成了单台大型浮选机单作业短流程浮选工艺，克服了常规尾矿再选工艺中流程长、工艺复杂、占地面积大、设备数量多、智能化程度低等诸多问题。参考文献1刘恋，郝情情，郝梓国，等。中国金属尾矿资源综合利用现状研究J地质与勘探，2 0 13，49（3）：437-443.LIU Lian,HAO Qingqing,HAO Ziguo,et al.Currentstatus of the comprehensive utilization of metallic minetailings in China JJ.Geology and Exploration,2013,49(3):437-443.2HOANG H D,IMHOF R,SAMBROOK T,et al.Recovery of fine gold loss to tailings using advancedreactor pneumatic flotation ImhoflotTMJJ.MineralsEngineering，2 0 2 2,18 4:10 7 6 49.D O I:10.10 16/j.mineng.2022.107649.3CARRANZA F,LGLESIAS N,MAZUELOS A,et al.Ferric leaching of copper slag flotation tailingsJ.姚明钊等：HIF-130浮选机在铜尾矿选铜中的设计与应用部分），2 0 2 0（4)：8 8-94.HAN Dengfeng,SHEN Zhengchang,YU Wei,et al.Test and analysis of dynamic performance of 680 m3flotation machine in industrial application J.Nonferrous Metals（M i n e r a l Pr o c e s s i n g Se c t i o n ),2020(4):88-94.7史帅星，孙传尧，樊学赛，等浮选机运输区的结构特征的测试研究J有色金属（选矿部分），2 0 2 0（2）：89-94.SHI Shuaixing,SUN Chuanyao,FAN Xuesai,et al.Structural characteristics of the transportation zone inflotation cells JJ.Nonferrous Metals（M in e r a lProcessing Section),2020(2):89-94.8张明，沈政昌，史帅星，等基于数值计算的浮选机内颗粒流动行为研究J有色金属（选矿部分），2 0 2 1（4）：111-115.ZHANG Ming,SHEN Zhengchang,SHI Shuaixing,et al.The numerical research on the flow behavior of particlesin flotation cell J.No n fe r r o u s Me ta ls（Min e r a lProcessing Section),2021(4):111-115.(本文编辑刘水红):119:Minerals Engineering,2009,22(1):107-110.4易龙生，米宏成，吴倩，等中国尾矿资源综合利用现状矿产保护与利用，2 0 2 0，40（3）：7 9-8 4.YI Longsheng,MI Hongcheng,WU Qian,et al.Presentsituation of comprehensive utilization of tailingsresources in ChinaJJ.Conservation and Utilization ofMineral Resources,2020,40(3):79-84.5武涛，沈政昌，王诚华，等6 8 0 m浮选机优化控制系统设计与开发J有色金属（选矿部分），2 0 2 0（3）：100-105.WU Tao,SHEN Zhengchang,WANG Chenhua,et al.Design and development of optimized control system for680 m flotation cellJ.Nonferrous Metals(MineralProcessing Section),2020(3):100-105.6韩登峰，沈政昌，余玮，等.6 8 0 m浮选机工业化应用过程中的动力学性能测试与分析J.有色金属（选矿