微细粒矿物分选技术研究进展

杜凤梅，王金玮，齐晓娜

（陕西省渭南市华州区金堆城百花岭选矿厂，陕西 渭南 714100）

由于我国境内的矿产资源被长时间开采以及利用，导致粗粒嵌布类型矿产以及富矿资源逐渐匮乏，进而出现“贫、细、杂”三种不利于矿产资源继续开采的局面。在我国境内蕴藏着大量微细粒矿物，在我国整体矿产资源之中，微细粒矿物的开采以及分选，成为我国矿产资源开采领域的重点关注对象。长时间以来，如何分选微细粒矿物，以及如何选择分选技术，并且对分选技术进行完善，在我国相关领域一直处于持续研究状态。因此可以在之前的研究基础上，对微细粒矿物分选相关技术进行深入研究，以期取得新的进展。

1 浮选分离相关技术概述

1.1 传统浮选分离技术之中的不足

在我国，多种金属矿物共生而且存在着细粒度的嵌布情况，属于常见现象，在世界范围内，如何提高微细粒矿物的有效利用率，一直是众多专家以及学者所密切关注的热点问题。就现阶段发展情况来讲，专家以及学生通常将泡沫浮选作为最有效、成本最低的方法，因此在微细矿产资源进行处理的时候，浮选技术的运用十分普遍，对此专家学者也开战了大量研究活动。

然而浮选分离在运用过程中存在明显的问题：①由于微细矿物拥有更小的质量以及体积，因此在浮选矿浆内部很难产生动量，导致难以与气泡之间产生碰撞行为，而且较难克服气泡和微粒矿物之间的能量势垒，导致气泡无法和微粒矿物进行黏附，从而使回收率降低；②无用的脉石矿粒会与有用的微细矿粒之间产生非选择性团聚现象，其原因是脉石矿粒的面积和表面能更高，导致浮选过程被干扰；③矿浆自身的流变性会被微细矿物颗粒改变，使得矿浆在浮选过程中产生更强的黏度，气泡稳定度过高，导致浮选的选择率更低；④微细的矿物颗粒的粒度更小，但是比表面积更大，在矿浆中溶解以后，产生的难免离子则更多，由于难免离子存在，导致捕收剂吸附或者被沉淀。

由于微细的矿物颗粒很难被分选出来，导致所有微细粒矿物在回收层面出现困难。当矿浆内部存在微细粒的时候，会有矿泥进行覆盖，在常规粒度被分选的过程中，会不可避免地承受消极影响。如果颗粒的尺寸越小，比表面积就会越大，则需要投入更多药剂进行分选，生产成本也随之而增加。部分金属没有被成功分选，而且药剂也可能过剩，在进入尾矿库之后很容易使周边的生态系统被污染。所以不难看出，对微细粒矿物进行浮选分离，属于一个难度较大、却必须解决的世界性难题，因此深入探究浮选分离微细粒矿物的方法是十分必要的[1]。

1.2 剪切絮凝浮选技术

剪切絮凝浮选（Shear-flocculation flotation）相关技术，专门指运用表面活性剂以后，微细颗粒的表面在吸附足够药剂以后疏水，然后运用高速剪切搅拌作用（High Intensity Conditioning）相互碰撞，在形成明显的絮团以后，运用常规浮选法对矿物进行回收，这也是回收微细粒矿物的一种有效方法。在强度更高的剪切与搅拌过程中，微粒获得足够的动能，克服静电产生的排斥力，以及不同微细粒矿物之间产生的能量壁垒，并且加强捕收剂在粒子表面的吸附，使不同粒子之间的表面疏水作用产生能量，从而使微细矿物颗粒以絮团状方式结合。

在上述过程中，如果絮体的平均粒径越大，就会获得越高的浮选回收概率；絮团在形成以后，无论是延长搅拌的时间，还是增强搅拌的速度，都不会对回收率产生影响。由此可见，浮选的回收概率取决于生成的絮团。在传统的浮选操作之中，带电疏水粒子之间的范德华力，与疏水有着相互吸引的作用能，但是与静电之间产生排斥现象。而且在常规的体系之中，能量势垒产生的原因，就是引力小于排斥力。在剪切絮凝浮选的过程中，强大的剪切力能够将足够的动能向疏水颗粒提供，从而克服能量势垒的作用，同时对微细矿物颗粒与捕收剂在表面产生的作用进行强化。

在运用剪切絮凝浮选相关方法以后，颗粒的表面直径得到明显增加，从而使回收概率增加。虽然当前剪切絮凝浮选由于选择性原因，工业化的进程被限制，但是相关领域的工作人员已经开始从调控微细粒矿浆的流变性的角度，对该技术的选择性进行合理改善。对矿浆的流变性产生影响的因素有很多种，例如矿物的类型、pH值、表面电荷等，因此应当在矿浆之中添加流变性功能材料，或者控制矿浆的ph值，从而使浮选的选择性真正得到提升[2]。

1.3 选择性絮凝浮选技术

选择性絮凝浮选又被称为高分子絮凝浮选，其用法使将传统的浮选方式与高分子絮凝剂相结合，从而对微细粒矿物进行分选。选择性絮凝浮选相关技术同时运用捕收剂以及高分子絮凝剂。捕收剂的作用是对矿物絮团的表面进行疏水，然后利用气泡的携带功能，将矿物絮团从脉石矿物之中分离；高分子絮凝剂的作用则是对微细矿粒进行分散以后，使粒度较大的絮团有选择性地絮凝，并且使常规的粒级矿物特性显现出来。选择性絮凝浮选的步骤为三个：①分散。在加入分散剂以后，矿物得到充分分散，避免不同的矿物出现凝结，或者有用矿物与脉石矿物相互之间出现背负情况，然后准备絮凝剂的选择性吸附工作；②絮凝剂。要想使微细矿粒絮凝，必须加入絮凝剂，从而使矿物颗粒的表观粒径增加；③浮选。运用常规浮选方法，促进矿物絮团进入泡沫，真正从分散状态之中的非目的矿物之中分离。

在对选择性絮凝浮选技术进行研究的过程中，通常只关注如何对矿物进行分离，现阶段需要朝着大规模工业化发展的方向开展继续研究：①研制或者寻找更有效的选择性絮凝剂以及分散剂；②对分离絮团相关技术进行适当筛选；③对于选择性絮凝各个环节的影响因素及其规律进行研究，例如矿浆的酸碱度、药剂添加数量、药剂浓度等；④为了使经济效益最大限度提升，需要对分散剂的投入量进行精确控制；⑤对于高分散药剂悬浮液进行固体和液体的分离，以及复用净化水相关技术，应当进行深入研究，在必要情况下添加额外的絮凝剂，促进分散的颗粒出现聚沉现象；⑥对于絮凝过程中出现的夹带、卷裹问题，需要采取措施使其减轻[3]。

1.4 微泡浮选技术

利用微泡发生器产生微泡，使泡沫的比表面积变得更大，能够使气泡与疏水性目的矿物之间的黏附、碰撞概率得到增强，从根本上避免脉石矿粒与目的矿粒之间出现的非选择性团聚现象，进而提高浮选的富集效果。利用微米级气泡取代传统的常规粒度气泡，然后将微泡作为载体对矿粒进行捕捉，使微细矿粒的捕集概率提升，就是微泡浮选相关技术的核心。

与传统的气泡浮选技术相比，微泡的有效回收率更高，而且有着更宽阔的分选下限，这也是微泡优于传统的气泡浮选技术的关键所在。除此之外，微泡浮选相关技术直接催生了更多新的高效设备出现，微泡浮选设备变得更加多样化，例如充填介质、溶气、旋流静态、有色院喷射、CPT等各类浮选柱，在工业领域得到应用后效果良好。但是，微泡如何对复杂微细粒级矿物颗粒浮选体系中颗粒的浮选行为进行影响，同时如何对微泡的形成方式进行控制，从而使微细矿粒增加可浮性，依旧处于持续探索的状态。

1.5 纳米气泡浮选技术

尺寸在1nm～100nm之间的气泡，就是纳米气泡，利用空化作用能够使纳米气泡产生，空化的方法主要有水力、光照、超声波等。通过曾经的研究不难看出，在含有CO2或者饱和空气的矿浆内部，强度高的搅拌过程中会有大量纳米气泡产生，纳米气泡能够在矿粒的表面成核，提高—10μm直径的煤或者磷酸盐类矿物粒子的浮选回收概率[4]。

利用纳米气泡对微细矿粒的浮选机理进行改善，不仅具备与微泡浮选类型相似的“气泡尺寸缩减”效应，而且有研究表明，大量的纳米气泡能够构建出“气桥”，使得微细颗粒之间的相互作用力得到增强，从而使浮选效率得到改善。但是在纳米气泡相关浮选之中，存在着纳米气泡上升速率较低，导致矿浆长时间停留在回路，降低浮选速率的问题，需要相关领域的专家学者进行深入探索。

2 磁分离相关技术概述

从本质来看，浮选法是利用矿粒表面的疏水性，实现气泡与微小矿粒之间的黏附以及碰撞，其核心为必须在颗粒表面进行选择性疏水，气泡与颗粒之间必须发生碰撞和黏附的关系，由于微小矿物存在质量与颗粒密度小的特征，而且存在类似纳米颗粒的“尺度效应”，因此可以选择增大颗粒的直径、减少气泡的直径等方式对浮选法进行强化[5]。

但是在超细矿物颗粒组成的体系之中，不同的颗粒之间、气泡和颗粒之间会产生更复杂的作用，作为核心捕集体的气泡并非完全稳定，而且密度和质量较小，因此依旧存在一定程度的局限。如果能够解决气泡的天然局限性，从传统浮选法的框架之中跳出来，从根本上对捕集体的特性进行改变，例如用疏水磁性颗粒来代替气泡，也可以获得更高的分选效率。磁选分离相关技术有着下限更小、环保、效率高等多种优势，因此潜力十分巨大[6]。

3 结论

综上所述，质量较小但是表面积较大，就是微细粒矿物的主要特征，因此对微细粒矿物进行分选，其难度是比较大的。浮选分离技术之中已经分离出不同类型的浮选技术，虽然依旧存在缺点，但是伴随着浮选分离环节的不断完善，已经成为对微细粒矿物进行高效利用的主要途径。磁分离相关技术能够弥补传统分选技术之中的缺点，有着强大的潜力，但是很多操作环节尚未形成系统化理论，依旧需要相关领域人员继续研究。