1、国内外柱浮选技术发展现状摘要：本文论述了浮选柱的工作原理，在此基础上从纵向和横向两方面论述了当代浮选柱领域的研究方向。纵向看，该研究方向有实验室浮选柱应用于工业生产时的按比例放大技术，从改善充气方式与内部流态出发的降低柱体高度方案。横向看，研究方向有，浮选柱结构的探究及优化，浮选过程的数学建模和自动控制等。关键词：浮选柱、比例放大、自动控制、数学建模Current development of flotation column in domestic and overseasAbstract: Mechanism of flotation column were analyzed, based
2、 on which the paper summarizes development trend of this field. Theoretically, it includes scaled technology in plant environment and how to reduce the height of column through improve aerating way and internal flow pattern. From Engineering perspective, it includes exploring and optimizing of the s
3、tructure, modeling of the flotation process and automatic control.Keywords: flotation column; scaled technology; automatic control; modeling 浮选柱的设计思想始于1915年，为了解决柱底的矿石沉积问题，安装了搅拌装置，为了减缓机械夹带，增加了冲洗水装置,机械搅拌式的浮选机能耗高，检修困难，一次浮选效率较差，对于较难浮的矿物，还需设置多次精选和扫选等环节，二十世纪九十年代，加拿大制造安装了第一台工业浮选柱应用于Gaspe钼选矿厂,取代了原先的浮选机，大大缩短
4、了产品选别流程，管理维修方便，同时对微细粒具有较高的选择性，经济利润显著上升。目前,随着资源的减少和精细化利用，浮选柱的优势得到进一步发挥，其设计、操作和控制技术日趋成熟,应用领域不断扩大1。1 浮选柱原理 浮选柱为压气式，较为典型的有短体自由喷射式和高柱体的逆流式浮选柱。 常规的浮选柱入料由柱体中上部给入，气泡发生器产生的微泡由下部上升，与矿浆逆流相遇发生矿化，精矿被带出到泡沫层自流进入溢流堰，尾矿由底流口排出。逆流式浮选柱通常有以下特点：（1）比常规机械搅拌式浮选机有更大的矿化区；（2）矿物颗粒与气泡的碰撞及粘附几率大；（3）产生的气泡分散度高、微细气泡多，因而同样的充气量可产生更大的气一
5、液界面，与矿物颗粒有更多的碰撞机会，减少了高灰细泥的污染。但是，由于浮选柱的发展和应用时间较短，对其原理、结构和操作因素的影响还了解得不够，加上气泡发生器易堵塞和操作不便等问题仍未彻底解决，因此，对浮选柱有必要进行更深入的研究，才能使它的长处充分发挥【2】。2 浮选理论的研究方向2.1工业环境中浮选柱按比例放大研究研究浮选柱的数学模型，找出设计放大的关键因素，对工业环境下浮选柱的各项指标接近实验室阶段有着重要意义。轴向分散模型是目前应用最为广泛的数学模型，基于浮选速率常数和分散数进行浮选柱的设计放大; 其它类型的设计放大依据还有浮选速率常数K 与浮选柱操作变量的关系; Goodall用带同位素
6、标记的颗粒研究了固体颗粒在浮选柱中停留时间分布, 认为带循环的塞流反应器模型适用于泡沫相; 分散相模型适用于矿浆中固体的行为, 有死角的混合反应器模型适用于给矿区。近几年，出现了利用流体力学( CFD ) 计算软件根据浮选柱内气液流动的特点而设计放大的依据。它在气速与气含率的径向分布一致的基础上, 建立了通用的计算浮选柱内流体流动模型, 准确地模拟出了浮选柱内气液的流动状况,为浮选柱内气体发生器设计以及柱内返混的研究提供了依据和方法【3】。2.2浮选柱的自动控制 浮选柱特殊的结构设计使得其对入料的性质较为敏感，气含率、循环压力、药剂浓度及停留时间、泡沫层高度、内部的稳流板和浮选边界、颗粒夹带喷
7、淋水的水量、速度，循环压力都可能影响最终的精矿质量和回收率【4】。为使大型浮选柱实现智能化自动控制过程，学者做了很多研究。张志丰等人认为最佳的控制方案为根据产品质量或入料的数质量情况来调节佳肴量；再根据空气含量来调节充气量，以保证稳定的滞留时间和气体含量；根据液位来调节尾矿排放量，即尾矿阀门开度；根据偏流量来调节冲洗水量【5】。 廖寅飞等使用了BP神经网络算法模型对浮选柱含气率和起泡剂浓度、循环压力、进气量等诸因素之间的影响做了分析，预测结果与实际结果接近【6】。 浮选柱经过十多年的不断改进和创新，气泡发生器结构、柱体内流场分布等方面更加完善，使生产过程中所具有的一些不稳定因素如充气量已相对稳
8、定，减轻了控制系统的负担。浮选过程数学模型的建立可使浮选柱控制策略的针对性更强，效果更好。2.3柱体高度降低 浮选柱的高度保证了较长的矿化区和静态的分选环境，这在处理高灰细粒物料生产低灰精煤有较大的优势，但是较高的高度也使得厂房的土建成本增大，给维修管理造成不便。现代通过优化气泡发生器和调节循环压力、入料量以及增加稳流板等综合调节措施优化了内部流态，柱体高度得以下降。3几种典型浮选柱简介31充填式浮选柱充填式浮选柱于1988年研制成功。因为在柱内装有填料, 而使柱内多相流流态得到了良好的控制。它由上下二柱带填料和上下二锥及入料室组成浮选主体。调浆后的物料从浮选柱的中部给入，底部通入压缩空气，空
9、气经填料作用，切割成微小气泡将疏水性物料带上，由柱顶排出，亲水性物料则由底部经过压力阀排出，从而实现物料的分选【7】。与其他浮选设备相比, 具有许多特点： 不需要气泡发生器,从而不存在气泡发生器堵塞问题; 柱内有显著的柱壁效应，可减缓气泡的兼并；分选精度高，设备可直线放大，维护及操作简单，由负压进气( 被动) 改为正压进气( 主动) , 可节省能耗, 且便于气量调节; 柱内存在矿浆与空气、矿化气泡与淋洗水两个逆流; 能支撑很厚的泡沫层, 实现多次再精选; 设备生产灵活【8】。3.2 CPT浮选柱CPT浮选柱的核心是它的空气分散系统, 共有四种类型, 其中最新的是S lamJet分散器和Spar
10、Jet分散器，可从柱体外部拆装检修【9】，其中的QuickLift冲水系统可以方便的对冲洗水进行调节【10】。其结构如图1。图1 CPT浮选柱Figure 1 CPT flotation column3.3jameson浮选柱 其特点是颗粒与气泡在下导管中矿化，柱体只起分离的作用。柱体的高度就可以降低，工业浮选柱只有2M高。近年来在Jameson浮选柱的基础上，又研发出几种浮选柱，如射流式和旋流式浮选柱。但矿浆停留时间短，尾矿需扫选才能达到合格指标。其分离槽插入深，当入料波动大时，极易造成分选的不稳定。柱体中形成气弹影响分选【11】。3.4旋流-静态微泡浮选柱 该柱分选包括柱浮选、旋流分选、管
11、流矿化3部分。柱浮选位于柱体上部,采用逆流碰撞矿化的浮选原理,在低紊流的静态分选环境中实现微细物料的分选,在整个柱分选方法中起到粗选与精选作用；柱浮选的沉物成为中矿进入旋流进一步分选；旋流分选包括按密度的重力分离以及在旋流力场背景下的旋流浮选。旋流浮选的意义在于不仅提供了一种高效矿化方式,而且使得浮选粒度下限降低,浮选速度提高，很好地改善了传统浮选柱过低的回收率的缺陷。管流矿化利用了射流原理,通过引入气体以及粉碎成泡,在管流中形成循环中矿的气-液-固三相体系,并实现了高度紊流矿化.管流矿化沿切向与旋流分选相连,形成中矿的循环分选.最终分离精矿(反浮选为尾矿)从柱体溢流堰溢出,尾矿(反浮选为精矿
12、)从柱体底部排出12-14】,如图2该浮选柱配套的自动控制策略主要包括三个子系统: 自动控制系统、监视系统和集中控制系统。目前已研制开发成功并投入工业运行的视频监控有浮选柱液位稳定性控制回路、循环泵的出口压力控制系统、泡沫浆体输送稳定性控制回路、浮选柱泡沫状况远程视频监视和就地( PID ) 控制系统【15】。图2旋流-静态微泡浮选柱Firgure 2 cyclonic-static micro-bubble flotation column4浮选柱的发展趋势 随着机械化开采程度的增加，选矿厂入选原料中的细颗粒含量越来越高，煤炭可选性较差，同时国家对节能降耗、绿色低碳的要求的提高，人们对浮选柱
13、的理论研究不断成熟，浮选柱的处理能力不断增大，关键技术之一的气泡发生器逐渐外置，精煤产品质量不断提高。浮选柱的发展主要集中在以下几个方面：注重浮选内部流态的研究；工业环境下设计放大的理论研究；浮选过程的数学建模；开发高效柱式短流程；进一步增大单位横截面积的处理能力【16】。参考文献：1. 陈冬香，焦红光浮选柱的发展与应用选煤技术，2007（2）:672. 谢广元选矿学M徐州：中国矿业大学出版社，2010：4793. 刘炯天，王永田，曹亦俊，等浮选柱技术的研究现状及发展趋势选煤技术，2006（5）:264. YIANTOS J B, BERGH L G. Troubleshooting indu
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