矿物浮选分离技术作为一种重要的矿物加工技术，在矿业中发挥着至关重要的作用。随着矿产资源的开发和利用，贫、细、杂的矿物资源将越来越成为资源的主体来源，人们面临着如何高效利用这部分资源的问题；同时，为了使低品位的矿床能够经济开采，微细颗粒的浮选显得尤为重要。

微细粒矿物一般指粒度小于10μm的矿物颗粒，不同的矿物，粒度上限略有差别。

微细粒矿物的物理化学性质决定其浮选效果。颗粒过于细小，微细粒的质量小，致使矿浆中矿物颗粒的动量变小。一方面，微细粒因矿浆黏稠导致气泡上浮困难；另一方面，微细粒因团聚形成大颗粒，造成颗粒质量大，浮力小于重力，气泡之间碰撞概率降低，目的矿物颗粒难以黏附在气泡表面上浮。

此外，微细粒由于比表面积大、比表面能高也导致了一系列浮选问题。通常，微细粒会形成非选择性凝结，导致表面引起团聚现象，进而影响微细粒在粗颗粒表面的黏附并形成微细粒覆盖。微细粒表面药剂吸附能力强，矿物颗粒与气泡吸附选择性变差，矿浆黏度增加促使气泡稳定性过高，共同导致回收率低，浮选效果变差。可见，在浮选过程中微细粒矿物的物理化学性质会对浮选效果产生多方面的影响。

微细粒的基本物理化学性质与浮选行为的关系^[1]

2.1基于增大矿物颗粒表观粒径强化微细粒分选的浮选技术

2.1.1选择性絮凝浮选技术

选择性絮凝浮选技术是通过在矿浆中添加高分子絮凝剂，将矿物颗粒选择性地团聚成较大的絮团，然后通过浮选技术回收微细粒的一种方法，通常需要使用分散剂、调整剂、高分子絮凝剂和常规浮选药剂等来完成整个浮选过程^[2]。

选择性絮凝浮选法思路图解^[3]

选择性絮凝分选是分选微细粒目的矿物的一种很有前途的方法，针对许多微细粒矿物都可以保证微细粒有用矿物的回收。针对当前的研究现状，未来关于选择性絮凝浮选的研究应该着重于如何保证其选择性，也即如何增大絮凝剂在目的矿物和脉石矿物间的吸附差异。通过对絮凝剂改性以提高其吸附选择性(如将小分子浮选剂中的化学活性官能团经化学方法引入大分子链中，形成既具有小分子的化学活性，又具有大分子特性的复聚物)；配合高效的分散剂在添加絮凝剂前对矿浆中脉石矿物进行充分的分散抑制作用；或调节溶液环境来增加或减少矿物的表面活性位点，都能在选择性絮凝浮选技术进一步推进中发挥重要作用，也都仍有大量工作需要去做^[3]。

2.1.2剪切絮凝浮选技术

剪切絮凝浮选技术是在浮选作业之前，通过在矿浆和捕收剂的混合流体中采用高强度搅拌，使微细粒形成絮团从而增加颗粒表观粒径的一种浮选技术。高强度的搅拌使能量在矿浆中传递到更小的湍流涡中，能够增强捕收剂和矿物颗粒的混合作用，而捕收剂在矿物表面产生的疏水键合力能够使矿物颗粒团聚^[2]。

高强度的剪切搅拌条件下絮团的生成示意图^[3]

剪切絮凝－浮选法能够明显增大颗粒的表观粒径，与单一浮选法相比可以获得更高的回收率。尽管目前选择性限制了剪切絮凝－浮选的工业化进程，但是选矿工作者也已经开始从调控微细粒矿浆的流变性的角度去改善剪切絮凝－浮选的选择性。研究表明多种因素都会影响矿浆的流变性：如矿物种类、表面电荷以及pH值等。所以在矿浆中加入流变性功能材料或调控颗粒表面电荷及矿浆pH等因素控制矿浆流变性，提高浮选的选择性，都是剪切絮凝－浮选发展的新思路^[3]。

2.1.3疏水絮凝浮选

疏水絮凝浮选又称团聚浮选，即微细粒矿物经捕收剂处理过后，在疏水絮凝剂的作用下形成携带颗粒的油状泡沫，从而与脉石矿物分离。疏水分子表面覆盖率高的微细粒矿物通过疏水力桥接在一起形成聚集体增加浮选矿物粒径，然后将絮凝矿物进行常规浮选。其捕收剂疏水基团可以增强絮凝性能，疏水烷基链越长，絮凝效果越好^[4]。

2.1.4载体浮选技术

载体浮选，也称为背负浮选，其基本原理是选用粒度比目的矿物大的颗粒作为载体，让微细粒矿物附着在其表面，随后通过常规的泡沫浮选法进行分选。通过采用这种方式，微细粒矿物与载体颗粒结合，形成具有足够粒度的聚集体并产生良好的可浮性，促使微细粒目的矿物达到上浮条件，再采用适宜的浮选工艺将微细颗粒与载体聚集体进行浮选，从而实现微细粒矿物的有效回收^[1]。

载体浮选的机理示意图

载体浮选过程中，根据载体的不同大致分为同类载体、异类载体和分支载体分选三类。载体浮选技术被认为是一种很好的回收微细粒的一种技术。邱冠周等研究了赤铁矿载体浮选的机理，将粒度为20～30μm的赤铁矿作为载体，浮选粒度在0～5μm的微细粒赤铁矿，与常规浮选相比，回收率明显提高。

2.2基于减小气泡直径强化微细粒分选的浮选技术

细颗粒的可浮性差通常归因于浮选过程中颗粒与气泡的碰撞效率低，这与颗粒粒径与气泡的直径之比有很大关系。除了增大颗粒的表观粒径以外，减小气泡直径可强化微细粒的浮选效果。

2.2.1微泡浮选技术

微泡通常是指小于几百微米的微小气泡。由于微泡具有独特的表面物理化学性质，如比表面积大和生存周期长等，它可以扩展众多矿物有效浮选的粒度下限。通过微泡发生器产生微气泡，增大泡沫的比表面积以增大和强化气泡与疏水性目的矿物的碰撞概率和黏附效率，同时减少细粒脉石矿粒之间的非选择性团聚，提高浮选富集效果的方法，即为微泡浮选^[3,5]。

微纳米气泡浮选技术适用于处理微细粒矿物，尤其是具有较强疏水性、易于疏水化或与脉石矿物表面性质差异大的矿物，如锡石、黑钨矿、白钨矿、金红石、云母等。这些微细粒矿物可通过合适的药剂改善其可浮性，同时，可通过微纳米气泡预处理，一定程度上强化矿物表面疏水性，从而实现较好的浮选效果^[4]。

2.2.2纳米气泡浮选技术

纳米气泡是指尺寸在1～100nm之间的气泡，空化作用产生纳米气泡是形成纳米气泡主要方式(水力空化、光空化和超声空化等)。纳米气泡改善微细粒浮选的机理，除了与微泡浮选类似的“气泡尺寸减小效应”以外，HamptonMA等研究证明大量微小纳米泡可以起到“气桥”作用，增强微细颗粒间的相互作用力，改善微细粒矿物浮选。不过，纳米气泡浮选技术存在着纳米气泡上升速率低，致使矿浆在浮选回路停留时间过长引起浮选速率低的问题，如何解决浮选速率低的问题是纳米气泡在微细粒浮选中进一步应用推广的关键^[3,5]。

在浮选行业应用的浮选设备大致可分为四类：机械搅拌式浮选机、气动搅拌浮选机、浮选柱和浮选泡沫分离器。其中，从早期的泡沫浮选应用开始，机械搅拌式浮选机就一直占据着主导地位。而浮选柱因具有富集比高、占地面积小、维护和运行成本低等优势，在微细粒矿物回收领域发挥了重要的作用。

3.1机械搅拌式浮选机^[6]

（1）Tankcell浮选机

Tankcell浮选机

Tankcell浮选机主要结构包括浮选槽、搅拌装置、驱动装置、充气装置、精矿排料装置、入料箱以及液位控制装置等。Tankcell浮选机配有转速调节装置，可根据现场的工况条件调节主轴转速与相应的充气量，具有能耗可控，过流部件寿命较长，维护方便的特点。

（2）Wemco1+1系列

Wemco1+1浮选机

Wemco1+1浮选机的结构设计具有以下优点：①其叶轮位于浮选槽内较高的位置，能够大幅缩短矿化气泡的上浮距离，减少气泡的兼并与矿化气泡的破裂，提高矿物的回收率；②浮选机的主要过流部件位于浮选槽内的较高位置，部件的表面压较低，降低了流体摩擦力，能够延长浮选机过流部件的使用寿命；③其搅拌机构为悬挂式设计，维护检修方便，能够在不排空槽内矿浆的条件下更换搅拌机构。

（3）WemcoSmartcell浮选机

Smartcell浮选机

该型浮选机结构设计具有以下优点：①引入流线型的引流管优化了矿浆的抽吸流动；②槽体的斜面设计能够有效提高固体颗粒悬浮，防止沉槽，提高槽体的容积利用率；③槽体中设有稳流板，能够创造出合理的静态区域，提高物料的分选效果。

（4）Stackcell浮选机

Stackcell浮选机

该设备的特点是高强度的搅拌集中在汇集室内，汇集室外的槽内区域流场较为平稳，是一种结合机械搅拌式浮选机与浮选柱双重特点的浮选设备。

（5）XJM-(K)S系列浮选机

XJM-(K)S浮选机

XJM-S型机械搅拌式浮选机主要包括槽体、驱动装置、搅拌机构、定子、假底稳流装置和刮泡装置等。与其他浮选机相比，对难选煤泥具有更高的适应性，在提高处理能力的同时，降低整机的能耗和药剂消耗量。

（6）BGRIMM系列浮选机

KYF型浮选机

北京矿冶研究总院自20世纪60年代起便致力于GBRIMM系列浮选机的研发与推广，旗下拥有KYF、JJF、SF、BF、XJZ、XCF、YX、CLF等十余种型号，近百种规格的系列化浮选设备，包括充气式机械搅拌浮选机、自吸式机械搅拌浮选机、闪速浮选机和浮选柱等。

3.2浮选柱类设备^［2,7］

（1）Jameson浮选柱

Jameson浮选柱为一种空气自吸型浮选柱，在导管中部设置空气吸入口，矿浆在导管中高速流动时吸入空气。同时，导管内由于压力较大，矿浆中会溶解大量气体，随着压力释放，会析出大量气泡，与矿物颗粒发生碰撞和粘附。因此，Jameson浮选柱的矿化形式主要有管流矿化和析出矿化。

Jameson浮选柱基本结构示意

Jameson浮选柱的气泡矿化主要发生在导管中，而不是在柱体内部。因此，其柱体高度大幅降低，首次实现了矮柱型浮选柱设计，降低了工业上流程配置的难度。但是由于导管中矿化的时间较短，也导致了浮选时间不足、回收率偏低的问题。且由于导管中矿浆流速较高，带来了导管等磨损件寿命降低的问题，增加了工业上检修的频率。

（2）FCSMC旋流微泡型浮选柱

FCSMC旋流微泡浮选柱基本结构示意

旋流微泡浮选柱主要应用在煤泥浮选领域。由于其由同时具有管流矿化、逆流矿化以及旋流分级力场，大幅提高了微细粒矿物的矿化效率。但是在实际应用的过程中，为了保证管流矿化以及射流离心力场的强度，配备的砂泵能耗较高，且过流装置磨损较快，尤其对金属矿山，矿石硬度较高，易损件的磨损速度提高，增加了选厂检修的工作量。且由于是自吸空气，存在着吸气量不足的问题。金属矿尤其是有色金属矿的浮选对充气量相比于煤矿来说更为敏感，因此充气量的不可控制约了旋流微泡浮选柱在金属矿的应用。

（3）空气直充型浮选柱

空气直充型浮选柱的代表型号有矿冶科技集团开发的KYZB系列、长沙有色冶金设计研究开发的CCF系列以及美国艺利公司开发的CPT浮选柱。该类型浮选柱的动力学分区分为捕集区和分离区两部分。

KYZB型空气直充型浮选柱基本结构示意

CPT浮选柱结构示意图

该类型浮选柱的矿化形式主要以逆流矿化为主，因此，柱体内部的流场特征以及气泡尺寸特征是影响浮选柱性能的核心因素。

空气直充型浮选柱是工业上应用最为广泛的浮选柱。充气器通过空压机提供气源，气量稳定且能够根据矿石性质和工艺流程的不同灵活调整充气量。该类型浮选柱不需要配备中矿循环泵，唯一的耗能设备为空压机，因而能耗仅为循环泵的1/3左右。充气器喷嘴作为唯一的磨损件可实现在线直接更换，且由于材质性能的提升，充气器的喷嘴寿命大幅延长。该类型浮选柱的不足在于矿化形式单一，逆流矿化需要的浮选时间相对较长，且为了保证富集效果，柱体高度往往较高，增加了工业现场厂房建设和流程配置的难度。

目前，KYZB浮选柱工业应用广泛，已在德兴铜矿、大黑山钼矿和云南磷化等选矿厂应用了100多台套。CCF型浮选柱同样采用空气直接式气泡发生器，已应用于白钨矿、钼矿、铜矿和铅锌矿等分选。

此外，国外方面，浮选柱的种类也较多，主要有CPT-Slamjet浮选柱、CPT-CavtTube浮选柱、CISA浮选柱和Jameson浮选柱等。其中，目前应用较多的CPT-Slamjet浮选柱和CPT-CavtTube浮选柱均由Eriez公司开发^[8]。

众所周知，矿物浮选分离技术在矿业中发挥着不可替代的作用。随着全球矿产资源的日益减少和开采难度的增加，矿物浮选分离技术面临着更多的挑战和机遇。

浮选设备是选矿厂浮选流程的重要支撑装备，近20年以来，国内外浮选机以大型化和高效化发展最为突出。随着浮选机单槽容积越大，意味着工艺流程中所需的浮选机数量将显著减少，这必然要求更高的控制水平和关键核心部件的优化升级以保障浮选机的分选性能^[8]。

同时以CO₂为主的温室气体排放导致的全球气候变暖问题日益引起国际社会的重视。在碳减排背景下，针对日益复杂的矿产资源，选矿装备技术向高效节能绿色低碳方向发展是大势所趋。未来，应继续加强技术研发和创新，推动矿物浮选分离技术向更高效、更环保、更智能的方向发展，为矿业的可持续发展做出贡献^[9，10]。

矿物浮选分离技术是一门综合性技术，涉及到化学、物理、机械、电子、计算机等多学科知识，这就要求相关工作人员要有较高的专业知识储备。因此，相关企业必须要加大对矿物浮选分离技术的研究力度，积极与高校、科研院所加强合作，提高技术水平，促进矿物浮选分离技术在矿业中的应用。