5.3 浮选

浮选利用表面化学使有价硫化矿物与脉石分离，由药剂、pH 与充气控制。本节涵盖药剂选择、流程操作、过程控制与故障诊断。

5.3.1 浮选药剂

学习目标

• 为斑岩铜矿设计基础药剂制度（捕收剂、起泡剂、抑制剂）
• 掌握正确加药顺序与搅拌时间
• 由泡沫外观与化验结果诊断药剂过量或不足
• 调节石灰与硫酸铜用量以抑制黄铁矿、活化闪锌矿

核心概念

参数与指标

公式

• 药剂消耗速率：$Q_{reagent} = D \times F / 1000$ — D 为 g/t 用量，F 为给矿 t/h，Q 为 kg/h
• 溶液泵流量：$Flow = Q_{reagent} / (C \times 10)$ — C 为溶液浓度 %

工具与标准

• 常用软件/仪器： pH 在线电极；药剂流量泵；实验室浮选试验（Hallimond 管）
• 相关标准：GB/T 18704（浮选药剂分类）；ICMM 浮选设计导则

操作步骤

1. 矿石性质：矿物组成、原矿品位、黄铁矿含量、粘土含量。
2. 设定 pH：加石灰至 10.5（铜粗选，现场试验微调）。
3. 加活化剂：有闪锌矿时加硫酸铜；搅拌 2–3 min。
4. 加捕收剂：10–20% 黄药溶液；搅拌 1–2 min。
5. 加起泡剂：MIBC 最后加；从 20 g/t 起按泡沫观察调整。
6. 观察泡沫：颜色、稳定性、气泡大小；用量 ±10% 微调。
7. 化验各流：粗精矿、扫选尾矿；优先调捕收剂再调起泡剂。

加药顺序（不可颠倒）

知识延伸

表面化学原理：硫化矿物浮选的核心是调节矿物-水界面润湿性。捕收剂（黄药）在疏水硫化表面形成疏水膜，使气泡附着；抑制剂（石灰提高 pH）使黄铁矿表面亲水；活化剂（Cu²⁺）在闪锌矿表面形成 CuS 活化层使其可浮。加药顺序不可颠倒：pH 必须先稳定（影响所有矿物表面电位），活化剂次之，捕收剂再次，起泡剂最后——起泡剂先加会形成无矿粒的"空泡"，捕收剂无法有效附着。

参数交互：pH 与黄铁矿可浮性呈强负相关：pH 10 以下黄铁矿与黄铜矿同时上浮（泡沫呈深灰色），pH 11 以上黄铁矿被抑制但过高（> 12）导致脉石泥分散、夹带上升。循环水中 Ca²⁺、SO₄²⁻ 积累使石灰用量偏移 ±30%，这是"同样药剂制度不同日期效果差异"的主因。黄药过量不仅浮黄铁矿，还使泡沫过稳、夹带脉石，精矿品位可降至冶炼厂罚档以下。

故障诊断逻辑：精矿品位低 + 泡沫深灰 → pH 低、黄铁矿上浮 → 增石灰；品位低 + 泡沫正常色 → 检查脉石夹带（泡沫层太厚或冲洗水不足）；回收低 + 尾矿品位高 → 捕收剂不足或磨矿不足（先查 -200 目再增黄药）；精矿品位高但回收低 → 捕收剂不足或充气不足，非起泡剂问题。

常见误区

• 起泡剂先于捕收剂：提前起泡、捕收剂附着差 → 严格按序加药
• 石灰块状间断加入：pH 尖峰导致脉石夹带 → 连续石灰浆
• 黄药过量：黄铁矿上浮、品位低于冶炼罚档 → 先调 pH 再调黄药
• 忽视回水水质：循环水离子影响药剂需求 ±30% → 定期分析回水

关联章节

• 5.2.2 磨矿粒度控制 — -200 目 60–75%
• 5.3.2 浮选流程操作 — 粗-扫-精流程
• 5.3.3 浮选控制 — XRF 反馈

自测要点

1. 给矿 200 t/h，SEX 用量 55 g/t、15% 溶液，求泵流量（L/h）。
2. 泡沫深灰、精矿品位 5.8% Cu（目标 8%），诊断并提出两项调整。

5.3.2 浮选流程操作

学习目标

• 配置粗选、扫选、精选以平衡回收率与品位
• 优化中矿返回位置以提高全流程回收率
• 控制各槽充气量以维持泡沫稳定性与刮泡量
• 对浮选各流做物料平衡

核心概念

参数与指标

公式

• 粗选回收率：$R = (C \times W_{c}) / (F \times W_{f}) \times 100\%$ — C、F 为精矿与给矿 t/h；W 为品位
• 刮泡量：$MP = C / F \times 100\%$
• 停留时间：$t = V_{cell} \times n_{cells} / Q_{pulp}$ — V 为 m³，Q 为 m³/min
• 全流程回收率：$R_{total} = R_{r} + (1 - R_{r}/100) \times R_{s}$ — 粗选 + 扫选贡献

工具与标准

• 常用软件/仪器：浮选槽液位计；充气量 rotameter；物料平衡软件（MetBalance）
• 相关标准：GB/T 18705（浮选设备）；选厂设计规范

操作步骤

1. 粗选规模：目标 85–92% 回收且精矿品位可接受；按停留时间定槽数。
2. 配置扫选：1–2 槽、50% 捕收剂；尾矿目标 < 0.15% Cu。
3. 设计精选：3 段；末段不加药；再精选尾矿返回扫选给矿。
4. 中矿返回：精选扫选尾矿通常返回粗选给矿（非扫选给矿）。
5. 调节充气：从 1.0 m³/(m²·min) 起；泡沫太薄则增、太脆则减。
6. 每周物料平衡：流量、浓度、品位闭合；校准在线分析仪。

粗-扫-精流程结构

知识延伸

流程配置原理：粗-扫-精三段结构的经济逻辑是"粗选用最少药剂获得最大回收，扫选用减量药剂回收粗选尾中的残余金属，精选用无药或少药洗涤脉石"。粗选回收率每提高 1% 对全流程贡献远大于扫选提高 1%，因此优化重点在粗选药剂与充气。中矿返回位置是流程平衡的关键：返回粗选给矿使未充分精选的颗粒再经粗选-精选循环；若返回扫选给矿，则已部分抑制的颗粒再次进入低药剂强度环境，回收率天花板降低。

参数交互：刮泡量与品位呈负相关：刮泡量增 2%，品位约降 1–2% Cu，但回收升 1–3%。充气量影响泡沫层厚度与气泡表面积：过低则刮泡不足、回收低；过高则泡沫脆、在溜槽中塌陷、刮泡量失控。精选段数与洗涤水量的关系：段数不足时单纯增洗涤水无法有效脱除夹带脉石，因泡沫夹带是表面现象而非机械夹带。

故障诊断逻辑：全流程回收低但粗选正常 → 查扫选尾矿品位（扫选药剂不足）；品位低但回收正常 → 查精选段数与洗涤水；刮泡量突增 → 查充气量与捕收剂是否过量；中矿池液位持续上升 → 精选能力不足或返回位置不当。

常见误区

• 扫选尾矿返回粗选：循环已抑制物料 → 回收率封顶 → 返回粗选给矿
• 精选段数不足仅靠洗涤水：脉石夹带仍高 → 增精选段
• 充气量过高：泡沫在溜槽塌陷 → 控制在 0.8–1.5
• 忽视槽液位：过低则停留不足；过高则矿浆溢入尾矿 → 维持设计液位

关联章节

• 5.3.1 浮选药剂 — 各段药量
• 5.3.3 浮选控制 — 在线调节
• 6.1.1 火法冶金 — 精矿品位要求

自测要点

1. 粗选回收 82%、精矿 8% Cu，扫选额外贡献 6% 绝对回收率，求总回收率。
2. 刮泡量 18%、精矿 4.5% Cu，给矿 0.9% Cu，是否可接受？说明理由。

5.3.3 浮选控制与调节

学习目标

• 以泡沫层厚度、颜色、稳定性作为主要操作指标
• 用在线 pH 与自动石灰 dosing 控制 pH
• 用 XRF 在线分析仪实现品位实时反馈
• 应用诊断树逻辑处理品位与回收率偏差

核心概念

参数与指标

公式

• 品位偏差：$\Delta G = G_{measured} - G_{target}$ — |ΔG| 超限时触发控制
• 在线回收率估算：$R \approx 100 \times (1 - W_{tail} / W_{head} \times F_{tail} / F_{head})$ — 简化式

工具与标准

• 常用软件/仪器： XRF 在线分析仪（Outotec、Thermo Fisher）；pH 电极与 PID 控制器；DCS/PLC
• 相关标准：GB/T 18706（浮选过程控制）；ICMM 过程安全导则

操作步骤

1. 设定控制点：pH、泡沫厚度、精矿品位目标（来自冶金平衡）。
2. 校准 XRF：每日标样；漂移校正。
3. 巡检泡沫：每班记录颜色、厚度、气泡大小。
4. 应用诊断树：品位低 → 查 pH 与石灰；回收低 → 查捕收剂与磨矿。
5. 限内自动调节：捕收剂 ±10%；石灰 ±5%；起泡剂 ±15%。
6. 持续偏差升级：超 2 h 不合规 → 冶金师复核配矿与药剂库存。

知识延伸

控制策略原理：浮选控制的层级是"泡沫观察（秒级）→ pH/药剂（分钟级）→ 磨矿粒度（小时级）→ 配矿（班次级）"。泡沫是最快响应指标：颜色变化在 pH 偏移 0.3 后 5–10 min 内可见，比 XRF（2–5 min 延迟）更早。XRF 反馈回路的设计关键是"只调节与品位/recovery 直接相关的变量"——品位问题调 pH/抑制剂，回收问题调捕收剂/充气，不可用起泡剂解决品位问题（起泡剂只影响泡沫体积，不影响选择性）。

参数交互：pH 与 XRF 品位读数存在 3–5 min 滞后（从石灰加入到泡沫到达 XRF 取样点），PID 参数过激进会导致 pH 振荡。磨矿 -200 目变化 ±5% 可使回收率偏移 3–5%，其表观症状与捕收剂不足相同——诊断树必须"先查磨矿再查药剂"。回水离子浓度变化使同一 XRF 设定值对应的实际药剂需求不同，自动调节限 ±20% 是为防止在矿石突变时过度反应。

诊断树应用

常见误区

• 未校准 XRF 即信任读数：漂移 2% Cu 导致捕收剂过度调节 → 每日标定
• 用起泡剂解决品位问题：品位属选择性（石灰/抑制剂）→ 勿混淆
• 忽视磨矿变化：-200 目从 68% 降至 58% mimic 药剂不足 → 先查磨矿
• 换矿期间手动覆盖自动石灰：pH 振荡 → 待稳定后再调参

关联章节

• 5.3.1 浮选药剂 — 药剂响应
• 5.3.2 浮选流程操作 — 流程平衡
• 8.2.1 生产调度 — 选厂控制系统
• 5.2.2 磨矿粒度控制 — 磨矿关联

自测要点

1. 尾矿品位由 0.12% 升至 0.22% Cu，pH 稳定 10.5、-200 目不变，按诊断树说明措施。
2. XRF 显示 21% Cu 而人工化验 25%，列出三种可能原因。