Highland Valley铜钼分离回路浮选柱操作的改进

本研究评估了Highland Valley铜矿铜钼分离回路中钼的最终精选段两台浮选柱的改进对整个流程浮选指标的影响。结果表明控制浮选柱内所生成的气泡尺寸是改进整个流程指标的关键因素。当产生的小气泡（<1 mm）占较大比例时，精矿产率是典型生产数据的4 ~5倍，而精矿品位未受影响。精矿产率的提高减小了回路的循环负荷，从而大幅提高了钼回收率。

Highland Valley铜矿（HVC）是加拿大最大的基础金属矿、全球最大的铜精矿生产商之一。2007年，HVC生产了约13.6万吨的铜和0.18万吨的钼。HVC选矿厂目前正经历流程改造与更新的升级过程。

铜钼分离

图1示意了铜钼分离的流程配置。一次精选精矿根据情况泵送给二次精选或经旁路给入最终精选段（本研究中，二次精选一直进行）。最终精选段平行配置两台浮选柱（直径0.9m，高10.4m）。最终精选段的尾矿返回给一次精选。典型的最终浮选钼精矿含49%钼和2.5% ~3.0%铜。

图1：HVC铜钼分离流程

 气泡发生器改造

2007年秋，对2号浮选柱进行改造安装了美卓Microcel^TM气泡发生器。Microcel^TM气泡发生系统将浮选柱下部的矿浆泵送入静态混合器，压缩空气也被注入到静态混合器中，矿浆与气体在高剪切流态下混合。气体-矿浆混合物穿过静态混合器时产生的强涡流使得小气泡形成。这种配置可以将传统的充气式气泡发生器（1号浮选柱）与Microcel^TM气泡发生器进行对比。本研究所用的Microcel^TM气泡发生器的循环泵配备了变频器，通过控制矿浆泵流量，可以改变静态混合器中的涡流，从而调节所生成的气泡尺寸。

测试对比了1号浮选柱（常规充气式气泡发生器）和2号浮选柱（美卓Microcel^TM气泡发生器）的工艺性能，并评估了气泡尺寸（泵转速）的影响。

图2：气泡图像示例

a）常规气泡发生器中生成的气泡（1号浮选柱）
b）机械搅拌式浮选机中生成的气泡（Hernandez-Aguilar & Reddick之后的研究特例，2007年）
c）在循环泵低转速和高Jg(表观气流速)值的Microcel^TM气泡发生器中生成的气泡
d）在循环泵高转速和高Jg值的Microcel^TM气泡发生器中生成的气泡
e）在循环泵低转速和低Jg的Microcel^TM气泡发生器中生成的气泡
f）在循环泵高转速和低Jg值的Microcel^TM气泡发生器中生成的气泡

图3：不同气泡生成方法的尺寸分布示例

a）某研究特例中的机械搅拌式浮选机；
b）在循环泵高转速和低Jg值的Microcel^TM；
c）在循环泵低转速和低Jg值的Microcel^TM；
d）在循环泵高转速和高Jg值的Microcel^TM；
e）常规气充气式泡发生器。

工艺性能结果

工艺性能调查1、2和3在同一天进行，调查4和5不在同一天进行。在调查2中，循环泵的转速从30 Hz增加到67 Hz，而泡沫深度（Hf）和泡沫冲洗水流量（Qw）保持恒量。在调查3中，循环泵的转速设置到67 Hz并且气流量（Qg）减小到调查2中所用数值的一半。

由于在调查4和5期间粗选给矿中的钼品位很低（<0.9%），从粗选和一次精选获得的精矿量并不够两台浮选柱同时工作。因此，测试工作按照调查1和2中同一顺序重点评估循环泵转速（气泡尺寸）的影响。结果（钼品位与回收率曲线）显示在图4中。

图4：性能调查结果（在符号内标示有调查编号）

2号浮选柱（Microcel^TM）相对于1号浮选柱（常规充气式气泡发生器）在品位与回收率方面有显著提高，即钼品位约从48.5%~49.5%增加到50%~51%，回收率增加约为3~4倍。

1号浮选柱中的平均钼品位约为49%（典型的目标品位），而回收率在7%和8%之间变化。这些值与历史统计数据相符，因此可将其认为是典型钼浮选柱工作的特色。调查4和5的Microcel^TM结果不如调查1到3的明显。然而前面已经论述，在给矿钼品位很低时操作浮选柱（和常规的整个精选回路）变得更具挑战性。

检查数据表明气泡尺寸[D₃₂和F₁(表征尺寸小于1mm气泡的统计参数)]是改进浮选柱性能的关键因素。在所有情况中，增加F₁与减小D₃₂会获得更好的浮选指标。特别令人感兴趣的是，在调查1、2、4和5期间2号浮选柱中观测到的指标改进，其中唯一的调节变量是气泡尺寸（即循环泵转速）。

浮选柱性能对整个回路浮选指标的影响

除了改善品位和回收率外，对精矿生产率的分析证明了Microcel^TM浮选柱比传统浮选柱回收率高4至5倍。在表1中可以看出，调查1到3中2号浮选柱生产精矿的速率为550~710 kg/h，而1号浮选柱则为120~150 kg/h，非常接近典型生产率。随着精矿生产率的提高，循环负荷降低，而回路中循环负荷的降低通常会导致整个回路回收率的提高。

表1：精矿固体流量（kg/h）

自2007年10月安装Microcel^TM起就对转换数据进行了评估。图5说明了整个钼回路回收率与最终精矿固体流量之间的相对转换关系（基于12小时转换的平均t/h）。

图5：钼回路最终精矿固体流量与回路回收率之间的相对关系（左）和数据统计处理（右）

图5还指出，由于回路典型地在回归线弯曲更明显的区域（计算得出90%的钼回收率）附近操作，因此整个回路回收率受到浮选柱性能非常大的影响。流程优化策略通过浮选柱精矿固体流量最佳化而实现钼回收率最大化，同时遵守精矿满足目标品位（>49%）的前提。根据图5所示的生产数据，确保浮选柱的最终精矿固体流量高于500kg/h。表1证明了采用Microcel^TM系统的优化操作是可行的。在最好的情况中（调查2），Microcel^TM浮选柱仅用一台柱子即可实现生产率710kg/h，并且精矿钼品位约为51%。因此，重点是保持Microcel^TM系统在优化条件下运行，这将对整个回路性能产生显著影响。

结论

●  控制（减小）气泡尺寸可用作显著改善浮选回路工艺性能的一项实用手段。

●  在已研究的情况中，控制钼精选浮选柱中的气泡尺寸可引起精矿品位提高（1%~2%绝对值）和精矿生产率（与典型操作相比）的明显提高（4~5倍）。

●  采用Microcel^TM气泡发生器改进浮选柱浮选操作产生的经济收益评估为钼回路回收率总体4%的增量，这代表HVC每月价值约$500,000的钼。

●  为了提供数据的合理阐述，测试了Gorain等人（1997年；1998年；1999年）的模型。结果显示模型预测明显低估了试验数据，这可能是由于模型不能描述流体动力因素对气泡和颗粒的运动以及气泡-颗粒碰撞和附着的机理的影响所致。