徐 涛,孙春宝,阎志强,米丽平,罗盛康,王 彪,赵留成

(北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083)

国内矿产资源形势比较严峻，需浮选处理的矿石中的有用成分含量越来越低，浸染粒度越来越细，矿石越来越复杂难选。矿产资源的贫、细、杂特点，对传统浮选工艺提出了严峻挑战。复杂多金属矿的分离和细粒物料的选收，仍然是浮选领域的主要研究课题[1]。矿产资源的严峻形势，迫使浮选理论体系、浮选工艺及设备需要不断的改进和发展，才能适应难选矿石的需要，从而让浮选工艺能够更好地为矿山服务。

浮选加药方式对浮选意义重大，浮选加药方式的改进，对提高浮选效果具有极大地促进作用。将气溶胶技术引入浮选中，气溶胶浮选是对浮选工艺的一个改进和创新，具有独特的优势。

1 气溶胶简述

气溶胶是指固体微粒或(和)液体微粒悬浮于气体介质中所形成的多相分散体系[2-5]。这个分散体系必须由两部分组成：一是被悬浮的微粒物，即分散相；二是承载微粒物的气体，即分散介质。所以，气溶胶是包含分散相(微粒物)和分散介质(气体)二者在内的统一整体。一般气溶胶的气体介质都是指空气。气溶胶可以来自被风扬起的细灰和微尘、海水溅沫蒸发而成的盐粒、火山爆发的散落物以及森林燃烧的烟尘等天然源，也可以来自化石和非化石燃料的燃烧、交通运输以及各种工业排放的烟尘等人为源。

气溶胶在工业、农业、医学、环境科学、军事学方面都已得到广泛的应用。例如，医学方面，气溶胶应用于治疗呼吸道疾病的粉尘型药的制备，因为粉尘型药粉更能够被呼吸道吸附而有利于疾病的治疗；喷雾干燥可提高产品质量，已广泛用于医药工业与洗衣粉的生产；农业上，农药的喷洒可提高药效、降低药品的消耗；利用气溶胶进行人工降雨，可大大改善旱情；消防上，气溶胶灭火器[6]具有灭火效率高，适应性强，工程造价低等优点；在军事方面，如烟雾弹[7]之类，还可以制造气溶胶烟雾来防御激光武器；环境科学方面，如用卫星检测火灾；科研人员还利用气溶胶液体分散相的液滴，作为微小反应器制备均匀胶体粒子[8]。另外，造纸方面，J.MAIOLO和R.PELTON也将气溶胶技术运用到纸浆浮选脱墨[9-11]上。

2 气溶胶浮选技术概述

目前，国内和国外对气溶胶浮选相关报道和文献很少。不过，根据对相关知识的研究，可将气溶胶浮选简单理解为：将浮选药剂以气溶胶的形式给入浮选系统中，作为浮选作业的一种浮选技术。其中，气相介质一般为空气。实际上，气溶胶浮选应用的是气溶胶加药技术。这一方法是根据浮选热力学原理和气体介质吸附过程理论为基础制定的。气溶胶浮选系统应包括：气溶胶发生装置、气溶胶检测仪、气溶胶传送装置和浮选装置。

气溶胶浮选所利用的气体分散相，可以是起泡剂或捕收剂，甚至可以是抑制剂、活化剂和调整剂。传统的浮选药剂加入方式，是将药剂加入到液相里；而气溶胶加药方式，是把药剂加入到气相里。这种加药方式，可使浮选药剂充分分散，具有提高药剂作用效果、加快浮选速度、减少药剂消耗量、提高浮选指标等优点。影响气溶胶浮选的气溶胶胶体特性主要是：分散相的浓度和粒度、分散相的分散性和分散相的稳定性等。

虽然为数不多的研究机构或研究工作者曾经对气溶胶浮选做过研究，但是研究的都不够深入，不够全面，只是停留在改善某种矿石的浮选效果试验表面上，并大都只是将气溶胶浮选与传统浮选做一简单对比，尚未进行深入研究。因此，对气溶胶浮选技术还需进一步研究，明确气溶胶浮选技术内在机理，认清气溶胶浮选的优势与不足，总结出气溶胶加药技术在浮选各阶段的适用情况，方能让该技术能够更好的为矿山服务。

3 气溶胶浮选技术在浮选领域中的应用现状

目前，气溶胶加药技术在浮选中的应用较少，并且大都用于煤矿浮选，很少应用于有色金属浮选，尚未发现在铁矿石选矿中的应用。经查阅相关文献，现对气溶胶浮选应用实例简单列举如下。

3.1 在煤矿浮选中的应用

煤炭科学研究总院唐山分院的一些研究工作者们，对传统浮选机做了较大地改进，其中包括使用了气溶胶加药技术这一项。如贾俊会、刘鸿功研制的XJX-T8型浮选机[12]，如图1所示。丁立亲、刘鸿功等人研制的XJX-T12型浮选机[13]，如图2所示。

这两种浮选机均采用气溶胶加药方式，其气溶胶发生原理基本相同，都是通过叶轮离心力作用产生负压，浮选药剂与空气接触弥散成气溶胶。经验证，该加药方式可大大提高药剂的分散度，并且能够产生活化气泡，浮选速度得到较大提高。

图1 XJX-T8型浮选机1-搅拌机； 2-槽体； 3-新型中矿箱； 4-刮板机； 5-液面自动控制； 6-叶轮； 7-锥形循环筒； 8-稳流板； 9-中心入料管； 10-气溶胶加药装置

图2 XJX-T12型浮选机1-中空加药斗； 2-大皮带轮； 3-机架； 4-进气孔； 5-定子加药斗； 6-套筒； 7-中空轴； 8-槽体(包括中矿箱)； 9-入料循环筒； 10-叶轮； 11-定子； 12稳流板

肖拥军和王筠在“XJX-TA8浮选机在华丰矿选煤厂的应用”[14]一文中介绍，该浮选机的应用为选厂创造了明显的经济效益。而该浮选机采用的是气溶胶加药方式，经验证，该加药方式石药剂充分分散，大大减少了浮选药剂柴油的消耗。

明成利在“XJX-TA-B16型浮选机在唐山矿选煤厂的应用”[15]一文中介绍，该浮选机采用的是气溶胶与电磁阀自动加药两套装置，保证了加药的扩散性和经济性。

开滦集团有限责任公司钱家营矿业公司的张小会和李云升在“钱家营矿业公司选煤厂浮选系统的改造实践”[16]一文中介绍，改造后的浮选机各槽都为分段加药配备了定子加药孔和中空轴加药孔，使药剂以气溶胶的形式分别加入叶轮上下层。使新鲜煤浆和底部循环的煤浆获得与空气、药剂再次接触的机会，加快分选速度。

俞宏珍在“XY-3.5矿浆预处理器在选煤厂的应用”[17]一文中介绍，由于搅拌桶对矿浆的搅拌能力过弱，对浮选机的准备情况不理想，因此，他所在的选煤厂自制了一台XY-3.5矿浆预处理器来代替3台XBT-19型搅拌桶供1组XPM-16型和3组XPM-8型浮选机使用。该矿浆预处理器工作原理是：使药剂与空气弥散制成气溶胶，然后覆盖浮选药剂的微气泡与疏水性好的煤粒黏附，使煤粒表面进一步疏水达到预矿化，预处理的矿浆进入到浮选机中浮选。该装置如图3所示。

图3 XY-3.5预处理器结构示意图1-筒体； 2-锥形混流管； 3-转子； 4-定子； 5-套筒； 6-进药管； 7-轴承体； 8-传动轴； 9-进气管； 10-电动机； 11-出料管； 12-进料管； 13-稀释水管

该气溶胶加药预处理技术在该厂使用后，每月指标显示药剂总量节约0.13 kg/t，产率提高0.07%，精煤灰分降低0.12%，尾煤灰分提高0.22%。

3.2 在有色金属浮选中的应用

气溶胶在有色金属中的应用很少。辽宁省冶金研究所气溶胶试验小组在“气溶胶浮选特性的探讨”[18]一文中介绍，他们在盘石镍矿选矿厂进行了气溶胶浮选试验研究，并自制气溶胶发生器见图4，气溶胶的输送装置见图5。试验证明，气溶胶加药方式，具有可强化镍矿的浮选过程，提高镍矿矿物的可浮性，加快浮选速度，增强药剂作用效果和提高浮选指标等优点。

有些文献记载，将气溶胶加药技术应用于铜铅矿石粗选阶段，对气溶胶浮选进行研究，得出气溶胶浮选优于普通浮选的结论。

I. M. Flint在“浮选柱的气溶发泡法”[19]一文中介绍，将起泡剂通过超声波气溶发泡器，以气溶胶的形式加入到浮选柱内，发泡时产生的气泡比传统方法产生的气泡要小得多，且起泡剂的消耗量也比传统方法少的多。

图4 气溶胶法小型试验设备示意图1-V7型喷笔； 2-压力风； 3-气溶胶稳定控制器； 4-气溶胶； 5-XFD单槽浮选机

图5 气溶胶输送方式及其设备联系示意图1-压力风； 2-滤油器； 3-药剂箱； 4-输药管； 5-压力表； 6-压力风检查装置； 7-压力风管； 8-HJH3型发生器； 9-6A浮选机

4 气溶胶浮选技术存在的不足

在过去，气溶胶浮选技术存在一些不足：气溶胶发生器及其输送装置本身设计与制造存在问题；气溶胶的生产效率低，所产气溶胶稳定性不高，难以实现工业化；由于气溶胶相关设备的引入及其能耗，可能导致成本的增加。这些不足，极大地限制了气溶胶浮选技术的应用及发展。

5 结论与展望

气溶胶浮选技术虽然得到一定的应用，但是从总体来看，该技术一直没有受到重视，这是由于技术本身存在的一些不足，导致该技术很少应用于工业生产。现在气溶胶发生器比较成熟，并配有精密的气溶胶测量仪器，且现有技术条件也可以生产大型的气溶胶发生器产品，因此，过去存在的问题基本可以解决，气溶胶浮选技术的前景将是光明的。鉴于该技术对浮选具有极大地促进作用，对该技术进行深入研究，并推广应用是很有必要的。

[1] 钟宏．浮选理论与工艺研究的新进展[J]．江西有色金属，1993，7(4)：176-177．

[2] ISO. General principle for sampling airborne radioactive materials. ISO2889-1975(E)，1975.

[3] Hidy G M. Aerosols-Anlndustrial and environmental science[M]. New York: Academic Press Inc., 1984.

[4] 卢正永．气溶胶科学引论[M]．北京：原子能出版社，2000．

[5] 王明星，张仁健．大气气溶胶研究的前沿问题[J]．气候与环境研究，2001，6(1)：119．

[6] 徐晓楠．气溶胶灭火器的研究及发展现状[J]．消防技术与产品信息，2002(9)：30．

[7] 周金琴．烟雾气溶胶技术及其在军事上的应用[J]．现代兵器，1991(11)：41-43．

[8] 张玉亭，吕彤．胶体与界面化学[M]．北京：中国纺织出版社，2008．

[9] MAIOLO J., PELTON R. Aerosol-Enhanced Flotation-A Possible Approach to Improved Flotation Deinking[J]. Journal of pulp and paper science, 1998, 24(10): 324-327.

[10] Maiolo J. Aerosol-Enhanced Flotation[D]. Canada: Mcmaster University, 1996.

[11] Maiolo J., R. Pelton. Aerosol-Enhenced Flotation-A Possible Approach to Improved Flotation Deinking[J]. Journal of Pulp and Paper Science, 1998, 24(10): 324-328.

[12] 贾俊会，刘鸿功．XJX-T8型浮选机的研制[J]．中国煤炭，1994(12)：45-48．

[13] 丁立亲，刘鸿功，蔡昌凤，等．XJX-T12型浮选机[J]．中国煤炭，1986(5)：19-23．

[14] 肖拥军，王筠．XJX-TA8浮选机在华丰矿选煤厂的应用[J]．煤质技术，1998(2)：6-8．

[15] 明成利．XJX-TA-B16型浮选机在唐山矿选煤厂的应用[J]．煤炭加工与综合利用，2002，(3)：31-32．

[16] 张小会，李云升．钱家营矿业公司选煤厂浮选系统的改造实践[J]．选煤技术，2004(5)：34-36．

[17] 俞宏珍．XY-3.5矿浆预处理器在选煤厂的应用[J].2005(5)：120-121．

[18] 辽宁省冶金研究所气溶胶试验小组．气溶胶浮选特性的探讨[J]．有色金属:冶炼部分，1976(3)：31-36．

[19] Flint I. M.．浮选柱的气溶发泡法[J]．国外金属矿选矿，1991(1)：26-29．