浮遊選鉱における
浮選は、鉱石処理において、物理的・化学的差異を利用して鉱石中の有用な鉱物と脈石鉱物を巧みに分離することで、鉱石の価値を最大限に高めます。非鉄金属、鉄金属、非金属鉱物のいずれを扱う場合でも、浮選は高品質の原料を供給する上で重要な役割を果たします。
1. 浮選法
（１）直接浮上法
直接浮選法とは、スラリー中の有用な鉱物を気泡に付着させて浮上させ、脈石鉱物をスラリー中に残すことで濾過する方法です。この方法は非鉄金属の選鉱において極めて重要です。例えば、銅鉱石の処理では、破砕・粉砕工程を経て浮選工程に進み、この工程で特定の陰イオン性捕集剤を導入することで疎水性を変化させ、銅鉱物の表面に吸着させます。すると、疎水性の銅粒子が気泡に付着して浮上し、銅を豊富に含むフロス層が形成されます。このフロスは銅鉱物の予備濃縮工程で回収され、更なる精錬のための高品位原料として使用されます。
（２）逆浮上
逆浮選法では、鉱石脈石を浮上させ、有用な鉱物をスラリーに残します。例えば、石英不純物を含む鉄鉱石の処理では、陰イオン性または陽イオン性の捕集剤を用いてスラリーの化学環境を変化させます。これにより、石英の親水性が疎水性に変化し、気泡に付着して浮上することが可能になります。
（３）優先浮上
鉱石に2種類以上の有用な成分が含まれている場合、優先浮選法では、鉱物の活性や経済価値などの要素に基づいて、それらを順次分離します。この段階的な浮選プロセスにより、それぞれの有用な鉱物が高純度かつ高い回収率で回収され、資源利用が最大化されます。
（4）バルク浮選
バルク浮選法は、複数の有用鉱物をまとめて浮上させ、混合精鉱を得た後、分離を行う方法です。例えば、銅とニッケルの鉱物が密接に関連する銅ニッケル鉱石の選鉱では、キサントゲン酸塩やチオールなどの試薬を用いたバルク浮選法によって、硫化銅と硫化ニッケルの鉱物を同時に浮上させ、混合精鉱を形成できます。その後、石灰やシアン化物試薬などの複雑な分離プロセスを経て、高純度の銅精鉱とニッケル精鉱を分離します。この「まず回収し、後で分離する」というアプローチは、初期段階での有用鉱物の損失を最小限に抑え、複雑な鉱石の回収率を大幅に向上させます。
2. 浮選プロセス：段階的な精密さ
（１）段階浮選プロセス：段階的精製
浮選では、段階浮選により、浮選プロセスを複数の段階に分割して複雑な鉱石の処理をガイドします。
例えば、二段浮選プロセスでは、鉱石を粗粉砕し、部分的に有用な鉱物を分離します。第一段階の浮選では、これらの分離した鉱物を予備精鉱として回収します。残りの未分離粒子は第二段階の粉砕工程に送られ、さらにサイズが小さくなり、その後、第二段階の浮選工程が続きます。これにより、残りの有用な鉱物が完全に分離され、第一段階の精鉱と混合されます。この方法は、初期段階での過剰粉砕を防ぎ、資源の無駄を削減し、浮選精度を向上させます。
複数の希少金属を含み、結晶構造が密接な鉱石など、より複雑な鉱石の場合、3段階の浮選プロセスが用いられることがあります。粉砕と浮選を交互に行うことで、綿密な選別が可能になり、貴重な鉱物を最高の純度と回収率で抽出し、更なる処理のための強固な基盤を築きます。
3. 浮選における重要な要素
（1）pH値：スラリーの酸度の微妙なバランス
スラリーのpH値は浮選において極めて重要な役割を果たし、鉱物の表面特性と試薬の性能に深く影響を及ぼします。pHが鉱物の等電点を超えると表面は負に帯電し、等電点を下回ると表面は正に帯電します。こうした表面電荷の変化は、磁石の引力や反発力のように、鉱物と試薬間の吸着相互作用を左右します。
例えば、酸性条件下では硫化鉱物の捕集活性が向上し、目的の硫化鉱物を捕集しやすくなります。一方、アルカリ性条件下では、酸化物鉱物の表面特性が変化し、試薬との親和性が高まるため、浮選が容易になります。
鉱物の種類によって浮選に必要なpHレベルが異なるため、精密な制御が不可欠です。例えば、石英と方解石の混合物の浮選では、スラリーのpHを2～3に調整し、アミン系捕集剤を使用することで、石英を優先的に浮選させることができます。一方、方解石の浮選は、脂肪酸系捕集剤を用いたアルカリ性条件で実施すると効果的です。この精密なpH調整が、効率的な鉱物分離を実現する鍵となります。
（2）試薬レジーム
試薬の選択、投与量、調製、添加といった試薬の選定は、浮選プロセス全体にわたって重要な要素です。試薬は対象鉱物の表面に選択的に吸着し、その疎水性を変化させます。
起泡剤はスラリー中の気泡を安定させ、疎水性粒子の浮上を促進します。一般的な起泡剤としては、松油やクレゾール油などが挙げられ、粒子付着に適した安定した適切なサイズの気泡を形成します。
改質剤は鉱物の表面特性を活性化または阻害し、スラリーの化学的または電気化学的条件を調整します。
試薬の投与には精度が求められます。量が不足すると疎水性が低下し、回収率が低下します。一方、量が多すぎると試薬が無駄になり、コストが増加し、濃縮液の品質が低下します。オンライン濃度計試薬投与量の正確な制御を実現できます。
試薬の添加時期と方法も重要です。調整剤、抑制剤、そして一部の捕集剤は、スラリーの化学的環境を早期に整えるために、粉砕中に添加されることがよくあります。捕集剤と起泡剤は、重要な瞬間に効果を最大限に発揮するために、通常、最初の浮選タンクで添加されます。
（3）通気率
エアレーション率は鉱物気泡の付着に最適な条件を作り出すため、浮選において不可欠な要素となります。エアレーションが不十分だと気泡数が少なくなり、衝突と付着の機会が減少し、浮選性能が低下します。エアレーションが過剰だと乱流が過剰になり、気泡が破裂して付着粒子が剥がれ落ち、効率が低下します。
エンジニアは、ガス採取や風速計による気流測定などの方法を用いて、通気率を微調整します。粗粒子の場合、通気量を増やしてより大きな気泡を生成することで、浮上効率が向上します。一方、微細粒子や浮上しやすい粒子の場合は、慎重な調整によって安定的かつ効果的な浮上が確保されます。
（4）浮遊時間
浮選時間は、精鉱品位と回収率の微妙なバランスであり、正確な調整が求められます。浮選の初期段階では、貴重な鉱物が急速に泡に付着するため、回収率と精鉱品位が高まります。
時間の経過とともに、より価値の高い鉱物が浮上するにつれて、脈石鉱物も浮上し、精鉱の純度が低下する可能性があります。粗粒で浮上しやすい鉱物を含む単純な鉱石の場合、浮上時間を短くすることで、精鉱の品質を損なうことなく高い回収率を確保できます。一方、複雑な鉱石や難処理鉱石の場合は、細粒鉱物が試薬や気泡と十分に反応できるように、浮上時間を長くする必要があります。浮上時間の動的な調整は、正確で効率的な浮上技術の特徴です。
投稿日時: 2025年1月22日
