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浮选柱气含率的影响机制与调控研究

胡卫新  
【摘要】: 贫杂难选矿石中细颗粒及微细颗粒难以矿化问题是柱分选研究的难题之一。浮选过程中气体含量的多少和气体质量直接决定了疏水性矿物产率的高低和气泡的荷载能力。气含率是对浮选过程中气体含量大小和气体质量的表述。目前,浮选柱浮选过程中,依据充气量来调控气体含量技术比较成熟,但气泡的质量往往无法得到保证,影响了浮选的回收率和选择性。因此,本文开展基于气泡的浮选柱气含率影响机制与调控研究,为在高紊流、高充气量分选环境中如何控制气泡尺寸提供理论基础,为浮选柱满足工业过程控制需要提供技术支撑,实现浮选柱对微细颗粒的高效分选。 首先,本文开展了浮选柱分选煤泥、硫化铜、赤铁矿和铝土矿的适宜气含率试验研究。试验采用压差法测定气含率,分析了不同气含率情况下浮选柱分选煤泥、硫化铜、赤铁矿和铝土矿的效果。结果表明:气含率对分选指标的影响有一定共性,气含率的增加会导致目的矿物回收率的提高,精矿品位逐渐降低;不同的矿物达到最佳分选效果时,所对应的气含率大小并不相同。由此说明,气含率对矿化效率有一定影响,从而影响浮选精矿品位和回收率,通过气含率调控可优化浮选过程和提高浮选效率。 浮选过程中,气泡尺寸直接影响气含率的大小,而影响气泡尺寸和气含率大小的参数很多,其中循环压力、充气量和起泡剂用量是最关键的因素。为深入研究这三种因素对气含率的影响关系,本文开展了试验研究和流场数值模拟研究。试验研究部分借助MATLAB软件作为气泡图像分析手段,分别研究了循环压力、充气量和起泡剂用量对气泡尺寸和气含率大小的影响,探索了各因素的影响规律。数值模拟研究部分利用流体力学软件FLUENT对浮选柱内气液两相流场进行了数值模拟研究,从理论上探讨各种因素对气含率的影响规律,并分析了气速随循环压力、充气量的变化规律,结果表明:两相流场模拟结果与试验结论基本一致;气含率在柱体内的径向分布为中心处较高、四周较低,轴向分布为中间高、两边低。通过影响因素试验研究和流场数值模拟研究,为气含率的影响机制和调控研究打下了良好的基础。 在前面研究的基础上,又从理论上探讨了气含率的影响机制和调控,从控制的角度确定气含率调控策略。首先依据质量守恒定律,对浮选柱内气-液-固三相流动进行恒算,从而得到浮选柱气含率的计算公式。在此基础上,对矿化气泡的运动进行了深入分析,以矿化气泡受力平衡为出发点,重点讨论了气泡大小与循环压力、循环流量、液相表面张力等因素的关系,结合气相体积流量、处理量以及浮选回收率等因素的分析,得到基于工况参数的气含率关系模型数学表达式。再将该数学表达式进行单因素化,通过清水试验和矿物分选试验对单因素化的公式进行验证,发现通过公式计算的结果与试验结果基本一致。然后,基于气含率的分析计算,对气含率的调控策略进行了探讨。通过分析浮选动力学,确定气含率调控的基本思想为:以浮选作业指标为最终目标,通过综合调控起泡剂用量、循环压力和充气量等因素,提出了以专家控制系统为核心、以入料性质为前馈、以参数检测量为反馈的气含率调控策略。 最后,本研究结合大红山铜矿开展了分选试验,进行强化流程控制与气含率调节的实践。结果表明:在原矿品位为0.72%的情况下,采用浮选柱一粗一精工艺,得到精矿品位25.25%,回收率93.39%的指标,而且回收率比浮选机分选高出0.97个百分点。分选试验成功实现了浮选柱气含率的可控、可调,这对矿物分选的过程控制具有重要的指导作用,大大推进了柱式短流程分选过程控制技术的发展。 该论文有图69幅,表35个,参考文献148篇。


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