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浮选调浆的界面效应及过程强化研究

黄根  
【摘要】:界面效应不仅发生在浮选过程,同时也发生在浮选前的调浆过程。随着微细粒矿物分选技术的发展,特别是以浮选柱为代表的“无搅拌”浮选技术的应用,浮选调浆被赋予更多的内涵与要求。浮选调浆不仅要实现难溶性药剂以及矿物颗粒分散和粗颗粒悬浮,而且要完成药剂在矿物颗粒表面的铺展,特别是微细粒以及难浮矿物颗粒的铺展。调浆过程的界面效应以及强化对整个矿物分选,特别是微细粒以及难浮矿物的分选具有十分重要意义。 论文针对微细粒及难浮矿物调浆作业存在的突出问题,以提高浮选回收率与选择性为目标,从浮选调浆界面效应入手,研究了药剂的分散、药剂在颗粒表面的吸附和颗粒之间的聚团等界面行为,结合不同结构和操作条件下搅拌流场的模拟,分析了调浆过程中流体剪切率和湍流程度对调浆的影响,然后进行了高效调浆过程设计与设备开发,形成高效调浆新方法并完成了高效调浆与柱式分选配合的柱式短流程矿物分选新工艺。 论文首先研究了调浆对浮选过程及其动力学的影响。探讨了不同粒度和表面疏水性的煤泥颗粒在不同搅拌速度调浆后的浮选行为,研究表明,搅拌速度的提高可有效提高颗粒的浮选速率,粒度越小、表面疏水性越差的颗粒调浆时需要的搅拌速度越高。针对微细粒调浆过程中容易随流体无滑移地运动的特点,探讨了双层叶轮搅拌和变速搅拌对微细粒铝土矿浮选调浆的影响,通过调整搅拌方式有效提高了微细粒的调浆效果。 浮选调浆的界面效应研究。通过颗粒药剂吸附量测定、显微图像分析和沉降试验等方法研究了铝土矿颗粒搅拌调浆的界面效应。分析了不同搅拌速度和搅拌时间调浆后颗粒与药剂的吸附以及颗粒之间的聚团等行为,结果表明搅拌速度的提高强化了微细粒的调浆效果,有效促进了药剂在颗粒表面的吸附,提高了颗粒聚团中目的矿物的回收率和选择性。 高剪切和强湍流作用下药剂的分散和固液界面传质机理探讨。从药剂的分散和乳化以及固液两相之间的传质对非离子型和离子型捕收剂作用下的调浆机理进行了分析,对于难溶于水的非离子型捕收剂,剪切力是促进其分散的动力,通过药剂的分散可显著提高颗粒与药剂之间的碰撞频率,对于水溶性的离子型药剂,剪切率和流体脉动速度的提高有利于提高微细颗粒和药剂之间的传质效率。 湍流剪切作用下颗粒的界面效应分析。对于铝土矿颗粒的调浆,由于颗粒表面亲水,因此调浆过程中需减薄颗粒表面水化膜才能完成药剂在颗粒表面的吸附。通过对颗粒间的相互作用分析表明粗颗粒在较低的湍流强度下就可以获得较高的搅拌动能,随着颗粒粒度的减小,颗粒的搅拌动能逐渐降低,同时随着颗粒表面疏水性的降低,颗粒间的能垒逐渐增加,因此,对于微细粒以及难浮颗粒的调浆,需尽可能提高调浆过程的剪切率和湍流程度,以强化调浆效果。 基于单轴的高剪切强湍流搅拌流场模拟研究。系统研究了以水为介质的单相流场中挡板、搅拌转速和叶轮直径对搅拌槽内流场特性的影响,分析了不同结构和操作参数时搅拌槽内脉动速度和剪切率的分布和变化规律,通过添加挡板可极大的削弱搅拌槽内切向速度,提高流体剪切率大小和作用范围,搅拌转速提高有利于提高流体脉动速度和剪切率的大小,但剪切率作用范围变化较小,叶轮直径增加有利于提高剪切率的作用范围,但剪切率和脉动速度大小增加缓慢,随着叶轮转速的提高或叶轮直径的增加,叶轮消耗的功率显著增加,而剪切率或脉动速度提升的幅度逐渐减缓,因此,单独依靠增加叶轮转速或叶轮直径来提高流体剪切和湍流脉动作用有限。 新型高效搅拌方法与过程设计。基于对单轴搅拌槽中流体剪切率和脉动速度的分析,构建了双轴双层叶轮搅拌型式。与单轴普通搅拌型式相比较,在叶轮功率略有减少的情况下,搅拌槽中流体脉动速度的大小和频率及剪切率的大小和作用范围均得到了有效的提高,使搅拌槽剪切作用特征更加突出。在数值模拟结构优化的基础上,研制了φ300×400mm和φ600×800mm的双轴搅拌装置。 高效调浆和柱式分选的短流程分选工艺开发。以低品位铝土矿和细泥含量较高的煤泥为对象,开展了高效搅拌和柱式分选相结合的试验研究,试验表明,-0.038mm尤其是-0.010mm微细粒级的分选效果明显改善。新型搅拌装置在调浆方面优势明显。


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