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基于中煤柱浮选过程的多流态强化机理与能量耗散规律研究

孙凤杰  
【摘要】:虽然我国煤炭资源丰富,但煤种与数量分布极不平衡。焦煤和肥煤是优质稀缺资源,储量较低,比例不足22%。而每年通过选煤过程排出大量中煤产品,又使得优质稀缺煤没能发挥更好的作用。中煤的二次深度脱硫降灰对提高优质稀缺煤的利用率意义重大。中煤的结构、矿物质组分、表面性质及其嵌布更为复杂,深度脱硫降灰的前提是通过细磨过程来解离和释放其有机组分,再进行浮选分离。浮选柱在处理微细粒物料分选领域具有独特的优势,提高分选效率和浮选矿物品质,降低浮选能耗是柱浮选设备研究的重点。本文以新峪中煤为分选研究对象,对不同结构浮选柱内流体的流动特性、强化机制、能量耗散等规律进行了研究,得到以下主要结论:对新峪中煤的粒度组成、密度组成、煤岩显微组分及可浮性特性等方面进行了系统的分析和试验研究,并通过浮选机试验研究了中煤浮的选试验条件、药剂制度等分选条件。结果表明:该中煤具有再选回收价值,细颗粒中煤的可浮性较好,但对矿浆浓度、充气量、转速等操作条件变化较为敏感。起泡剂与捕收剂用量的增加以及浮选充气量的增加均会出现夹带现象,而减少用量时,可燃体回收率则不足。对不同旋流结构浮选柱的平均气含率、局部气含率、气相平均停留时间及旋流衰减规律进行了试验研究,分析了结构参数、操作参数对浮选柱内相分布的均匀性及稳定性的影响。结果表明:旋流结构对浮选柱局部气含率影响显著,且对操作条件变化敏感;旋流的衰减对浮选柱分选段稳定性的影响显著;旋流衰减越快,能量耗散越集中,对静态分选段的扰动越小;相比有旋结构,无旋结构的流场适应性更好;旋流强度小时,旋转流会延长气相的平均停留时间,而旋流强度过大时,旋流会加速气相的逸出,减短气相停留时间,因而更有利于强化回收效率;从气相分布的均匀性角度考虑,强旋流结构在一定气-液比范围内更有利于气相在浮选柱内的均匀分布。对不同进气结构浮选柱内各段的流型结构、转变规律及能量耗散规律进行了研究,结果表明:管流段、旋流段、浮选段内的流型结构相互影响;无旋结构对气泡的破碎作用有限,不利于气泡细化;旋流作用一方面可以细化气泡,另一方面也会在气液比较大时造成严重的气泡聚并,波及静态分选段稳定,对静态分选不利。对浮选柱能耗量耗散规律的研究表明:强旋流作用的会加剧能量在小空间内耗散,对于强化旋流段矿化过程有利;但旋流强度过大时,旋流耗散会恶化静态分选;对影响柱浮选设备稳定操作的因素研究,得出了浮选柱操作线方程,绘制了浮选柱操作负荷性能图并指出了限制性因素指标。对新峪中煤在不同旋流结构浮选柱内的浮选效果进行了研究,结果表明:强旋流结构有利于提高新峪中煤的回收率,但过强的流场扰动易造成夹带;对适于中煤再选的分选工艺进行了研究:提出了强旋流粗选+无旋流精选的中煤柱浮选工艺。新峪中煤柱浮选试验表明:强旋流粗选回收率达66.67%,无旋流精选作业的精煤灰分为10.31%。


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