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实验室规模高气泡表面积通量浮选柱的原理、研制及应用

陈泉源  
【摘要】:矿物加工工业同其它工业领域一样,面临着资源、环境、经济诸方面的挑战,严峻形势直接关系到其兴衰存亡。数十年的理论研究和工业生产实践表明,浮选柱是行之有效的物料分选设备,是提高矿物加工的分选效率和资源综合利用率,降低分选成本的可行途径,有着广泛的用途和良好的发展前景。 本文系统地总结了浮选柱研究和应用的历史和现状,讨论了浮选柱的发展趋势,归纳整理了柱浮选的气泡与颗粒作用的理论,阐明了新型高效浮选柱研制的理论依据,提出了高气泡表面积通量浮选柱的概念并设计、制造、安装、调试了实验室规模的高气泡表面积通量浮选柱(TUB-ARR)及其实验系统和检测系统。 研究、探索并应用了一个较为简单测定计算气泡直径和表面积通量的方法,这对浮选柱以及浮选理论研究是有用的。 高气泡表面积通量浮选柱采用孔密度高(6~7×10~5孔/m~2)、孔径小(10~30μm)、耐磨、亲水性较强的高分子聚合物作为发泡材料。本文探讨了微孔高分子聚合物发泡的原理和影响因素。气泡的大小和分布的观测和计算表明,由于先进发泡材料的使用和多段发泡器的研制,能够在较大表观充气速率(4×10~(-2)m/s)的条件下获得数目足够多,且直径较小(约750μm)的气泡,从而获得高的气泡表面积通量(250~300l/s,比普通浮选柱大一倍以上),为这一长期困扰高效浮选柱研制开发的难题找到了一条可行的解决途径。 详细探讨了浮选柱气泡表面积通量的特性,建立了气泡表面积通量与充气率的模型,比已有的模型应用范围更宽,更准确。研究发现,发泡器布置、微孔材料的孔径、矿浆溶液的表面张力、表观充气速率及气体压力等因素对气泡的大小和分布有决定性的影响。另外,流体静压力的改变使气泡在上升过程中直径变大,降低了气泡一颗粒碰撞效率,也不容忽视。 多段发泡器可以有效地避免气泡在生成区域的兼并,减小了某些气泡/颗粒结合体的浮升距离,充分利用了有限的滞留时间,实现了疏水颗粒的迅速捕集、转移和排出。安装在不同高度的多段发泡器还具有消除因高表观充气速率造成的浮升区流体回旋和泡沫矿浆界面扰动的作用,较好地解决了粗粒脱落和细粒因碰撞几率小而难浮的问题,从 实验室规模高气泡表面积通量浮选柱的原理、研制及应用 摘要 而对物料的粒度有较强的适应性,提高了回收率。 本文探讨了柱浮选的影响因素(操作参数、结构参数)及其规律。高气泡表面积 通量浮选柱除有优越的充气性能外,浮选柱结构参数及操作参数还可根据物料性质、选 别指标的要求进行调整,因而对不同类型的物料有良好的适应性。高气泡表面积通量浮 选柱还有许多其它优点,如充气器充气面积大,结构简单,易于放大和自动控制;粗、 细尾矿分别排出,既防止粗颗粒堵塞,保持矿浆面稳定,又容易调整浮选泡沫层厚度。 在实验室,用高气泡表面积通量浮选柱选别煤和硫化矿这两类典型的物料均取得令 人满意的、且比传统的机械搅拌浮选机和已见报到的浮选柱更好的分选指标。用于肥煤 和气煤,在有机碳回收率略高(l~2个百分点)的情况下,浮选柱浮选精煤的灰分较浮 选机浮选精煤灰分下降1.1个百分点,灰分矿物排除率提高了5个百分点。若采用一粗 一精两次选别,在原煤灰分25~28%的条件下,可获得灰分仅3.“%的纯净煤(碳回收 率85一90%),而浮选机选别很难达到这个纯度。对于硫化矿,采用混合浮选一分离浮选、 优先浮选铜这两种流程,品位和回收率均较机械搅拌浮选机和常规浮选柱有较大幅度的 提高(品位1一5个百分点,回收率4~10个百分点)。这些结果表明高气泡表面积通量 浮选柱具有良好的应用前景。 实验室型高气泡表面积通量浮选柱的研制思路,对研究其它浮选柱和浮选设备有借 鉴作用。高气泡表面积通量浮选柱还有很多工作值得深入研究,特别是其数学模型、放 大和推广应用,可谓任重而道远。 本文图68幅,表34张,主要参考文献109条。


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