本文關鍵詞：煤泥浮選過程中顆粒與氣泡碰撞、吸附規(guī)律研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：浮選微觀模型認為,礦物浮選過程可以分為顆粒與氣泡的碰撞、吸附與脫附三個獨立的過程,即顆粒與氣泡在礦漿中首先發(fā)生碰撞,隨后氣泡表面水化膜逐漸薄化、破裂,形成三相潤濕周邊,并且三相潤濕周邊擴展,使顆粒穩(wěn)定的吸附到氣泡表面；顆粒與氣泡結合體在礦漿上升的過程中,受外力作用,顆粒沒有從氣泡表面脫附,而是隨氣泡進入泡沫層并最終進入精礦。因此礦物浮選的概率可以用三個獨立的過程進行描述,分別為碰撞概率、吸附概率與脫附概率。浮選微觀模型中,碰撞概率模型與吸附概率模型是浮選發(fā)生的基礎,因此獲得了更多的重視,Sutherland對浮選過程做出簡化,假設不考慮顆粒的粒度以及質(zhì)量,顆粒的運動狀態(tài)完全取決于其周圍流體的狀態(tài),因此顆粒的運動軌跡可以用流過顆粒中心處的流體流線表示,從而得到了顆粒與氣泡的碰撞概率模型以及吸附概率模型。Sutherland做出了開拓性的貢獻,奠定了浮選微觀模型的發(fā)展方向,隨后眾多學者在其模型基礎上,極大的豐富和完善了顆粒與氣泡的碰撞與吸附模型。論文詳細回顧了碰撞概率模型以及吸附概率模型,在深入分析現(xiàn)有模型的基礎上,發(fā)現(xiàn)以流體的繞流流線方程為依據(jù)的碰撞概率以及吸附概率模型,其使用范圍局限于50μm的顆粒,而實際的煤炭浮選中包括0.25-0.5mm的粗粒級、0.075-0.25mm的中間粒級、以及-0.075mm的細粒級,其中又以中間粒級為最佳的處理范圍,掌握各粒級的浮選規(guī)律,才能建立具有實際意義的浮選數(shù)學模型。論文針對顆粒與氣泡的碰撞以及吸附過程,分析了顆粒與氣泡的碰撞以及吸附過程動力學,設計了顆粒與氣泡的碰撞概率以及吸附概率測量系統(tǒng),以烏海礦區(qū)高硫煤浮選入料為研究對象,深入研究了顆粒粒度、密度以及氣泡尺寸對碰撞概率以及吸附概率的影響,同時針對浮選槽內(nèi)高含氣率的情況,設計了氣泡尺寸觀察系統(tǒng),對XDF2L實驗室浮選機內(nèi)的氣泡尺寸進行了測量,研究了四種起泡劑以及充氣量對氣泡尺寸分布規(guī)律的影響,主要結論如下：設計了顆粒與氣泡的碰撞概率測試系統(tǒng),使用該系統(tǒng)測試了顆粒從不同位置下落時與氣泡的碰撞效率,發(fā)現(xiàn)顆粒從氣泡中心位置處下落時,碰撞效率基本為100%,隨著顆粒位置逐漸偏離氣泡中心,由于氣泡的壁效應,使顆粒發(fā)生繞流。確定了碰撞概率的試驗方法,即若顆粒從距氣泡中心Rc的位置處下落時,與氣泡的碰撞效率為50%,此時Rc為該顆粒與氣泡的臨界碰撞半徑。隨顆粒密度增加,碰撞概率逐漸增加。當氣泡直徑為1.44mm時,對0.16mm粒級的顆粒,隨顆粒密度由1.25 g/cm3,依次增加到1.35 g/cm3、1.45 g/cm3、1.55g/cm3和1.70g/cm3,碰撞概率由58.10%,依次增加為67.79%、68.78%、76.76%以及79.21%。試驗同時測量了在氣泡直徑分別為0.81mm、1.05mm、1.44mm和1.86mm條件下的碰撞概率,發(fā)現(xiàn)碰撞概率基本隨著氣泡直徑的增加而增加,如對于粒度為0.16mm、密度為1.35g/cm3的顆粒,隨氣泡直徑增加,碰撞概率依次為60.14%、64.47%、67.79%、73.96%。對不同粒度級顆粒的碰撞試驗表明,顆粒粒度為0.26mm時,各密度級下的碰撞效率曲線與0.16mm各密度級相似,在氣泡中間位置處的碰撞效率基本為100%,隨著顆粒位置偏離氣泡中心,碰撞效率逐漸減小。對比兩粒級顆粒在相同密度級下的碰撞效率曲線發(fā)現(xiàn),0.26mm粒級顆粒在不同位置處的碰撞概率皆大于0.16mm粒級。隨氣泡直徑由0.81mm增大到1.86mm,兩粒度級顆粒各密度級碰撞概率隨氣泡直徑增大而增大,但是增大幅度不同,密度級由小到大,0.15-0.18mm粒級顆粒碰撞概率增幅分別為6.29%、8.08%、9.49%、8.52%和9.48%；而對于0.25-0.28mm粒級顆粒,各密度下碰撞概率增幅分別為12.72%、7.78%、5.29%、4.51%和3.63%�？梢姵�-1.3g/cm3密度級外,0.25-0.28mm粒級其余各密度級顆粒碰撞概率隨氣泡直徑的增幅均小于0.15-0.18mm。使用BBO方程,對顆粒與氣泡的碰撞過程進行了分析,引入阻力系數(shù)fr和fθ用以描述氣泡對顆粒在徑向與軸向的阻力,使用四階龍格庫塔法對顆粒的運動方程進行數(shù)值求解,結果表明,當顆粒粒度為0.16mm時,理論結果與試驗結果吻合度較好,對0.26mm粒級的預測效果較差。建立了顆粒與氣泡吸附概率測試系統(tǒng),對顆粒與氣泡的接觸過程進行研究,發(fā)現(xiàn)顆粒在中心位置處下落與氣泡發(fā)生碰撞接觸時,吸附效率最大,隨著顆粒位置偏離氣泡中心,吸附效率逐漸減小。顆粒與氣泡的吸附經(jīng)歷了水化膜薄化、破裂的過程,其中隨著水化膜的破裂,顆粒在氣泡表面會發(fā)生旋轉現(xiàn)象,其原因為水化膜破裂形成的空穴,將顆粒吸入氣泡內(nèi)。同時發(fā)現(xiàn),水化膜的破裂不只是發(fā)生在氣泡的上半球,也能夠發(fā)生在氣泡的下半球。水化膜的破裂不一定能夠形成穩(wěn)定的吸附。親水性顆粒與氣泡發(fā)生碰撞時,氣泡不發(fā)生水化膜薄化過程,顆粒在氣泡表面下滑,當越過氣泡中心時,即與氣泡脫離,脫離角度一般在100-120。之間,疏水性顆粒與氣泡接觸過程中發(fā)生了水化膜的薄化,該過程會對顆粒產(chǎn)生吸附作用力,增加了顆粒在氣泡表面的滑動時間,若顆粒無法與氣泡發(fā)生吸附,其脫附角通常大于130。試驗測量了密度分別為1.25 g/cm3、1.35 g/cm3、1.45 g/cm3、1.55 g/cm3和1.70g/cm3的顆粒接觸角,發(fā)現(xiàn)隨顆粒密度增加,接觸角呈線性減小。對各密度級的吸附試驗表明,吸附概率隨接觸角的增加基本旱線性增加。因此,吸附概率與顆粒密度呈線性關系。對顆粒在不同尺寸氣泡下的吸附試驗表明,隨氣泡尺寸增加,吸附概率相應增加。但氣泡尺寸對各密度級顆粒的影響不同。如對0.16mm、1.25g/cm3密度級的顆粒,隨著氣泡直徑由0.81mm依次增加到1.86mm,吸附概率分別為81.69%、85.79%、85.04%以及84.64%。最大增幅僅為4.10%。而隨著顆粒密度增加到1.35 g/cm3、1.45g/cm3、1.55g/cm3、和1.70 g/cm3,最大增幅依次為11.97%、25.97%、23.46%、以及16.52%,表明隨氣泡尺寸增加,會加大對中等密度顆粒的吸附概率。同時,1.70g/cm3密度級吸附概率的增幅大于1.25 g/cm3與1.35 g/c1113密度級,說明大氣泡增加了對高密度顆粒的吸附,即其選擇性有所降低。因此,使用小氣泡可以提高浮選的選擇性。對0.26mm粒級,各密度級的接觸角測定表明,相同密度級0.26mm與0.16mm粒級的接觸角基本相同。通過對比吸附概率發(fā)現(xiàn),密度相同時,0.26mm粒級的吸附概率小于0.16mm粒級。建立了基于圖像法的氣泡尺寸動態(tài)測量系統(tǒng),在實驗室XDF2L浮選機上,系統(tǒng)的研究了仲辛醇、松油醇、MIBC和2-己醇四種起泡劑在不同濃度以及不同充氣量條件下的氣泡尺寸分布,結果表明：起泡劑能夠顯著的縮小氣泡尺寸分布范圍,使氣泡尺寸分布更加集中,同時減小氣泡的平均大小。浮選槽內(nèi)的氣泡尺寸分布可以使用Upper-Limit分布函數(shù)進行準確的描述。起泡劑的起泡性能受其分子結構影響,仲辛醇鏈長最長,其起泡性最好,松油醇雖然含碳量最多,但6元環(huán)結構對其起泡性有一定影響,MIBC和2-己醇同為6個C原子,其中MIBC為直鏈,2-己醇含支鏈,二者的起泡性相近,四種起泡劑的起泡性由大到小依次為仲辛醇松油醇MIBC≈2-己醇。起泡劑的用量存在臨界值,試驗測量了仲辛醇、松油醇和MIBC三種起泡劑的臨界兼并濃度分別為11.97 mg/L,21.40mg/L,以及21.89mg/L。超過臨界用量后,三種起泡劑產(chǎn)生的氣泡Sauter直徑分別為0.54mm、0.54mm口0.58mm。建立了氣泡Sauter直徑與充氣量和起泡劑濃度之間的關系模型
【關鍵詞】：浮選模型 碰撞 吸附 氣泡尺寸
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學(北京)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TD94;TD923
【目錄】：

• 摘要4-7
• Abstract7-15
• 第一章 緒論15-39
• 1.1 選題背景及意義15-16
• 1.2 浮選動力學發(fā)展16-20
• 1.2.1 動力學模型16-17
• 1.2.2 浮選經(jīng)驗模型17-18
• 1.2.3 浮選微觀模型18-19
• 1.2.4 總體平衡模型19-20
• 1.3 浮選微觀模型研究現(xiàn)狀20-34
• 1.3.1 碰撞概率模型研究現(xiàn)狀20-28
• 1.3.2 吸附概率模型研究現(xiàn)狀28-34
• 1.3.3 脫附概率模型研究現(xiàn)狀34
• 1.4 氣泡尺寸測量及影響因素概述34-36
• 1.5 研究內(nèi)容的提出36-37
• 1.5.1 目前存在的問題36-37
• 1.5.2 研究內(nèi)容37
• 1.5.3 技術路線37
• 1.6 本章小結37-39
• 第二章 浮選碰撞過程試驗系統(tǒng)建立及碰撞過程研究39-59
• 2.1 碰撞測試系統(tǒng)的建立及試驗方法39-44
• 2.1.1 試驗系統(tǒng)的建立39
• 2.1.2 試驗方法39-40
• 2.1.3 試驗煤樣40-41
• 2.1.4 試驗結果分析方法41-44
• 2.2 顆粒碰撞行為研究44-51
• 2.2.1 顆粒密度對碰撞概率影響45-47
• 2.2.2 氣泡尺寸對碰撞概率影響47-48
• 2.2.3 顆粒粒度對碰撞概率影響48-51
• 2.3 顆粒碰撞理論與試驗51-58
• 2.3.1 試驗顆粒運動軌跡54
• 2.3.2 顆粒運動軌跡理論模擬54-58
• 2.4 本章小結58-59
• 第三章 顆粒與氣泡吸附過程行為研究59-77
• 3.1 試驗系統(tǒng)及試驗條件59-60
• 3.1.1 試驗系統(tǒng)59
• 3.1.2 試驗煤樣59-60
• 3.1.3 試驗條件60
• 3.1.4 試驗方法60
• 3.2 顆粒吸附行為分析60-64
• 3.3 吸附效率分析64-73
• 3.3.1 顆粒密度對吸附的影響65-67
• 3.3.2 吸附概率與捕收概率67-68
• 3.3.3 氣泡尺寸對吸附的影響68-72
• 3.3.4 顆粒粒度對吸附的影響72-73
• 3.4 顆粒捕收概率73-74
• 3.5 本章小結74-77
• 第四章 浮選槽內(nèi)氣泡尺寸測量及其影響因素分析77-109
• 4.1 氣泡尺寸測量系統(tǒng)的建立及試驗方法77-81
• 4.1.1 試驗系統(tǒng)的建立77-80
• 4.1.2 實驗方法80
• 4.1.3 試驗條件80-81
• 4.2 試驗結果分析81-107
• 4.2.1 氣泡尺寸統(tǒng)計結果分析81-82
• 4.2.2 氣泡尺寸分布規(guī)律研究82-92
• 4.2.3 氣泡尺寸影響因素分析92-102
• 4.2.4 氣泡尺寸預測模型102-105
• 4.2.5 浮選槽內(nèi)氣泡均勻性分析105-107
• 4.3 本章小節(jié)107-109
• 第五章 結論與展望109-113
• 5.1 結論109-111
• 5.2 創(chuàng)新點111
• 5.3 展望111-113
• 參考文獻113-121
• 致謝121-123
• 作者簡介123-125
• 附錄125-126

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 紀延俊,何俊華,陳良益;氣泡的散射光與氣泡尺寸分布[J];激光技術;2004年04期

2 鄒華生;程小平;周超;;超聲場中鼓泡塔內(nèi)氣泡直徑分布特征研究[J];現(xiàn)代化工;2011年11期

  本文關鍵詞：煤泥浮選過程中顆粒與氣泡碰撞、吸附規(guī)律研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：336681