密度对细粒煤颗粒与气泡间相对运动的影响

颗粒与气泡间相对运动的研究对浮选机理的认识十分重要,目前关于颗粒与气泡间相对运动的研究多为理论推导,试验研究比较匮乏且试验对象多为形状规则,表面性质均匀的颗粒。以内蒙古公乌素原煤为研究对象,利用自行设计搭建的试验装置研究了粒级为0.100～0.074 mm、密度级分别为-1.3,1.4～1.5和+1.7 g/cm~3的煤样与气泡间的相对运动。试验通过追踪大量煤颗粒的运动轨迹,研究了颗粒沉降阶段、运动轨迹偏离阶段和碰撞阶段中颗粒运动特征参数的变化规律。试验结果表明:颗粒当量直径均值为0.092 mm,颗粒经短暂加速后便达到沉降末速,颗粒沉降末速随颗粒当量直径和密度的增大而增大。气泡会影响颗粒的运动轨迹,同一初始沉降区间内,竖直方向上煤样轨迹偏离点到气泡的距离随煤样密度的增大而减小。静水条件下颗粒和气泡碰撞角的主分布区间为20°～50°,且碰撞区间和颗粒集中分布区间随初始沉降区间向外扩展而扩展。颗粒和气泡的碰撞角小于50°时,碰撞点处颗粒速度减小比例随碰撞角增大近似直线减小,碰撞角大于50°时,碰撞点处颗粒速度减小比例趋于平稳,低密度颗粒的速度减小量大于高密度级颗粒的速度减小量,然而差异并不明显。理论计算发现,颗粒初始沉降位置距气泡中轴较近时理论碰撞速度较小,且颗粒理论碰撞速度随颗粒初始沉降位置向外扩展而增大,与试验规律较为吻合。     

浮选中颗粒-气泡间相对运动研究进展

颗粒-气泡间相对运动的研究对浮选机理的认知至关重要,对新型浮选机的开发和提高浮选效率均具有指导意义,本文系统综述了颗粒-气泡间相对运动的研究进展。早期研究过程中,研究者忽略了颗粒和气泡性质的影响,将颗粒视为随流线运动的点,气泡视为刚性球体,利用流线方程对颗粒-气泡间的相对运动展开研究;随着认知过程的不断深入,颗粒和气泡物理化学性质的影响逐步得到了关注,研究者分别从颗粒惯性力、重力、形状和粗糙度以及气泡表面流动性等方面并展开了大量研究;颗粒-气泡间相对运动的试验研究多通过颗粒沉降法进行,研究对象由单个玻璃微珠发展为大量矿物颗粒,且出现了关于运动玻璃球与上升气泡之间相对运动的研究。研究表明,当颗粒粒度较细、密度较小时,利用流线方程对颗粒-气泡间相对运动的研究具有一定的适用性;当颗粒粒度较粗、密度较大时,需考虑正负惯性力、重力等因素对颗粒-气泡间相对运动的影响。此外,颗粒形状的不规则性会影响颗粒周围液体对颗粒的作用力,导致临界碰撞半径减小,且颗粒表面不规则的凸起会促进颗粒-气泡间水化膜的破裂,减少诱导时间,增大颗粒表面粗糙度有助于增强颗粒-气泡间的黏附强度。气泡表面的流动性可采用"滞留帽"模型进行分析,具有较好的适用性。对于颗粒-气泡间相对运动的试验研究主要采用颗粒沉降法,亲水玻璃微珠只能在气泡上半球滑行,到达气泡赤道位置附近后便离开气泡,疏水玻璃微珠会刺破颗粒-气泡间的水化膜,越过气泡赤道后会继续沿气泡表面滑行并最终黏附在气泡底部,煤颗粒与气泡的黏附效率随碰撞角和密度的增大而减小。然而目前的试验研究多集中于静水领域,对于浮选流场中颗粒-气泡间相对运动的试验研究尚需进一步探索。     

煤颗粒与气泡间相对运动过程的试验研究

针对当前颗粒与气泡间相对运动过程研究中理论推导居多、试验研究相对匮乏的情况,在阐述和分析两种颗粒与气泡间相对运动过程监测方法的基础上,提出了一套颗粒与气泡碰撞、黏附行为测量系统,并利用该系统对内蒙古公乌素原煤颗粒与气泡间的相对运动过程进行了观测。试验结果表明:在远场区,煤颗粒处于自由沉降状态,运动轨迹不受影响,进入近场区后,受气泡阻力的影响,煤颗粒逐渐偏离原来运动轨迹,趋于沿气泡切线方向运动;在远场区,煤颗粒以沉降末速向气泡逼近,随着二者间距离的不断减小,煤颗粒运动速度逐渐降低,且在二者碰撞时达到最低,之后煤颗粒沿气泡表面向下滑落,运动速度逐渐增大,当滑落至气泡"赤道"位置时达到最大,越过气泡"赤道"位置后又开始降低;当煤颗粒滑落至气泡中心以下0.34 mm位置时,彻底从气泡上脱落。     

湍流条件下气泡-颗粒间碰撞效率的数值计算

为了研究浮选过程中的气泡与微细粒煤泥之间的碰撞效率,提出了一种基于数值模拟软件FLUENT的碰撞效率数值计算方法,并采用此方法模拟了微观尺度下不同颗粒粒径、颗粒密度、气泡直径、流场湍流强度下单气泡与颗粒碰撞行为,计算出气泡-颗粒间的碰撞效率,得到各因素对单气泡与颗粒碰撞效率的影响规律。结果如下:颗粒粒度和气泡尺寸是影响气泡颗粒间的碰撞效率的主要因素。随着颗粒粒度、密度以及湍流强度的增加,碰撞效率增大。在静水中,碰撞效率随气泡尺寸的增大而增大;在湍流中,随着气泡尺寸变大,碰撞效率呈减小趋势。     

流态化浮选气泡直径对粗粒中煤分选效果的影响研究

流态化浮选为结合重选与浮选特点的新兴粗粒分选技术,其在传统的流态化干扰床分选中引入微泡以增大煤与矸石颗粒之间的密度差异,可有效提高粗粒煤的分选效率。气泡直径是影响分选效果的关键因素之一,通过改变气泡发生器结构以产生2种不同尺径分布的气泡群,探究气泡直径对不同粒级粗粒煤炭的分选影响。结果表明:随着中煤入料粒级的增大,流态化浮选的精煤产率和回收率逐渐减小;在不同粒度级入料条件下,减小气泡尺度有利于中间粒度级煤炭颗粒的流态化浮选回收;流态化浮选后的精尾煤粒度出现分级现象,而气泡尺度减小可有效减小粗粒度级精尾煤的分级程度。     

淀粉分子结构对钛铁矿与浮选气泡间相互作用的影响研究

淀粉是由糖苷键结合的多糖聚合物,可作为调整剂运用于钛铁矿反浮选脱硅。矿物颗粒与浮选气泡 的相互作用是决定矿物浮选效率的关键因素,而不同的淀粉由于分子结构的差异对其有重要影响。研究了在不同 玉米淀粉作用下的钛铁矿颗粒与气泡的碰撞及黏附过程。采用自行搭建的颗粒-气泡相互作用观测装置,发现不 同淀粉组分对钛铁矿颗粒与气泡的碰撞概率及黏附概率有重要影响。结合接触角检测和激光粒度测试试验推测 支链淀粉含量越高的淀粉分子更容易团聚矿物颗粒从而增大其与气泡的碰撞概率,且其更容易减小钛铁矿疏水性 从而降低其与气泡的黏附力。最后基于试验结果和前人理论,建立了颗粒与气泡碰撞及黏附过程的数学模型,并 讨论了淀粉分子结构在模型中的作用。     

淀粉分子结构对钛铁矿与浮选气泡间相互作用的影响研究

淀粉是由糖苷键结合的多糖聚合物,可作为调整剂运用于钛铁矿反浮选脱硅。矿物颗粒与浮选气泡 的相互作用是决定矿物浮选效率的关键因素,而不同的淀粉由于分子结构的差异对其有重要影响。研究了在不同 玉米淀粉作用下的钛铁矿颗粒与气泡的碰撞及黏附过程。采用自行搭建的颗粒-气泡相互作用观测装置,发现不 同淀粉组分对钛铁矿颗粒与气泡的碰撞概率及黏附概率有重要影响。结合接触角检测和激光粒度测试试验推测 支链淀粉含量越高的淀粉分子更容易团聚矿物颗粒从而增大其与气泡的碰撞概率,且其更容易减小钛铁矿疏水性 从而降低其与气泡的黏附力。最后基于试验结果和前人理论,建立了颗粒与气泡碰撞及黏附过程的数学模型,并 讨论了淀粉分子结构在模型中的作用。     

油泡-低阶煤颗粒间的黏附特性

在浮选矿浆中矿物颗粒能够有效地黏附在气泡上完成矿化过程是浮选技术的关键。用油泡代替气泡,研究难浮低阶煤颗粒与油泡间的相互作用及其黏附特性对于弄清其矿化机制至关重要。从矿物表面电性入手,探究了溶液p H值和表面活性剂对煤样与油泡间作用力的影响,运用DLVO理论计算了相互作用力的大小,并通过诱导时间这一重要参数评价了黏附效率。实验结果表明,DLT煤样和油泡的等电点分别出现在p H值2~3和p H值3~5之间;当p H=3时溶液中煤样与油泡之间的相互作用不存在能垒;p H3时开始出现能垒,并随p H值的增大而增大。2-乙基己醇和双十二烷基二甲基溴化铵的加入能够有效地减小煤样与油泡之间的能垒并降低诱导时间,最大降幅分别为74.35%和86.45%。     

高浓度浮选技术的发展与应用

高浓度浮选可增大气泡和矿物颗粒的碰撞概率,强化黏附,进而提高浮选速度、节约药剂成本和用水量,但浓度过大会影响气泡在矿浆中的分散,恶化浮选环境。分析了矿浆浓度对浮选过程的影响,总结了高浓度浮选技术的应用情况,主要介绍了闪速浮选机、水力分选机、串联浮选柱等高浓度浮选设备的发展与应用实践,最后指出加强高浓度浮选机理的研究和专用设备的研制,以将高浓度浮选技术应用于常规浮选流程和细粒矿物浮选是今后该技术的发展方向。     

基于高速动态的颗粒气泡脱附过程动力学研究

通过颗粒气泡脱附高速动态测试系统,研究了颗粒气泡脱附过程动力学。运用Image-Pro Plus图像处理软件测量颗粒气泡间接触角、三相润湿周边,计算颗粒气泡间毛细黏附力随颗粒运动时间的变化。结果表明：颗粒从气泡表面脱附主要分为气泡拉伸变形接触角增大和气泡滑动三相润湿周边减小两个阶段。气泡拉伸阶段,三相润湿周边固定在颗粒表面,接触角由平衡接触角增大到前进接触角;气泡滑动阶段,接触角保持不变,三相润湿周边滑动减小。毛细黏附力在气泡脱附过程中随接触角增大而增大,随三相润湿周边滑动而减小,当外力超过颗粒气泡间临界黏附力时,颗粒从气泡表面脱附。     

电解质对低阶煤油泡浮选矿化过程的影响

浮选矿浆中离子的种类与浓度直接影响着矿物颗粒和气泡的表面电位,进而支配着浮选矿化过程。从热力学和动力学两个方面入手,通过DLVO理论探究了不同电解质对煤粒和油泡间的相互作用势能的影响,结合其在不同电解质条件下诱导时间的差异,最终通过相应条件下的油泡浮选试验来证实电解质对低阶煤-油泡浮选矿化黏附过程的影响。结果表明:对于NaCl和CaCl_2两种电解质,随其浓度的增大,煤粒和油泡表面电位的负值均不断减小,煤粒和油泡间的能垒也不断降低,当CaCl_2浓度为100 mmol/L时,煤粒和油泡间的相互作用不存在能垒;并且随这两种电解质浓度的增大,黏附过程的诱导时间逐渐减小,相应地可燃体回收率不断提高,且相同的电解质浓度下,CaCl_2电解质对其相互作用能垒和诱导时间的降低程度更大,可燃体回收率更高。而对于AlCl_3电解质,当其浓度大于20 mmol/L时且随浓度的增大,煤粒和油泡间的相互作用能垒和诱导时间不断增大,相应地可燃体回收率则不断降低。     

低阶煤颗粒-气/油泡间的诱导时间研究

为表征低阶煤颗粒-气/油泡间矿化过程的差异,通过Sutherland理论下固体颗粒进入泡沫产品的总概率(E)和浮选速率常数(k)之间关系,并结合低阶煤颗粒-气/油泡的浮选速率试验,求得了低阶煤颗粒-气/油泡间的诱导时间。浮选实验研究表明,在相同的捕收剂消耗量下低阶煤-油泡浮选产率均高于低阶煤-气泡浮选产率。诱导时间测试表明,低阶煤颗粒-油泡间的诱导时间(35 ms)要明显低于低阶煤颗粒-气泡间的诱导时间(93 ms)。上述实验结果表明,油泡表面的疏水性要强于传统浮选气泡表面的疏水性。然而,进一步利用Sutherland理论中固体颗粒进入泡沫产品的总概率和浮选速率常数之间的数学关系,并结合低阶煤颗粒-气/油泡的浮选速率试验求得的低阶煤颗粒-气/油泡间的诱导时间分别为9.67和8.46 ms,其与诱导时间测试仪分别测量的诱导时间差异很大。这主要是由于在实际浮选过程中气/油泡的上升速度分别为23.26和22.68 cm/s,其远高于2015EZ型诱导时间仪测试过程中气/油泡碰撞速度(2.0 cm/s)。因此,诱导时间理论计算表明气泡-颗粒间的碰撞速度对颗粒-气泡间的诱导时间影响很大。上述研究结果表明油泡浮选效果优于传统浮选的内在原因在于低阶煤颗粒-油泡间的诱导时间小于低阶煤颗粒-气泡间的诱导时间。     

高气泡表面积通量浮选柱选煤参数的研究

采用高气泡表面积通量浮选柱浮选肥煤和气煤,检验浮选柱的性能, 探讨浮选规律,并根据试验结果对浮选柱的结构和操作参数进行调整。试验表明,多段发泡器的采用和布置显著增大浮选柱的气泡表面积通量, 还可以使气泡输送某些疏水颗粒的路程得到缩短, 有效地防止气泡的兼并以及疏水大颗粒因输送路程长而脱落的现象, 增加了对物料粒级的适应性, 提高了煤浮选效率。     

浮选机孔径大小对煤泥浮选试验的影响

为了探究浮选机孔径大小对煤泥浮选试验的影响,通过煤泥颗粒与气泡的碰撞概率及粘附作用,适当调节叶轮转速,求得不同条件下精煤产率、精煤灰分、尾煤灰分以及可燃体回收率等值,验证浮选机孔径变化的影响效应。结果表明,增大浮选机进气管孔径,矿浆内大直径的气泡较多,与粗煤泥的携载作用增大,与细粒煤泥碰撞概率降低,部分矿粒无法粘附;减小浮选机进气管的孔径,其作用与上述情况恰好相反。两种条件下选取适当且相同的叶轮转速,试验后可以看出,气泡孔径的大小对粗细煤泥作用影响不同,但究其综合因素较复杂,增加或减小气泡尺寸对试验结果无较大影响。     

Effect of mechanical and chemical clay removals by hydrocyclone and dispersants on coal flotation

Fine minerals, mostly clays, are known to have a detrimental effect on coal flotation. This paper focuses on the effect of mechanical and chemical removals of fine minerals by hydrocyclone and dispersants on coal flotation. The experimental results showed that the flotation recovery slightly increased from medium acidic to medium alkaline ranges. The flotation experiments carried out with dispersants at different dosages showed that the dispersants did not enhance the flotation recovery significantly. However, the removal of the fine fraction from the feed using a hydrocyclone significantly increased the flotation recovery. The bubble–particle attachment tests also indicated that the attachment time between an air bubble and the coal particles increased in the presence of clay particles. These attachment time results clearly showed that the clay particles adversely affected the flotation of coal particles by covering the coal surfaces which reduced the efficiency of bubble–coal attachment. An analysis based on the colloid stability theory showed that the clay coating was governed by the van der Waals attraction and that the double-layer interaction played a secondary role. It was also concluded that the best way to increase the flotation recovery in the presence of clays was to remove these fine minerals by mechanical means such as hydrocylones.     

无烟煤颗粒对浮选体系中气泡运动及兼并行为的影响

为探究颗粒浓度及粒度对浮选体系中气泡运动及兼并行为的影响,以无烟煤颗粒为研究对象,采用单气泡兼并行为观测系统,对不同条件下的气泡兼并行为进行了研究.试验结果表明:随着无烟煤颗粒浓度的增加,溶液的表面张力及气泡挣脱直径逐渐下降,但下降趋势逐渐变缓;随着颗粒粒度的增加,二者变化趋势不明显;气泡的运动速度随着颗粒粒度和浓度的...