浮选系统中粗颗粒与气泡的碰撞行为研究

浮选设备中气泡与颗粒的碰撞是一个复杂的力学过程,本文设计了一套电磁发射装置,将颗粒以可控的速度和角度射向水中的静止气泡,用以简化模拟真实的浮选现象。高速相机被用来监测这一碰撞过程,然后对图像进行分析,提取了颗粒的运动参数以及气泡的变形信息,研究了颗粒与气泡的作用时间与液膜排液规律,并推导了一个数学模型来预测碰撞现象的时间尺度并提出了黏附判据。     

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。     

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。     

固-液界面纳米气泡稳定性及其强化浮选黏附机制研究进展

颗粒-气泡黏附是浮选核心作用单元,驱动其自发黏附的主要作用为疏水颗粒-气泡间疏水引力。作为长程疏水引力主要来源,界面纳米气泡对浮选界面调控有重要影响。从纳米气泡的基本性质、稳定性机理及浮选强化机制3个方面进行了系统讨论。纳米气泡异常稳定性和接触角一直是近20 a来的研究热点。经典物理学理论预测纳米气泡寿命在微秒尺度,而试验发现纳米气泡寿命通常可达数天以上。针对纳米气泡异常稳定性提出污染物层、动态平衡、三相线钉扎等假说,然而各假说均无法解释所有试验现象,其稳定性机理仍需要深入研究。纳米气泡接触角(气侧)远小于Young接触角,高密度气体导致的固-气界面能降低可能是接触角异常的主要原因。对纳米气泡强化浮选黏附机制进行了探讨,一方面界面纳米气泡可通过边界滑移促进颗粒-气泡碰撞过程中液膜排液,另一方面纳米气泡桥接使颗粒-气泡出现长程引力,同时颗粒-气泡间的DLVO力由排斥力转变为引力,从而促使颗粒-气泡黏附。目前已有试验表明纳米气泡在煤、磷酸盐、白钨矿及铁矿石等多种矿物的浮选中均有显著提升效果。在浮选日益精细化的背景下,纳米气泡强化技术可为浮选界面调控提供新的理论视角与技术手段,是未来浮选领域...     

旋流器中颗粒临界直径和颗粒间的碰撞

介绍了浮选过程中关键设备—气泡发生器以及结构与工作原理。详细介绍随着流场强度和气泡大小的变化,浮选颗粒临界尺寸的变化。描述了颗粒在流场中的受力状态以及它们的碰撞效率。     

颗粒气泡黏附科学——宏观尺度下颗粒气泡黏附研究进展及困境

颗粒气泡黏附指从颗粒与气泡相遇开始到液膜发生薄化破裂最后至三相润湿周边铺展形成稳定矿化气絮体的过程,是浮选中的核心作用单元。然而浮选颗粒气泡黏附机理至今仍不明确。黏附过程主要受颗粒气泡的表面物理化学性质及溶液化学条件影响,表面力及流体作用力协同支配微纳尺度下颗粒气泡间液膜薄化破裂行为。排液过程中气液界面的变形效应进一步增加了系统复杂性,上述因素使得颗粒气泡黏附的理论研究及试验探索步履维艰。早期关于颗粒气泡黏附的研究主要聚焦于黏附概率,其中宏观尺度下的诱导时间测试占据主导地位,通过诱导时间结果计算黏附概率。对国内外宏观尺度下颗粒气泡黏附概率模型及研究技术手段进展展开全面综述,并对现有技术瓶颈及局限进行分析。诱导时间测量仪及高速动态摄影技术大大促进了浮选工作者对颗粒气泡黏附的理解,“诱导时间与实际浮选回收率具有着良好的相关关系”也已经被广泛证明。然而因微纳尺度下的表面力及液膜薄化动力学信息的缺失导致宏观诱导时间并不能从基础层面揭示颗粒气泡的黏附机理,微纳尺度下颗粒气泡间相互作用力及液膜薄化动力学的定量测试表征是技术发展的必然趋势,其可为浮选微观矿化反应过程提供新的理论视角,同时也为难浮煤及难选矿浮选过程强化提供理论支撑。     

由捕收过程基础模型推导的浮选粒度的依赖关系

一浮选模型描述了由于颗粒-气泡碰撞、随后颗粒从气泡脱落发生的颗粒捕收过程,在碰撞-脱落过程中可能发生粘附。碰撞由碰撞效率Ec定量,现有的Ec模型由颗粒所含惯性提供。粘附过程由效率E_A定量,E_A根据留在气泡上比感应时间长的粒级计算,这些计算采用刚性球体上半球液体速度分布方     

浮选柱内紊流强度对气泡与颗粒碰撞概率的影响

文章首先介绍了KYZ-B型浮选柱的动力学分区,论述了矿物颗粒所需矿化环境与浮选柱紊流区的特点。借助计算流体力学及气泡紊流雷诺数和碰撞概率模型,分析三种不同尺寸颗粒与气泡的碰撞概率,表明100μm颗粒的碰撞概率整体分布都较74μm和37μm颗粒的大,37μm颗粒的碰撞概率整体最小。研究了4个充气速度100、140、180、220 m/s条件下,距充气入口200、400、600、800、1 000 mm的不同位置直线上气泡雷诺数和颗粒碰撞概率的分布。结果表明,相同充气速度条件下,充气紊流区内气泡紊流雷诺数、颗粒的碰撞概率明显大于其他区域;浮选柱给矿口区域由于矿浆流的冲击,增大了气泡运动能量;相同位置充气速度的增大会增加充气紊流区的气泡湍流雷诺数和颗粒与气泡碰撞的概率,为细粒矿物的矿化创造了条件。     

煤颗粒与气泡黏附行为的试验研究

浮选微观模型认为,颗粒与气泡的黏附是实现浮选的关键步骤,对颗粒与气泡黏附规律的直接研究非常重要。采用自行设计搭建的颗粒与气泡碰撞、黏附行为测量装置,以内蒙古公乌素原煤为试验对象,直接观测了不同密度级的0.1~0.15 mm粒级煤样的黏附行为,并采用自行开发的多目标追踪软件进行分析。结果表明:煤颗粒在与气泡碰撞前会发生绕流,速度大小和方向均会改变,当煤颗粒与气泡碰撞时,煤颗粒的速度降为最低。煤颗粒在气泡表面的滑动速度先是逐渐增大,在气泡"赤道"位置处达到最大值,越过"赤道"后,煤颗粒的滑动速度逐渐减小,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的增大而降低,在碰撞角相同时,随煤样密度级的增大,黏附效率降低,临界黏附角减小。随煤颗粒沉降末速的增大,煤颗粒与气泡的黏附效率降低,临界黏附角减小。     

浮选颗粒-气泡脱附机理研究进展及展望

浮选颗粒-气泡矿化包括碰撞、黏附以及矿化气絮体升浮3个子过程,部分目的矿物会在矿化气絮体升浮过程中发生脱附,降低目的矿物浮选回收率,这也是粗颗粒浮选效率较低的根本原因。深入理解颗粒-气泡的脱附机理一直是浮选领域的研究热点与难点,更是实现粗颗粒浮选强化的前提条件。围绕矿浆相、泡沫相以及矿浆-泡沫相界面区3个脱附区域,综述了颗粒-气泡脱附机理最新的研究进展,以期为粗颗粒浮选强化提供理论指导。湍流与气泡兼并脱附分别是颗粒在矿浆相和泡沫相中发生脱附的主要机制,而矿浆-泡沫相界面区颗粒脱附机理尚存在争议,一种观点认为矿化气絮体撞击界面时动能的改变导致脱附,另一种观点认为界面处气泡兼并引起的气泡振荡才是脱附的主要原因,该区域的脱附机理尚需进一步探索。最后提出了未来颗粒-气泡脱附机理研究的发展方向,包括矿浆相多种脱附机制协同作用、宽粒级物料的原位脱附过程及其粒度匹配效应、矿化气泡在相界面处碰撞及兼并脱附过程的能量演化竞争机制。     

浮选微泡调控及其作用机制的研究进展

气泡作为浮选过程的载体,其特征对浮选效率有显著影响,气泡特征调控是强化浮选过程的有效手段,近年来,微泡浮选引起广泛的关注。本文从微泡生成、气泡特征调控及矿化机制等方面总结了微泡浮选的研究进展。介绍了射流发泡、微孔介质发泡、溶气发泡、超声发泡和电解发泡的发泡原理及应用。从表面活性剂、电解质和能量输入角度分析了微泡直径的调控机制,并基于气泡形态和上升速度方面探讨了微泡运动特性的调控机制;从颗粒与气泡的碰撞、粘附和脱附过程角度全面分析了微泡与颗粒的作用机理。最后对浮选微泡调控及其作用机制的未来发展趋势进行展望。     

煤泥盐水浮选技术

盐水对浮选体系下颗粒与气泡行为的影响规律进行了综述。浮选矿浆中的无机盐电解质在提高精煤可燃体回收率的同时也增加了脉石矿物的回收。反电荷阳离子在煤粒表面吸附改善颗粒疏水性,颗粒-气泡间的液膜排液速度因双电层被压缩而加快;同时电解质兼有起泡剂的效果,能有效阻止气泡兼并聚合。另一方面,盐水浮选体系下细粒脉石颗粒的水流夹带和聚合截留现象严重,可燃体回收与脉石颗粒非选择性上浮之间的矛盾激增。     

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...     

一种新的改进型哈里蒙单泡管

<正> 矿物可浮性是指在水中或其它液体中其表面与气泡附着的能力。矿粒对气泡的附着取决于其相互碰撞前固-液和液-气界面上表面活性剂的吸附密度和相互碰撞过程中的感应时间。这两种现象是浮选动力学研究的对象,以前曾经讨论过。矿粒向气泡的附着也受到适当界面双电层的结构和电位的影响。     

钼粗扫选作业KYF-320浮选机浮选动力学研究

对洛阳栾川钼业集团股份有限公司选矿三公司粗扫选作业技术改造采用的KYF-320浮选机空气分散度、气含率、气泡负载率、悬浮能力等关键浮选动力学参数进行了测试。测试结果表明:浮选机空气分散度均在2以上,分散效果良好;单台浮选机气含率分布均匀,最大气含率达到16.0%,能够保证矿物颗粒与气泡间的碰撞概率;气泡负载率变化幅度较小,证实在矿化气泡上升过程中矿物颗粒无明显脱附显现;近泡沫层区域矿物颗粒有一定分层现象,有利于目的矿物和脉石分离,KYF-320浮选机浮选动力学特征能够满足该项目钼浮选工艺要求。     

降低粗粒浮选能耗的敞口式搅拌浮选机

浮选中的一些基本任务,如固体颗粒的悬浮、气体的分散、药剂的均匀分布以及使颗粒与气泡碰撞等,通常都是用转子一定子搅拌器来完成的。但这种搅拌器的运行常常需要很高的功率输入。在浮选细颗时,为了使气泡和颗粒产生碰撞需要搅动,否則惯性小的颗粒将只能在气泡周围单纯地流过而不会互相碰撞。然而在粗颗浮选时,情况就不同了。功率输入的     

浮选气泡及其与颗粒作用研究进展

系统总结了浮选过程中气泡的检测手段、影响因素、运动特征及行为特征的研究现状。指出影响气泡尺寸的因素主要有发泡方式、操作条件、矿浆性质以及起泡剂种类和用量。气泡特征检测主要是通过高速摄像仪等仪器对气泡进行拍摄,然后使用图像处理软件统计计算。由于纳米气泡具有比表面积大,生存周期长等优点,因而关于纳米气泡的研究日益增多。浮选矿浆中气泡与颗粒间的相互作用是一个相当复杂的过程,对此已开展了大量丰富而卓著的研究工作,并建立了一系列碰撞、吸附和脱附过程的微观模型,但这些研究尚未达到指导生产实践的水平。     

脉冲对复杂硫化矿石浮选的影响

作用于复杂硫化矿石浮选槽的脉冲导致矿浆中气泡振动 ,增强气泡与颗粒的碰撞 ,颗粒与气泡之间的液膜变薄和破坏降低了能量 ,结果颗粒与气泡粘附速率增大 ;此外 ,气泡表面机械振动有效地脱除了夹裹的亲水颗粒 ,微弱粘附的聚集体形成泡沫表面。泡沫影像分析表明 ,气泡振动形成的泡沫是较稳定的 ,气泡尺寸较小且负载量显著变大。在适当振动强度下 ,可获得较好的硫化矿回收率和较高的精矿品位。对于 6 0 % - 75 μｍ的样品 ,浮选回收率和品位分别提高约 2 .3%和 1.2 % ,而对于 85 % - 75 μｍ的样品则分别提高约 3.5 %和 2 .0 %。脉冲对复杂硫化…     

相互作用力及液膜排液动力学研究进展

颗粒气泡间相互作用力及液膜薄化破裂动力学是揭示浮选黏附机理的核心,也是近年来浮选胶体化学领域的研究热点。为深入明晰浮选黏附机理,对当前颗粒气泡间相互作用力及液膜排液动力学模型理论研究进展进行了系统综述。对于颗粒气泡间相互作用力,疏水引力可克服颗粒气泡间范德华力和静电斥力,诱发黏附。不同作用程范围内疏水力的来源机制不同:长程疏水力(20 nm)主要源于固液界面亚微米/纳米气泡桥接,而短程疏水力(20 nm)则主要源于固液界面水分子重排效应。由于疏水力强烈的吸引性和气液界面变形,颗粒气泡间疏水力的定量表征仍存在较大的挑战。对于颗粒气泡间液膜排液动力学模型,最具代表性的有Stefan-Reynolds平坦膜模型,Taylor模型和Stokes-Reynolds-Young-Laplace(SRYL)模型。Stefan-Reynolds及Taylor模型并未考虑排液过程中气泡表面曲率的变化,其应用存在着较大的局限性。SRYL模型则在描述液膜薄化速率的同时,兼顾了气泡表面在流体力和表面力等外力作用下的变形行为。在给定起始与边界条件下,SRYL模型通过数值迭代法与液膜排液试验测试结果对比,可以计算出颗粒气泡间的相互作用力信息;也可通过与相互作用力试验结果对比获得液膜排液数据。在今后的研究中,应重点将SRYL模型与试验测试相结合,对颗粒气泡间疏水力进行定量表征,揭示浮选黏附机理。