机械搅拌式浮选装置中气泡粒径分布规律

为研究机械搅拌式浮选装置各可变操作参数对气泡分布特征的影响规律,选择仲辛醇作为起泡剂,利用图像分析法测定了不同条件下气泡的粒径分布,同时采用表面张力仪测定了不同条件下的表面张力。研究表明,随着药剂浓度由0.011 mmol/L逐渐增大到0.154 mmol/L,表面张力由73.577 mN/m线性减小到72.544 mN/m,气泡粒径逐渐减小,当达到临界兼并浓度0.103 mmol/L时,气泡粒径稳定于0.593 mm,仲辛醇的吸附浓度约为0.255 μmol/m2。气泡粒径随着叶轮转速(1 494～2 494 r/min)的增大而线性减小,且药剂浓度越大,气泡粒径降幅越小。随着吸气量由0.1 L/min增大到0.9 L/min,气泡粒径逐渐增大,且药剂浓度越低,气泡粒径增幅越大。气泡上升过程中其粒径随着取样高度(0～20 cm)线性增大,但药剂浓度越高,气泡粒径增幅越小。在各操作参数的研究范围内,药剂浓度小于等于临界兼并浓度时,取样高度对气泡粒径影响最显著,药剂浓度高于临界兼并浓度时,吸气量对气泡粒径影响最显著,而叶轮转速对气泡粒径影响最不显著。     

旋涡离心混合式喷嘴雾化特性实验研究

为提高旋涡离心混合式喷嘴工况场所降尘效果,基于现有的喷雾降尘模拟实验系统,采用实验手段系统研究了该喷嘴雾化场中的雾滴粒径的空间分布以及雾化参数的各影响因素。研究表明:在喷嘴轴线方向,因距喷嘴距离的增加,雾滴粒径不断增大;在距喷嘴一定距离纵断面方向上,雾滴粒径由外向内逐渐减小,但减小幅度较缓慢;由于供水压力的增加,喷嘴流量逐渐加大,雾滴粒径不断减小。在相同的供水压力下,喷嘴流量因喷嘴直径的增加不断增大;喷雾场中的雾滴粒径随着喷嘴直径的增加也逐渐增大,且增幅较大。在相同供水量条件下,由于喷嘴直径的增加,喷雾压力逐渐减小,雾滴粒径逐渐增大。     

浮选气泡粒度分布规律

定量研究不同起泡剂的气泡粒度分布特性及其差异,选择仲辛醇、松油醇和MIBC等起泡剂,在XDF-2L实验室浮选机上利用图像分析法测定了不同类型起泡剂下气泡的粒度大小,研究了起泡剂类型和浓度对气泡粒度分布的影响。结果表明,浮选槽中不同起泡剂在不同浓度下的气泡粒度分布遵循upper-limit分布或对数正态分布规律;起泡剂种类和浓度均会影响气泡粒度分布;随起泡剂浓度的增加,小气泡所占比例迅速增多,大气泡明显减少,粒度范围变窄,当超过临界值时,气泡粒度分布基本不变;仲辛醇、松油醇和MIBC的临界兼并浓度分别为0.066,0.113和0.181 mmol/L;当起泡剂浓度大于临界兼并浓度时,仲辛醇和松油醇产生的气泡大小略低于MIBC。     

浮选中起泡剂浓度对气泡尾涡区特征及颗粒卷吸的影响

为探明浮选中起泡剂浓度对气泡及其尾涡区特征的影响，预测颗粒在浮选气泡尾涡区的卷吸概率，通过实验室自制的拟上升气泡装置及粒子图像测速系统，研究了不同浓度仲辛醇条件下的气泡尾涡区流场特征，分析了气泡表面流体分离行为及尾涡特征；通过高速摄像系统的同步观测，研究了气泡的形态特征以及颗粒在气泡尾涡区的轨迹和分布概率。研究结果表明：随着起泡剂浓度的增加，气泡的尺寸略有减小而长径比逐渐增大；气泡边界层分离角随起泡剂浓度的增加逐渐增加，存在临界分离角196.70°；气泡引起的尾涡主要集中在流场流速小于0.09 m/s的区域，气泡尾涡区高度随起泡剂浓度的增加逐渐减小，存在最小尾涡区临界值为气泡直径的1.06倍；颗粒在气泡尾涡区存在3种运动轨迹，颗粒卷吸的运动轨迹可以分为3个显著阶段，颗粒受力是导致其卷吸类型区别的关键因素；随着起泡剂浓度的增加，颗粒被卷吸的范围与概率逐渐减小。影响气泡尾涡及颗粒运动的临界浓度均为1.6×10^-4 mol/L。研究结果明晰了起泡剂浓度对矿物颗粒在气泡尾涡区卷吸的机理，为微细矿物浮选技术的发展提供了有价值的指导。     

煤泥浮选气浮气泡尺寸分布规律及其影响因素研究

为了强化加压溶气气浮法浮选效果,研究了加压溶气气浮法中气泡尺寸的分布,通过实验室自制的基于图像法的气浮气泡尺寸测量装置,对气浮气泡尺寸进行了测量,对比了Nukiyana-Tanasawa分布、对数正态分布和正态分布在不同溶气压强及仲辛醇浓度下对气泡尺寸分布的拟合效果,并研究了溶气压强和起泡剂浓度对气浮气泡尺寸分布的影响。结果表明:加压溶气气浮法所产生的气泡尺寸分布符合正态分布规律;溶气压强对气浮气泡尺寸影响较大,随着溶气压强的增大,气浮气泡的Sauter直径逐渐减小,气泡尺寸分布密集峰逐渐向小尺寸方向转移;随着仲辛醇浓度的增加,气泡尺寸的分布更加集中,分布范围减小,Sauter直径也逐渐减小。     

起泡剂对溶液中气泡形状和速度的影响研究

以正戊醇、甲基异丁基甲醇(MIBC)、仲辛醇、聚丙二醇(PPG)四种醇类起泡剂为试验对象,测试了四种起泡剂溶液中表面张力随浓度的变化规律,并利用自制的单气泡运动行为观测系统研究了气液两相体系中起泡剂种类和浓度对气泡形状和速度的影响。结果表明:一定时间内气泡加速所达到的最大速度取决于起泡剂的种类和浓度;随起泡剂浓度的增加,气泡的最大速度逐渐减小;相同浓度下,起泡剂的表面活性越强,气泡的最大速度越小。起泡剂对气泡形状的影响与其对速度的影响相似,随浓度的增加,形变度减小,且表面活性越强,形变度减小程度越大。     

在不同起泡剂存在时水中含气率与气泡尺寸的关系

可以根据将气体喷入水柱中所产生的含气率与起泡剂浓度关系对起泡剂进行分类.气泡尺寸通过影响气泡上升速度进而影响水中的含气率:水中含气率升高导致气泡上升速率增加和气泡尺寸减小.本文研究了这种对应关系并措述了测定气泡尺寸的方法.使用MIBC作为起泡剂,研究了两个浓度范围内水中含气率与起泡剂浓度之间的对应关系:低浓度范围内,含气率变化不大;高浓度范围内,含气率稳定升高.第一种情况下,气泡尺寸并没有减小足以降低气泡上升速度的程度.第二种情况下,含气率升高与小气泡数量稳定增加有关,但是采用Sauter平均直径并没有观测到小气泡的增加.最后,在相同的含气率下研究了不同起泡剂产生的气泡尺寸.气泡尺寸变化很大.这表明起泡剂种类(化学)影响单个气泡或气泡群上升速度.     

混合药剂对浮选柱中气泡性质及其分散特征的影响

为研究十二胺和仲辛醇对浮选柱内气泡性质及其分散特征的影响,利用图像分析法测定了气泡的粒径分布,分别采用表面张力仪和量筒法测定了表面张力和充气量,并进一步分析了气泡的吸附密度和表面积通量。研究表明,随着十二胺和仲辛醇药剂浓度的增大,气泡粒径逐渐减小并在达到临界兼并浓度后分别稳定在0. 630 3和0. 602 0 mm,其中气泡粒径衰变程度为99%时,十二胺L,相同药剂浓度时,十二胺溶液中的气泡尺寸大于仲辛醇溶液的;溶液的表面张力随着药剂浓度的增大而线性减小,相同药剂浓度时,十二胺溶液的表面张力低于仲辛醇溶液;充气量随着药剂浓度的增大而逐渐增大,相同药剂浓度时,十二胺溶液的充气量大于仲辛醇溶液。在临界兼并浓度时,十二胺和仲辛醇在气泡表面吸附密度分别为/m2,仲辛醇的气泡表面积通量大于十二胺。随着仲辛醇溶液中十二胺添加量的增大,气泡临界兼并浓度和稳定粒径均逐渐减小,其中十二胺添加量为0. 032 4 mmol L,气泡稳定粒径也达到最小值为0. 583 3 mm;表面张力和吸附密度均随着十二胺添加量的增大而逐渐减小,其中十二胺添加量为L时,气泡表面药剂吸附密度达到最小值0. 154 0μmol量均随着十二胺添加量的增大而逐渐增大,当添加量为0. 032 4 mmol最大值7. 734 s~(-1)。     

浮选气泡测量及其影响因素分析

针对浮选槽中含气率高、气泡重叠、变形,以及不断发生气泡兼并与破裂的情况,建立了一套浮选气泡测量系统,详细介绍了其原理及测量方法,并在2L XDF机械搅拌式浮选机上,分析了起泡剂用量和充气量对气泡粒度的影响规律。结果表明:使用该系统能够成功测量浮选槽中的气泡直径;气泡最小直径在充气量0.1m3/h,起泡剂用量12.5μL/L条件下测得,为0.32mm;气泡直径受充气量和起泡剂用量的综合影响,仲辛醇作为起泡剂的临界用量为12.5μL/L。     

煤矿井下气水喷雾雾化特性实验研究

为了分析煤矿井下气水喷雾雾化特性,基于自行设计的气水喷雾实验平台,采用电磁流量计、空气质量流量计及马尔文实时高速喷雾粒度分析仪对空气雾化喷嘴流量特性、雾化粒度的空间分布规律及影响因素开展了实验研究。结果表明:随着供水压力的增加,喷嘴耗气量以指数形式不断递减,而耗水量以指数形式递增;喷嘴耗气量随供气压力以指数形式递增,而喷嘴耗水量基本呈现线性递减趋势。雾滴粒径沿喷嘴轴线方向不断增大;距离喷嘴较近的纵断面上,雾滴粒径沿径向不断增大,并呈现不对称分布;位于雾流中部的纵断面上,轴线附近区域雾滴粒径沿径向不断增大,而雾流外部区域雾滴粒径呈现沿重力方向增大的趋势;在靠近雾流末端衰减区内,雾滴粒径沿重力方向不断增大。供气压力一定时,雾滴粒径随着供水压力的增加呈现先增大后减小的变化规律,且供气压力越大所对应的拐点水压越高;随着供气压力的增加,雾滴粒径不断减小,且减小幅度随供气压力增加而有所下降。     

Developing critical coalescence concentration curves for industrial process waters using dilution

Critical coalescence concentration (CCC) is commonly used to characterize frothers. The CCC is determined from a plot of Sauter mean bubble size (D₃₂) vs. frother concentration, referred to here as the ‘addition’ method. Industrial flotation systems can encounter a number of naturally occurring surfactants and salts that also influence bubble size. In effect there is a ‘system’ CCC. This paper introduces a dilution method to identify the system CCC. The study verifies the dilution technique using the commercial frother DF-250. It is shown that the system CCC can be expressed as an equivalent DF-250 concentration to provide context and a means of comparing water samples. The viability of using gas holdup to provide an estimate of process water D₃₂ is also explored. To illustrate the procedure three samples of process water from the Albian Sands bitumen processing plant were examined. They proved to be similar and yielded a system CCC equivalent to about 20 ppm DF-250. It is concluded that the dilution and frother equivalent techniques can be used to help identify system hydrodynamic properties.     

分散度对煤粉爆炸特性的影响

煤矿工作面煤尘呈多分散性,因此采用单一粒径的煤样评估煤尘爆炸风险存在缺陷。为了研究分散度对煤尘爆炸特性的影响规律,找出合适的平均粒径表示方式来评估分散度对爆炸风险的影响,以5种粒径分布范围相同但分散度不同的煤样为研究对象,采用20 L爆炸球实验装置,测量样品的最大爆炸压力P_(ex)、最大爆炸压力上升速率(dp/dt)_(ex)、开始点火至最大爆炸压力的时间段t_1和开始点火至最大爆炸压力上升速率的时间段t_2四个参数。后续采用热值分析、扫描电镜试验方法探究不同分散度煤尘的反应程度。借助方差分析和斯皮尔曼相关性分析研究测量结果组间的差异性、不同粒径表示方式与爆炸特性参数的相关性。实验结果表明:对于具有相同粒径分布的煤粉,分散度对煤粉爆炸反应速率影响较大。小粒径煤尘颗粒的质量分数越大,反应速率越快,反应越充分,释放的能量越大。当小粒径煤尘质量分数达到30%时,最大爆炸压力上升速率显著增大,t_1和t_2明显减小。粒径最小的原始样品3的爆炸产物热值最低,且爆炸产物表面形成了较为丰富的孔洞结构,说明小粒径煤尘较快的脱挥发速率能增加爆炸的反应程度。D_(10),D_(25)(为投影面积的10%和25%的颗粒直径)、D_(3,2)(索特尔直径)与最大爆炸压力上升速率、t_1和t_2三个参数的斯皮尔曼相关系数均落在高度相关和显著相关的区间,呈现出较好的相关性。对于多分散性的煤尘,D_(10),D_(25)和D_(3,2)可以较好的评估分散度对煤尘爆炸特性的影响。     

基于CFD的反循环钻头内喷孔直径参数研究

孔底流场是反循环钻井取样的关键流场,主要由内喷孔、底喷孔和中心通道形成。为提高反循环取样能力,增强反循环效果,对交汇型和螺旋型内喷孔直径参数开展研究。借助计算流体动力学软件CFD,模拟内喷孔产生的压力场和速度场,引入内喷孔抽吸系数比较进口和出口的质量流量,探讨内喷孔直径变化对增强反循环效果的影响。研究结果表明：交汇型内喷孔产生的流场受直径参数影响较大,螺旋型内喷孔产生的流场受直径参数影响较小;相同直径条件下交汇型内喷孔压力变化范围高于螺旋型内喷孔压力变化范围;随直径增大,交汇型和螺旋型内喷孔抽吸能力均升高,但是交汇型内喷孔抽吸能力随直径变化幅度更大。     

Micro- and nano-scale phenomena effect on bubble size in mechanical flotation cell

The micro/nano-scale phenomena affecting the bubble size observed in a mechanical flotation cell were investigated using an extensive dynamic surface property study with commercial laboratory instruments. The results highlighted two distinct dynamic surface properties: a rapid adsorption/desorption rate leading to undetectable dilatation surface elasticity, and a slow adsorption/desorption process taking place within minutes and leading to a significant increase in the dilatation elasticity of the interface. The latter is observed in highly surface-active reagent grade Polypropylene Glycol and in commercial Dowfroth 250 frothers while the rapid adsorption/desorption rate is a characteristic of weakly surface-active reagent grade 1-Pentanol and commercial Dowfroth 200.The bubble size distribution and therefore the Sauter mean diameter results also highlighted the unambiguous similarity in the effect of frother on bubble size between the I-Pentanol and the Dowfroth 200 and indeed between the Polypropylene Glycol and the Dowfroth 250. The present paper examines the similarity between the two groups in order to gain understanding on how the dynamic surface properties affect the bubble size in two-phase systems.     

Effect of frothers and dodecylamine on bubble size and gas holdup in a downflow column

Bubble size and gas holdup were characterized in a two phase gas–water system in a laboratory downflow column. The effect of the cationic surfactant dodecyl amine (MW 185, HLB 10.7) and the frothers MIBC (MW 102, HLB 6.05) and polyglycol F507 (MW 425, HLB 8.63) on the bubble size and gas holdup were investigated. In addition, the effect of blends of MIBC-dodecyl amine (DDA) and F507-DDA on these parameters was assessed. The bubble Critical Coalescence Concentration (CCC) followed the order MIBC > DDA > F507. When blending the frothers with DDA at a concentration below its CCC, the frother CCC decreased and bubbles of finer size were obtained below and above the frother CCC. Static surface tension measurements of aqueous solutions with frothers and DDA as well as with frothers-DDA blends show coadsorption of DDA at the air/aqueous solution interface. The surface tension of aqueous solutions prepared with the blends decreased with the addition of DDA and varied linearly with the frother concentration within the concentration range studied. The gas holdup in the downflow column was determined by the bubble size and decreased with the bubble size. It is shown that frother-DDA blends gave the lowest gas holdup in the downflow column. This work is relevant for the reverse flotation of quartz from iron ores using amine collectors in cells with downflow systems.     

气泡发生器喷嘴的改进及两相流数值模拟研究

为了提高浮选效果,对气泡发生器的喷嘴进行了改进,加入了螺旋叶片并利用VOF多相流模型进行了数值模拟计算,得到了速度、压力和湍动能等流场分布规律图,结果表明,有螺旋叶片喷嘴的气泡发生器具有更好的性能,大大提高了矿浆中的气泡矿化效果。     

Effect of gas rate and impeller speed on bubble size in frother-electrolyte solutions

In a flotation cell, bubble size is a function of both coalescence and breakup phenomena. Two phase tests, conducted in a conventional 5.5 L Denver mechanical flotation cell, studied the effect of impeller speed, gas flow rate and frother concentration on bubble size in various electrolyte-frother solutions. The addition of frother to a synthetic sea salt did reduce the measured bubble size (at certain mechanical conditions); whereas the effect of frother addition to NaCl was too small (when compared to measurement errors) to make significant conclusions. This led to more detailed CCC curves (0–50 ppm MIBC) for NaCl, NaCl + MgCl₂, NaCl + CaSO₄, and NaCl + KCl solutions, at constant electrolyte concentrations, to be conducted. They showed an increase in bubble size with the addition of MIBC. This was attributed to the saturation of frother at the air-water interface, reducing local surface tension gradients that help produce smaller bubbles. This occurrence is typically masked in traditional CCC curves due to the dominance of coalescence effects at low frother concentrations.