充气式浮选机浮选动力学模型研究.pdf

有色金属 选矿部分2 0 0 6 年第1 期 充气式浮选机浮选动力学模型研究 沈政昌，陈东 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 4 4 摘要在概率模型的基础上，建立了充气式浮选机的充气速率、紊流强度的浮选动力学模型，完成了K Y F 浮选 机搅拌与充气的浮选武验。通过试验数据，对模型的参数进行求算，并做r 模型的误差分析，表明所建立的模型合理可 靠。晟后分析了充气量和转速对浮选效果的影响。 关键词浮选动力学；概率模型；紊流强度；充气速率 中图分类号T D 4 5 6文献标识码A文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 0 6 0 1 0 0 2 2 J 4 浮选动力学的研究起步比较晚，始于2 0 世纪二 十年代，最初的研究是在与化学反应动力学类似的 基础上建立起来多维单相浮选模型．即把浮选泡沫 和矿浆同样看待，视为同相。表达浮选过程的动力学 行为的方程，最早是由赞尼格 Z u n i g a t 1 1 从化学反应 动力学中借用来的。它的基本形式为 d m C K C 式中C 为浮选槽内目的矿物的浓度，￡为浮选时 间，置为浮选速度常数。方程式的物理意义是浮选速 度正比于槽内该矿物的浓度。该方程似定浮选过程 充气速度恒定，气泡密度也恒定，其它与矿物本身有 关的因素如粒度、捕收剂吸附量、矿物的天然可浮性 等与浮选机本身特征有关的因素均被包括在K 值 之中。 但是浮选过程中矿浆和泡沫实质上为两个各不 相同的相。因此随着对浮选过程认识的逐步深入，建 立了浮选过程的两相模型、多相模型、概率模型等。 并且随着数学和计算机的发展，浮选动力学的研究 深度和精确性也越来越高。 虽有不少学者提出了很多关于浮选的数学模 型，但绝大多数都是在研究者所进行的特定条件下 才相吻合，而不具有普遍的意义。浮选模型的形式取 决于侧重过程的哪些方面和在这时所做的怎样的假 设，例如，假设矿粒的性质是均匀的，矿化过程呵描 述成是初级的不可逆反应，过程不受气泡自由表面 不足的限制；其它因素在动力学常数中的影响不明 显。因此，模型的形式取决于所定的任务。本文主要 是用概率模型对K Y F 一1 6 0 型充气式浮选机的浮选 动力学进行分析。 收稿日期2 0 0 5 0 9 0 2 作者简介沈政昌 1 9 6 0 一 ，男，江苏常熟人，研究员。 1 模型的推导 美国弗吉尼亚工学院R ．H ．Y o o n “1 研究过矿粒与 气泡作用的各个微观过程，提出了矿粒被气泡捕获 的概率P 是三个独立概率的乘积 一只R 』一P d 2 式中P 一矿粒与气泡的碰撞概率；片一黏着概率； 乃一脱落概率。 朱有益【1 在他的文章中借用这一观点，即将矿粒 与气泡的碰撞过程分割成碰撞、黏附及脱落三个子 过程，提出了如下的浮选矿化速率数学模型 v * “j z 。P IlPdt．3 对矿粒与气泡碰撞、黏附以及脱落概率进行分 析可得出下面的方程 y n 瑚9 啪a 2 N p N 佩e x p li 耘l 4 矿化速率与矿粒的密度成正比，因而为一级反 应模式，也可用速率常数的形式表示 矿№一d N ／d t k 他 【5J 故 减舯 啪溉蛎万唧| _ 面E 万l | 6 上式的推导过程中，既考虑了分子运动动力学、 热力学及胶粒凝并理论，又考虑了流体动力学的影 响，这是比较符合客观情况的。但是矿粒与气泡的碰 撞、黏附及脱落除了上述的因素之外，还有其它的一 些因素影响矿粒的碰撞、黏附及脱附概率，比如湍流 强度和充气速率以及浮选过程中存在的竞争行为。 万方数据 2 0 0 6 年第1 期 沈政昌等充气式浮选机浮选动力学模型研究 2 3 1 ．1 紊流强度与充气速率的影响 根据文献嗍的介绍，浮选速率与紊流强度的关系 是，适当的紊流有利于浮选，但随着紊流强度的增 加，浮选速率将出现一个极大值，继续增加将会降低 回收率，主要是湍流强度的增加导致了矿化颗粒的 脱落。湍流强度对浮选的作用有一个最大值，即出现 一个单峰值的函数，因此在所讨论的范围转速内，我 们可以用下面的关于转速的单峰值函数m K 。 觯 b Ⅳ c 进行拟合。 矿粒与气泡碰撞，都是附着于气泡表面的，因此 可以假设碰撞效率正比于气泡的总表面积，即“ F 冠s 鼠Q ／d h 。经研究发现t 8 d b C Q “，即随着充气量的 增加气泡直径会随着相应的增大，从而气泡表面积 会出现减小的情况。因此碰撞效率与气体流量有一 个最大值关系，存在一个单峰值的函数，假设该函数 为’】, o ． m Q 2 n Q p 。因此在所讨论的充气速率范围内， 我们可以用下面的关于充气速率的函数q 疋伽。 m Q 2 n Q p 进行拟合。 1 ．2 浮选竞争行为的影响 另外，随着浮选时间的延长，浮选槽内的可浮粒 子的平均性质会发生变化。由于浮选过程中存在的 竞争行为，首先浮出的为易浮粒子，浮选槽中剩余矿 粒的可浮性将随时间的推移而发生变化，因此假设 一个因子∞，该因子主要是时间的函数，∞ K ．e 。m 。 因此综合上面的推导可得m 如下的模型 誓 C w h 7 2 模型的计算和讨论 2 ．1 试验 本研究中所用的矿浆样品采自冬瓜山矿石，有 用矿物主要为黄铜矿，脉石矿物主要为石英。浮选时 每次矿样2 ．8 k g ，使用8 L 浮选机，浮选起始浓度为 3 0 ％，磨矿细度一7 4 1 , z m 占6 0 ％，在磨矿时加入石灰调 节矿浆的p H 值达到11 ．8 ；浮选时加人z 一1 5 0 作起 泡剂与捕收剂，搅拌3 m i n ，在不同转速和充气量条 件下按不同浮选时间分别取样、称重、化验并计算其 指标，结果列于表1 ⋯23 2 ．2 计算及讨论 用上面的数据求出模型的未知数，得出不同条 件下的理论计算值。模型中的参数可查阅文献叫q 。 气泡直径以及气泡速度可用文献【1 1 。4 介绍的设备进 行测量。计算值见表1 ⋯23 以转速为9 0 0 r ／m i n 、充气量为1 ．2m v h 的试验 数据和计算数据进行比较，可以得出误差如表4 。 表l充气量1 ．0 栅的试验值与计算值 T a blT h et e s td a t aa n dc a l c u l a t i o nd a t aa t1 ．0m 3 m 表2 充气量1 ．2 m 弧的试验值与计算值 T a b2T h et e s td a t aa n dc a l c u l a t i o nd a t aa t1 ．2 m ％ 表3充气量1 ．4m ％的试验值与计算值 T a b31 1 h et e s td a t aa n dc a l c u l a t i o nd a t aa t1 ．4m ／h 万方数据 2 4 有色金属 选矿部分2 0 0 6 年第1 期 表4 T a b4 试验误差 E x p e r i m e n te l T O [ 9 5 9 0 8 5 誊8 0 蔷7 5 7 0 6 5 6 0 024681 01 21 4 时间／m i n 图IN 9 0 0 r ／m i n Q I ．2m 3 ／h F i g 1N 9 0 0 r ／m i n Q I2n 1 3 月t l 1 一试验值；2 - 计算值 由图I 可以看出理论计算值与试验值基本一 致，说明所建的浮选速率模型是正确的。 克气速率与紊流强度对回收率的影响见图2 和3 。 堡 料 馨 亘 充气量， m ，h 。 图2 不同转速时充气量对浮选的影响 F i g2T h ea f f e c to fg a sf l o wr a t eO nf l o t a t i o na t v a r i a n tr o t a t i o n a ls p e e d 3 结论 1 ．湍流态下气泡与矿粒的矿化包括碰撞、黏附 和脱落三个微观过程，矿化速率可用式 7 表示； 2 ．充气速率和紊流强度对浮选速率的影响为 单峰值函数关系； 3 ．通过试验验证，所建立的浮选动力学模型理 论计算值与试验值基本一致，说明所建的模型合理 可靠； 4 ．该模型在放大试验中得到了良好的应用。 转速， r m l n 。 图3 不同充气量时转速对浮选的影响 F i g3 T h ea f f e c to fr o t a t i o n a ls p e e dO i lf l o t a t i o na t v a r i a l l tg a sf l o wr a t e 参考文献 1J Z u m g aH G ．F i o t a t i o nR e c o v e r yi sa ne x p o n e n t i a lf u n c t i o n o ft i m e [ CJ ．B e l e t i nm i n e md el as o c i a d e dN a t i o n a l d e M i n e i oS a n t i a g oc h d e ，1 9 3 5 ， 4 7 8 3 8 4 ． 【2J Y o o nR H ．T h er o l eo fs u r f a c ei nf l o t a t i o nk i n e t i c s [ e 1 ． P r o c e e d i n go ft h eX X Ii n t e r n a t i o n a lm i n e r a lp r o c e s s i n g c o n g r e s s ．2 0 0 0 ， B S a l B S a 7 ． [ 3 ] 朱友益，张强。卢寿慈．湍流态下浮选矿化速率数学模 型[ J ] ．武汉科技大学学报，1 9 9 8 ，2 1 4 3 8 1 3 8 6 ． [ 4 ] A h m e dN ，J a m e s o nG J ．T i l ee f f e c t o fb u b M es i z e O Rt h er a t eo ff l o t a t i o no ff i n ep a r t i c l e s J ．1 9 8 5 ． I n tJM i n e r ．P r c e e s s ．1 4 1 9 5 2 1 5 [ 5 ] F i n c hJ A ，D o b b yG S ．C o l u n mf l o t a t i o n [ M ] ．P e r g a m o n D T e s s ．1 9 9 0 ．1 8 [ 6 ] 尹蒂浮选速率常数分布模型[ J ] 有色金属，1 9 8 7 ，3 8 1 4 9 - 5 6 [ 7 ] Y o o nR H ．T h er o l eo fs u r f a c ei nf l o t a t i o nk i n e t i c s [ C ] ． P r o c e e d i n go ft h eX X Ii n t e r n a t i o n a lm i n e r a lp r o c e s s i n g c o n g r e s s ．2 0 0 0 ，【B 8 a i 一8 a 7 ． [ 8 ] 邱冠周，胡岳华，王淀佐，颗粒间相互作用与细粒浮选 [ M ] ．长沙中南工业大学出版社，1 9 9 3 ，8 1 1 2 2 [ 9 ] 王淀佐瑚岳华．浮选溶液化学[ M ] ．长沙湖南科学技 术出版社，1 9 8 8 ，3 0 8 3 1 0 ． [ 1 0 ] J 赖砸．泡沫浮选表面化学[ M ] ．北京冶金工业出版 社，1 9 8 7 ，, 1 6 7 - 4 7 9 ． [ 1 1 ] C 0 哥麦茨浮选机的气体分散度的测定[ J ] 国外金 属矿选矿．2 0 0 3 ， 4 4 0 _ 4 5 [ 1 2 ] FC h e n ．T e c h n i c a ln o t eb u b b l es i z em e a s u r e m e n ti n f l o t a t i o nm a c h i n e ．M i n e r a l sE n g i n e e r i n g [ J ] ．2 0 0 1 ， 1 4 4 2 7 - 4 3 2 ． [ 1 3 ] 沈政昌．1 6 0 m 1 浮选机浮选动力学研究[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 0 5 ， 5 3 3 3 5 啦、斟掣回 万方数据 2 0 0 6 年第1 期 沈政昌等充气式浮选机浮选动力学模型研究 2 5 R E S E A R C HO FP N E U M OT Y P EF L O T A T I O NM A C H I N EF L O T A T I O N D Y N A M I CM o D E L S H E NZ h e n g c h a n g ，C H E ND o n g B e l t i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 0 4 4 ，C h i n a A B S T R A C T O nt h eb a s i so fc o l l i s i o n p r o b a b i l i t ym o d e l ，an e wd y n a m i cm o d e lo ff l o t a t i o n i se s t a b l i s h e d ，i ti s t r a n s f o r m e di n t oam o d e l i n v o l v i n gv a r i a b l e s o fg a sf l o wr a t ea n dr o t a t i o n a ls p e e d ．B ye x p e r l m e n t a ld a t a ， m o d e lp a r a m e t e r sa r ec a l c u l a t e da n de r r o ra n a l y s i si sm a d e ，w h i c hi n d i c a t et h em o d e li sr a t i o n a l ．T h e nt h i s p a p e ra n a l y s e sm o d e lp a r a m e t e r sa n dt h e i ra f f e c tt Om o d e l ，p a r t i c u l a r l yg a sf l o wr a t ea n dr o t a t i o n a ls p e e d ． K T YW O R D S f l o t a t i o nd y n a m i c s ；c o l l i s i o np r o b a b i l i t ym o d e l ；r o t a t i o n a ls p e e d ；f l o wr a t e 上接第3 8 页 T H EF T I RS P E C T R o S C o P YS T U D YO FE L E C T R O C H E M I C A LF L O T A T I O NF O R T H EP Y R R H O T I T E - D I E T H Y L D I T H I O C A R B A M A T ES Y S T E M Z t t A N G9 n 1 , H UY n e h u 矿X UJ i n g e , C I t E NT i e j u n l 门．C o l l e g eo fC h e m i c a lE n g i n e e r i n g , R e s o u r c e sa n dE n v i r o n m e n t ．W u h a nU n i v e r s i t yo f S c i e n c ea n dT e c h n o l o g y , W u h a n4 3 0 0 8 1 ．C h i n a ；aS c h o o lo fR e s o u r c e sP r o c e s s i n g ＆B i e n g i n e e r i n g , C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y , C 地n g s h a4 1 0 0 8 3 , C h i n a A B S T R A C T T h ef l o t a t i o nb e h a v i o ro f p y r r h o t i t e w a si n v e s t i g a t e d b yu s i n g s o d i u m d i e t h y l d i t h i o c a r b a m a t e a sa c o l l e c t o r ．T h er e s u l t ss h o w e dt h a t p y r r h o t i t e h a dg o o df l o a t a b i l i t yf r o mp H 2t o p H l 2 ，a n dp o o rf l o t a b i l i t y w h e np H 1 2 ．T h ep u l pp o t e n t i a lw a sa d j n s t e db ya m m o n i u mp e r s u l f a t e N H 4 2 s 2 0 8 a n ds o d i u m d i t h i o n i t e N a 2 S 2 0 4 ，T h ef l o t a t i o no f p y r r h o t i t e w a sd e p e n d e n to n p u l pp o t e n t i a l ．T h ep o t e n t i a l - p Hr a n g e f o r p y r r h o t i t ef l o t a t i o nw a se s t a b l i s h e d ．ⅢRs p e c t r o s c o p ya n a l y s i ss h o w e dt h a tt h em a j o ra d s o r p t i o np r o d u c to f d i e t h y l d i t h i o e a r b a m a t e o n p y r r h o t i t e i s t e t r a e t h y h h i u r a md i s u l f i d eT E T D ．T h ei n t e n s i t yo fT r l Rs i g n a l so f T E T Da d s o r p t i o no n p y r r h o t i t e a n df l o t a t i o n r e c o v e r yr e s p o n s e o f p y r r h o t i t e a r ec o r r e l a t e dw i t h p u l e p o t e n t i a l s ． K E YW O R D S p y r r h o t i t e ；d i e t h y l d i t h i o c a r b a m a t e ；e l e c t r o c h e m i c a lf l o t a t i o n ；F U Rs p e c t r o s c o p y 万方数据