水力空化对浮选气泡及浮选泡沫层稳定性的影响研究.pdf

中图分类号T D 9 2 3 U D C6 2 2 ．7 硕士学位论文 学校代码 Q 墨3 三 密级坌2 王 水力空化对浮选气泡及浮选泡沫层稳定性的影响研究 R e s e a r c ho nt h ee f f e c t so f h y d r o d y n a m i cc a v i t a t i o no n f l o t a t i o nb u b b l e sa n df l o t a t i o nf r o t hs t a b i l i t y 作者姓名 学科专业 研究方向 学院 系、所 指导教师 胡勇 矿业工程 矿物加工工程 资源加工与生物工程学院 张国范副教授 答辩委员会主席 中南大学 二O 一四年五月 万方数据 学位论文原创性声明。舢Y ㈣2 6 幽8 4 3 ㈣0 ㈣4 本人郑重声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研 究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得中南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确 的说明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 作者签名墨丑垒日期丝 兰年上月旦日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解中南大学有关保留、使用学 位论文的规定即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版本人允许本学位论文被查阅和借阅；学校可以 将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 复印、缩印或其它手段保存和汇编本学位论文。 保密论文待解密后适应本声明。 作者签名导师签名趣 塑整 日期逊年互月望日 万方数据 硕士学位论文摘要 水力空化对浮选气泡及浮选泡沫层稳定性的影响研究 摘要减小气泡尺寸是提高微细粒浮选回收效果的主要方式之一， 而水力空化可以形成大量微气泡。本文以“水力空化作用下的浮选泡 沫体系”作为研究对象，以空化管作为空化发生器，设计了加装空化 循环装置的气泡检测器与水力空化循环装置。沦文的研究目的在于初 步了解空化泡的形成过程及影响因素，探究水力空化对浮选泡沫层的 影响规律，优化空化一浮选过程中的水力空化条件。为此，论文在气． 液两相体系下研究了水力空化对微气泡的形成和气一液两相泡沫层稳 定性的影响；在三相体系下，研究了水力空化对三相泡沫层和氧化锌 矿浮选产率的影响。论文得到的结论如下 1 ．气．液两相体系 1 水力空化有助于提高气．液两相泡沫层平衡高度和动态泡沫 层稳定性；水力空化作用下得到的泡沫层平衡高度和动态泡沫层稳定 性比无空化时高。 2 水力空化产生了大量微气泡。影响空化泡形成的因素主要 有M I B C 浓度、空化循环流量、空化作用时间以及空化管结构。增大 M I B C 浓度，延长空化作用时问，增大矿浆流速，减小空化管试验段 直径，增大空化管扩散段长度以及减小空化管试验段长度都有利于空 化作用的发生和微气泡的形成。 2 ．三相体系 1 水力空化有助于提高和保持三相泡沫层稳定性。三相泡沫 层稳定性的提高是水力空化作用和微细粒菱锌矿共同作用的结果。 2 水力空化对细粒氧化锌矿浮选产率的提高和浮选速率的加 快有显著作用。在试验考察范围内，增长空化作用时间，缩短矿浆搁 置时间，增大矿浆流速，减小空化管试验段长度，减小空化管试验段 直径，增加空化管扩散段长度以及充气空化都有利于空化作用的发生， 增大了氧化锌矿产率。总之，水力空化产生的空化泡数量越多，尺寸 越小，越有利于细粒氧化锌矿的浮选回收。 3 优化空化．浮选条件捕收剂油酸1 6 6 9 ／t ，磨矿时间1 0 m i n ， 空化管试验段长度5 m m ，扩散段长度为5 0 m m ，试验段直径为4 ．5 m m ， 空化作用时间为3 m i n ，矿浆流量2 4 6 ．3 8 m l ／s ，矿浆搁置时间为0 ，得 到氧化锌矿上浮产率为3 0 ．8 4 ％，比无空化时提高了1 6 ．6 ％。图4 4 个， 表6 个，参考文献6 3 篇。 万方数据 硕士学位论文摘要 关键词水力空化；微气泡；泡沫层稳定性；氧化锌矿；产率 分类号T D 9 2 3 万方数据 硕士学位论文 A b s t r a c t R e s e a r c hO Ht h ee f f e c t so fh y d r o d y n a m i cc a v i t a t i o no n f l o t a t i o nb u b b l e sa n df l o t a t i o nf r o t hs t a b i l i t y A b s t r a c t T or e d u c et h eb u b b l es i z ei so n eo ft h em a i nm e t h o d st o i m p r o v et h er e c o v e r yo ff i n ep a r t i c l ef l o t m i o n ，a n dh y d r o d y n a m i c c a v i t a t i o n c a n g e n e r a t e n u m e r o u sm i c r ob u b b l e s ． S u r r o u n d i n g “h y d r o d y ’n a m i cc a v i t a t i o n ’，f l o t a t i o nf r o t hs y s t e mu n d e rt h ee f f e c to f h y d r o d y n a m i cc a v i t a t i o na r es e l e c t e da ss t u d yo b je c t s ．I nt h i ss t u d y , c a v i t a t i o nt u b ei su s e da sc a v i t a t i o ng e n e r a t o r , a n dab u b b l ed e t e c t o r e q u i p p e dw i t hac i r c u l a t i o nd e v i c eo fh y d r o d y n a m i cc a t i v a t i o na n da c i r c u l a t i o nd e v i c eo fh y d r o d y n a m i cc a t i v a t i o na r e d e s i g n e d ．T h e o b j e c t i v eo ft h i sr e s e a r c hi st oa n a l y z et h ee f f e c t so fh y d r o d y n a m i c c a v i t a t i o no nf l o t a t i o nf r o t h l a y e ra n do p t i m i z et h eh y d r o d y n a m i c c a v i t a t i o nc o n d i t i o n so fc a v i t a t i o na i df l o t a t i o np r o c e s sb yu n d e r s t a n d i n g t h ef o r m a t i o na n di n f l u e n t i a lf a c t o r so fc a v i t a i o nb u b b l e s ．I ng a s l i q u i d s y s t e m ，e f f e c t so fh y d r o d y n a m i cc a v k a t i o no nt h ef o r m a t i o no fm i c r o b u b b l e sa n dg a s l i q u i df r o t hl a y e r s t a b i l i t yh a v eb e e nd i s c u s s e d ．I n a d d i t i o n ，i ng a s l i q u i d s o l i ds y s t e m ，e f f e c t so fh y d r o d y n a m i cc a v i t a t i o n o nt h r e ep h a s ef r o t hl a y e ra n dr e c o v e r yo fz i n co x i d eh a v eb e e ns t u d i e d ． T h em a i nc o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s 1 ．T w op h a s es y s t e m 1 H y d r o d y n a m i cc a v i t a t i o nw i l lh e l pi m p r o v et h eg a s l i q u i dt w ．o p h a s eb a l a n c ef o a ml a y e rh e i g h ta n dt h ed y n a m i cs t a b i l i t yo ft h ef o a m l a y e r ．B a l a n c ef o a ml a y e rh e i g h ta n dd y n a m i cb a l a n c eo ff o a ms t a b i l i t y w i t ht h ec o n d i t i o no fh y d r o d y n a m i cc a v i t a t i o nw e r eh i g h e rt h a ni tw i t h o u t t h ec o n d i t i o no fh y d r o d y n a m i cc a v i t a t i o n ． 2 H y d r o d y n a m i c c a v i t a t i o n g e n e r a t e d al o to fm i c r o b u b b l e s ． I n c r e a s i n go fc o n c e n t r a t i o no fM I B Ca n d1 0 n g e rc a v i t a t i o nt i m ew e r e b e n e f i c i a lt of o r m a t i o nc a v k a t i o nm i c r ob u b b l e s ．T h ei n c r e a s eo fs l u r r y f l o wr a t ea n dt h ed e c r e a s eo ft e s ts e c t i o nd i a m e t e ro ft h ec a v “a t i o nt u b e ， w h i c hc a nr e d u c et h ec a v i t a t i o nn u m b e r , w a sc o n d u c i v et ot h eo c c u r r e n c e o fc a v i t a t i o na n dt h ef o r m a t i o no fm i c r ob u b b l e s ．T h ed e c r e a s eo f d i f f u s i o ns e c t i o nl e n g t ha n dt h ei n c r e a s eo ft h et e s ts e c t i o nl e n g t hw a sn o t c o n d u c i v et ot h eo c c u r r e n c eo fc a v i t a t i o na n dt h ef o r m a t i o no ft i n y V 万方数据 硕士学位论文A b s t r a c t b u b b l e s ． 2 ．‰ep h a s es y s t e m 3 H y d r o d y n a m i cc a v i t a t i o nw i l lh e l pi m p r o v et h eg a s l i q u i dt h r e e p h a s eb a l a n c ef o a ml a y e rh e i g h ta n dt h ed y n a m i cs t a b i l i t yo ft h ef o a m l a y e r ．T h ei m p r o v e m e n to fs t a b i l i t yo ft h r e e p h a s ef o a ml a y e ri st h er e s u l t o f j o i n ta c t i o nm i c r o g r a n u l a rs m i t h s o n i t ec a v i t a t i o na n dt h em i c r o g r a n u l a r s m i t h s o n i t e ． 4 Z i n co x i d eo r ef l o t a t i o nr e s u l t ss h o wt h a th y d r o d y n a m i cc a v i t a t i o n c a ni n c r e a s ef o t a t i o ny i e l do ff i n ez i n co x i d em i n e r a l sa n dt h ef l o t a t i o n r a t e ．W i t ht h e g r o w t ho fc a v i t a t i o nt i m e ，z i n co x i d ef l o t a t i o ny i e l d i n c r e a s e d ；w i t hp u l ps h e l f - t i m eg r o w t h ，f l o t a t i o ny i e l dd e c r e a s e d ．I ti s c o n d u c i v et ot h eo c c u r r e n c eo fc a v i t a t i o na n dt h ei n c r e a s eo ff l o t a t i o n y i e l dt h a tt h ei n c r e a s eo fs l u r r yf l o wr a t e ，t h ed e c r e a s eo ft h et e s ts e c t i o n t u b el e n g t h ．t h ed e c r e a s eo ft h ec a v i t a t i o nt e s ts e c t i o nt u b ed i a m e t e r , 也e i n c r e a s eo fc a v i t a t i o nt u b ed i f f u s i o ns e c t i o n 1 e n g t h a n di n f l a t a b l e c a v i t a t i o n ．I n g e n e r a l ，t h eg r e a t e r t h en u m b e ro fc a v i t a t i o nb u b b l e s g e n e r a t e db yh y d r o d y n a m i cc a v i t a t i o n ，t h es m a l l e rt h eb u b b l e ss i z e ，t h e b e t t e rt h er e c o v e r yo ff i n ez i n co x i d ef l o t a t i o n ． 5 O p t i m a lc o n d i t i o no fc a v i t a t i o n ．f l o a t a t i o ni Sc o l l e c t o ro l e i ca c i d 16 6g ／t ，g r i n d i n gt i m e l0m i n ，c a v i t a t i o nt e s ts e c t i o nt u b el e n g t ho f5m m ， d i f f u s i o nl e n g t ht O5 0m m ，t e s ts e c t i o n4 ．5m mi nd i a m e t e r , c a v i t a t i o n t i m e3m i n ，s l u r r yf l o wr a t e2 4 6 ．3 8m l ／s ，p u l pa s i d et i m et o0 ．U n d e rt h e c i r c u m s t a n c e s ，w ec o u l da c q u i r e3 0 ．8 4 ％t h ey i e l do fz i n co x i d em i n e r a l ， i n c r e a s e db y16 ．6 ％t h a nw h e nt h e r ei sn oc a v i t a t i o n ．4 4f i g u r e s ，6t a b l e s ， 6 3r e f e r e n c e sa r ei n c l u d e d ． K e y w o r d s h y d r o d y n a m i cc a v i t a t i o n m i c r o b u b b l e ；s t a b i l i t yo f t h ef o a m l a y e r ；z i n co x i d eo r e ；y i e l d C i a s s i f i g a t i O i l T D 9 2 3 V 万方数据 硕士学位论文 目录 目录 学位论文原创性声明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一I I 目勇毛⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．V I 1文献综述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l 1 ．1 微细粒矿物浮选⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．1 ．1 微细粒矿物浮选现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l 1 ．1 ．2 微细粒矿物浮选的难点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l 1 ．1 ．3 微细粒浮选的方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．2 水力空化作用在浮选中的应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 。2 ．1 水力空化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．2 ．2 空化数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．2 ．3 空化与纳米泡⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 ．2 ．4 水力空化在浮选中的应用实例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 ．3 泡沫层稳定性的表征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 1 ．3 ．1 气体回收率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 0 1 ．3 ．2 水回收率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 0 1 ．3 ．3 动态泡沫层稳定性参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l l 1 ．4 流动分离现象⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 l 1 ．5 本课题的选题意义及研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 2 1 ．5 ．1 选题目的及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 2 1 ．5 ．2 本课题研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 2 2实验方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一l3 2 ．1 矿样⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．1 ．1 纯矿物矿样⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 2 ．1 ．2 实际矿石矿样⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 2 ．2 实验设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．3 实验试剂及仪器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 2 ．4 研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯16 2 ．4 ．1 动态泡沫层稳定性测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 6 2 ．4 ．2 微气泡检测试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 7 2 ．4 ．3 氧化锌矿浮选回收试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 7 3水力空化对气一液两相泡沫层及微气泡形成的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 V 万方数据 硕士学位论文 目录 3 ．1 水力空化对气一液两相泡沫层稳定性的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．19 3 ．1 ．1 空化管结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 9 3 ．1 ．2 表观气速⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 2 3 ．1 ．3 溶液化学条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 3 3 ．2 水力空化条件对微气泡形成的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 8 3 ．2 ．1 M 1 B C 浓度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 8 3 ．2 ．2 空化作用时间⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 5 3 ．2 ．3空化循环流量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 8 3 ．2 ．4 空化管结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 3 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 4 水力空化对三相泡沫层稳定性及氧化锌矿浮选的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 4 ．1 水力空化对三相泡沫层稳定性的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 8 4 ．1 ．1 空化循环⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 8 4 ．1 ．2 固相质量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 9 4 ．1 ．3 固体颗粒粒度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2 4 ．2 水力空化在细粒氧化锌矿浮选中的应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 3 4 ．2 ．1 水力空化作用在浮选中应用的机理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 3 4 ．2 ．2 矿浆条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 4 4 ．2 ．3 矿浆搁置时间⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 6 4 ．2 ．4 空化作用时问⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 7 4 ．2 ．5 矿浆循环流量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 8 4 ．2 ．6 空化管结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 9 4 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 l 5 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 3 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 4 攻读学位期问主要研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 9 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 0 万方数据 硕士学位论文I 文献综述 1 文献综述 1 ．1 微细粒矿物浮选 1 ．1 ．1 微细粒矿物浮选现状 随着人类社会经济的发展，矿产资源被大量的开采利用，其中，富矿和易处 理的矿石资源日趋减少，如何高效利用低品位、嵌布粒度细的复杂矿石已经成为 我们正面临的挑战。为了获得充分的单体解离，这些矿石加工处理过程中常常需 要细磨；但是，随着粒度的减小，过粉碎的矿物颗粒变得难以浮选回收[ 1 - 3 ] 。据 报导，全世界每年约有1 ／5 的钨、1 ／3 的磷、1 ／6 的铜、1 ／1 0 的铁f 美国 和1 ／2 的 锡 玻利维亚 损失在细泥中。在浮选过程中，微细粒的产生主要有两种方式 原生矿泥 矿床内部由地质作用产生 ；次生矿泥 破碎、磨矿、搅拌、运输等 过程产生 。微细粒级有用矿物难于回收不仅使有限的矿产资源被大量浪费，而 且损失于尾矿中的金属会对矿山周边环境造成不利的影响。微细粒级矿物的浮选 回收是现代矿物加工领域面临的重大科学问题。 微细粒是一个比较笼统的说法。随着浮选技术的不断发展，这个概念也在不 断变化。一般来说，使用常规浮选工艺浮选矿物，其选别粒度下限为1 0 u m ，小 于1 0 9 m 的有用矿物颗粒常常难以获得理想的浮选效果【4 l 。然而，国内外有些研 究对微细粒的划分给出了不同的标准。 现有机械搅拌浮选机根据吸气方式不同可以分为两大类自吸气机械搅拌浮 选机和充气式机械搅拌浮选机。这些机械搅拌浮选机依靠转子和定子的运转可以 产生强紊流环境和直径相对较大的气泡，因此，传统浮选机的这种结构特征非常 有利于 3 8 “m 粒级矿物颗粒的浮选，但对于．3 8 p , m 粒级矿物的浮选难以达到理想 效果。 J 锄e s o n 【6 J 指出对于大部分金属矿物，矿物粒度在2 0 - - - l O O p m 范围内可以容 易的获得较高的回收率，超出这个范围回收率都会严重减小。所以对于一2 0 1 J m 的 颗粒，粒度越小回收率降低越快。 1 ．1 ．2 微细粒矿物浮选的难点 微细粒矿物具有质量小、比表面积大和表面能高等特点【l 】。这些特点会导致 气泡碰撞粘附概率低难浮微细粒阻碍粗颗粒在气泡上的附着；微细粒异相凝聚， 选别困难；浮选速率慢；微细粒消耗大量浮选药剂；矿浆中“难免离子”浓度增加。 这些都会使得微细粒在使用常规浮选法浮选时效果较差。 另外，从气泡与矿物颗粒相互作用这个方面来说，碰撞，附着和脱落这3 个阶段决定泡沫分选能否有效发生。浮选过程中气泡和疏水性颗粒的大小都对上 万方数据 硕士学位论文1 文献综述 述3 个阶段和矿化有重要的影响。微细粒矿物低浮选效率和低回收率的主要原因 是比较低的气泡与颗粒碰撞效率【。也就是说增大气泡与矿物颗粒的碰撞概率和 粘附概率有利于微细粒矿物浮选回收。 近几十年来的浮选理论研究发现，颗粒和气泡的碰撞概率P ，与颗粒和气泡 的直径比相关‘7 { 】。其表达式为 足o Cp ，／见广 公式 1 1 式中D 。为矿粒直径；砬为气泡直径；刀一般为2 。由式【1 - 1 可知，当D ，一定 时，P 。随B 的减小而呈平方次提高；当n 一定时，P 。随D ，的减小而呈平方 次降低。 Y o o n 和L u t t r e l l 等指出【9 】，颗粒和气泡的碰撞概率P ，与气泡直径、矿粒直 径、矿浆浓度及水流运动状态等有关。其表达式 只 D P ／D 6 ‘ 1 ．5 4 R e o7 5 ／15 公式 1 2 式中D 。为矿粒直径；砩为气泡直径；R e 为气泡的雷诺数。由式 1 一1 和式 1 ．2 可以看出随着矿物颗粒粒径的减小，颗粒和气泡的碰撞概率P 。减小，使 得矿物浮选效果变差。 Y o o nR H [ 1 0 】提出，矿粒被气泡捕获的可能性P 可用数学式表示为 P ￡只 1 一￡ 公式 1 3 式中P 。为矿粒和气泡碰撞概率；P o 为矿粒和气泡成功黏附概率；B 为矿粒和 气泡脱附概率。 D o b b y 、F i n e h 和J o w e t t 等人研究指出I 】，对于粒径小于1 0 0 j a m 的矿粒，一 般不考虑脱附，即￡ 0 。故有 P 只P o 公式 1 4 气泡和矿粒的附着概率尸，与矿粒表面疏水程度、碰撞速度及气泡和矿粒的碰撞 角度有关‘1 2 】。一旦捕集概率P 已知，气泡和颗粒之间黏附的一级速率常数K 就 能从公式 1 5 中导出 K 3 P v , ／2 哦 式中圪为表观气体速度。 将式 1 2 和式 1 4 代入式 1 5 可得 纠3 艺哪．5 等煳懈珥 公式 1 - 5 公式 1 6 式中D ，为矿粒直径；D 6 为气泡直径；R e 为雷诺数K 为表观气体速度。 2 万方数据 硕士学位论文 t 文献综述 由式 1 6 可知，矿粒直径的减小对浮选速率的影响是极大的，总之，过 小矿物颗粒的直径将会对浮选过程以及浮选效果产生不利影响。现在，很多研究 都致力于削弱这种不利影响。 1 ．1 ．3 微细粒浮选的方法 大量的基础研究表明微细粒之所以难以浮选，主要是由于气泡与颗粒碰撞概 率较低。一些微细粒浮选技术已经被开发出来，主要针对的是减小气泡尺寸以及 增大矿粒直径。 1 增大矿粒直径 已经开发许多技术尝试增加粒子直径和质量以及降低表面能。所有这些技术 具有相同的功能诱导微细粒矿物形成絮体或聚合物。根据聚合物形成的不同机 制，这些技术可以分为三类选择性絮凝、凝聚和疏水性聚集。 在选择性絮凝中，絮团的形成主要是长链聚合物分子或离子的桥联作用。这 些聚合物首先在静电力的作用下吸附在矿物表面，然后通过特性吸附作用或氢键 连接其他矿物粒子，形成松散的絮体I I3 1 。研究表明选择性絮凝是一种很有前途 的提高微细粒浮选回收率的技术。一些实验结果已经显示选择性絮凝改善了微细 粒的浮选‘1 4 。15 1 。杨井刚等㈣使用聚丙烯酰胺作为絮凝剂浮选分离黑钨矿和石英， 与常规浮选相比，黑钨矿品位提高9 ％，回收率提高2 0 ％。 微细粒的凝聚可以通过添加电解液来实现，这样可以减小带电粒子之间的静 电斥力。凝聚是一种常用的水处理技术， 矿物加工行业中，选择性是至关重要的。 因为这些地方不需要选择性。然而，在 电解质的添加经常引起异相凝聚，在只 有电解液作用的条件下，很难获得选择性凝聚。因此，这种方法很少用于矿物加 工工业。 对于疏水聚集浮选，为了让疏水性颗粒在疏水力作用下聚集，我们需要通 过强烈的搅拌使颗粒非常接近⋯。非极性油常被用来加强聚团的强度。疏水性聚 集可以进一步分为剪切絮凝、乳化浮选、载体浮选、油团聚浮选和两液分离浮选 [ 1 7 l9 1 。 微细粒形成聚集体然后进行浮选，在不少情况下确实能够获得比传统浮选更 高的回收率‘2 0 1 。然而，脉石矿物的夹杂或截留是这种方法的主要缺陷[ 1 】。 2 减小气泡尺寸 由式 1 - 1 、式 1 - 2 可知，减小气泡尺寸可以提高气泡与颗粒碰撞概率， 是提高微细粒浮选效率的有效措施。然而，小气泡粘附微细粒矿物后的上升速度 过低，浮选时间较长；小泡沫的提升力过低，难以确保过程选择性此外，微气 泡浮选会导致较高的水回收率，使得脉石夹带现象严重。国内外的研发人员开发 了一些减小气泡尺寸的方法，包括溶气浮选、电解浮选、空化浮选等。 3 万方数据 硕士学位论文l 文献综述 溶气浮选是一种在较高压力下将空气溶解于溶液中，再通过减压使之析出的 细小气泡携带微细矿粒进行浮选的方法。溶气浮选起源于1 9 0 4 年英国埃尔莫尔 F ．E ．E l m o r e 的真空浮选专利。它主要用于处理废水，通常用泵以2 5 0 ～5 0 0 k P a 压力，将空气和液流压入饱和罐，使空气溶解于水中，液流再经减压阀进入浮选 机，析出细小气泡进行浮选。溶气浮选生成的气泡尺寸为3 0 ～1 2 0 9 m ，比常规浮 选的气泡小一个数量级，适于浮选微细矿粒。然而，也存在一些问题，比如溶气 浮选法产生的气泡总体积远小于常规的机械搅拌浮选机【2 1 1 ；溶气浮选法产生的 微气泡会导致较高的水回收率，使脉石矿物的夹带现象较为严重。因此，溶气浮 选法大多应用于水处理中。 电解浮选应用于微细粒矿物回收可以追溯到1 9 4 6 年，苏联首次将这种技术 应用于选矿1 2 2 1 。电解浮选是基于水电解产生的氧气泡和氢气泡。然而，电解浮 选的特点注定其难以应用于工业生产。 空化浮选作为本论文主要研究内容，将在下一章作详细介绍。 3 其它方法 改变浮选矿化过程的背景力场。在离心力场下，微细矿粒的惯性力增大，气 泡与矿粒的碰撞概率增大。这主要是由于气泡与颗粒惯性碰撞接触的临界矿粒尺 寸减小，更多的微细粒进入惯性碰撞接触范围。旋流充气式浮选机就是利用了这 一原理。 提高浮选捕获区的紊流强度、使矿粒和气泡对流、增大浮选柱高度，这些都 可以增加矿粒与气泡接触的相对速度或者作用时问。浮选柱以及喷射式浮选机都 利用了这些措施【2 3 】。 1 ．2 水力空化作用在浮选中的应用 1 ．2 ．1 水力空化 空化是液体内局部压力降低时，液体内部或液国交界面上蒸汽或气体的空穴 空泡 的形成、发展和溃灭的过程。 空化现象最早发现于1 8 9 1 年，空化现象的发现归功于空化造成的空蚀，人 们先后在轮船螺旋桨和叶轮等地方发现表面变形和材料剥蚀现象【2 4 1 。空化过程 可以加速电化学腐蚀过程。最初，研究者研究空化现象的目的是避免出现空化现 象，防止空化对材料的剥蚀【2 川。后来，研究者发现空化作用在水处理、清洁、 有机物合成等领域有显著地作用，他们开始将目光转向空化的应用。根据空化产 生的形式一般可以分为4 种类型声空化 空化产生于一个声场中 ；水力空化 空化是由液体流动引起的 ；光空化 空化作为一种局部能量耗散的结果 ；粒 子空化 基本粒子诱发空化 。其中，水力空化和声空化较为容易实现，于是水 4 万方数据 硕士学位论文1 文献综述 处理研究者开始对这两种空化方式作了深入研究【2 4 1 。然而，超声空化耗费的能 量过大，性价比不高，难以应用于工业生产中。于是大量研究者针对水力空化进 行了一系列的研究。 研究过程中，研究者实现空化的主要方式有文丘里管和孔板1 2 引，水力空化 装置如图1 1 。 在国外，1 9 9 3 年P a n d i t 等人采用水力空化技术强化水溶液中蓖麻油与红花 油的水解过程，水力空化装置如图1 1 所示【2 7 】。1 9 9 4 年B o t h a 等同时使用水力空 化装置和紫外线辐射处理废水，结果表明这种联用能够强化空化效应，从而增强 水处理的效果[ 2 8 1 。2 0 0 0 年J y o t i 等采用了多种消毒技术净化地表水，与臭氧消毒 技术相比，水力空化技术处理效果更佳1 2 9 1 。在国内，陈利军等人采用水力空