1、提高浮选粒度上限的深入研究摘 要通过对浮选的作用机理解析，可以知道矿粒对浮选的影响，经过粗粒煤浮选的理论分析，经过试验进行对照，通过改善设备和工艺，可以增强煤的浮选性，提高回收率。 关键词粗粒煤 浮选 粒度上限 影响 中图分类号：P912.31 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）10-0364-01 1.矿粒与气泡的碰撞机理与碰撞概率 矿粒与气泡的碰撞是一个流体力学问题，它涉及到矿粒的大小，气泡的大小以及矿粒与气泡之间的相对运动等因素，矿粒与气泡的碰撞有四种机理：惯性机理，气泡表面力场的无惯性机理，紊流扩散机理和胶体、分子扩散机理。 碰撞概率受气泡大小、矿粒大小、矿粒与气
2、泡间相对速率等多个因素的影响。在理想条件下，气泡直径越小与矿粒碰撞概率越大，在实际浮选中浮选机的转速不同其影响也不同。schllbert 等对矿粒大小与浮选的影响进行了研究，发现在各种颗粒尺寸的操作条件中各存在一个转速最佳值。矿粒与气泡碰撞概率除矿粒、气泡的直径影响外还与气泡碰撞速率大小、角度等因素有关。 2.矿粒与气泡的吸附与脱附 矿粒与气泡相撞后能否粘附则涉及矿粒与气泡表面力之间相互作用的问题。矿粒与气泡碰撞后，即开始进入附着阶段。所谓附着阶段实际上就是从水化膜变薄到破裂至稳定三项接触周边扩展形成，其需要的时间称为诱导时间。粒度越大，所需的诱导时间就越大，粘附就越难进行，对粗粒矿物，粒度大
3、，惯性大，与气泡的接触时间短，而接触所需的诱导时间长，这也是粗粒难浮的原因之一。但是我们可以通过其它方法来改变矿粒的诱导时间。加入表面活性剂，增加矿粒表面的疏水性，改变捕收剂的捕收能力等，都可以缩短诱导时间。另外气泡尺寸对矿粒的诱导时间有一定的影响，气泡增大，矿粒与气泡接触的弧线增长，接触时间增长。不过矿粒直径增大，又会导致矿粒的滑落时速率加快。因此，矿粒-气泡能否粘附主要取决于矿粒本身的性质、矿浆的性质，当药剂条件一定时矿粒自身的因素是影响矿粒吸附概率的关键。 粘附在气-液界面的矿粒受到外界的影响，矿粒可能会从气泡表面脱落。以往的实验证明，具有相同接触角的矿粒，粗矿粒在大气泡上能产生较大的接
4、触面积，因而在气泡上附着的牢固程度高。为了使粗矿粒能够浮选，应该多产生大气泡并阻止气泡兼并。为提高泡沫的稳定性和机械强度，增加矿粒与气泡的附着几率，需要适当加大起泡剂的用量。 3.浮选矿浆流体动力学分析 3.1 浮选机内流态分析 浮选机大致分为三个区：混合区、分离区、泡沫区。 混合区主要是实现气泡的形成和分散、矿粒与气泡的碰撞与粘附以及矿粒的悬浮。为了使气流形成小气泡并充分分散，使气泡于克服矿物具有较高的碰撞概率，以及在进入浮选分离区之前形成稳定的气泡-矿物聚合体和矿粒的充分悬浮，须在混合区内具有较大的紊流强度。 分离区，是完成实际泡沫浮选分离的区域，这个区域足够平静，以便在有矿粒的气泡能上浮
5、到槽表面，如果此处紊流强度大对矿化气泡上浮不利，易造成矿粒从气泡上脱落。 泡沫区，气泡上升到槽表面破裂时，克服矿粒可完成二次富集，并排出泡沫产品，此区域同样必须足够平静，因为紊流强度大易造成矿粒脱落和非目的矿粒悬浮高度增加，使其夹带入精矿。 3.2 紊流对浮选机充气的影响 浮选机的叶轮旋转后产生了离心力，矿浆由进浆管进入叶轮，空气由进气管进入叶轮，因此在浮选机叶轮空腔有固-液-气三相，矿浆吸进叶轮时，由于叶轮的离心力使矿浆绕轴旋转并形成一个向下的漩涡流，漩涡中央的气-液界面成倒圆锥形，在圆锥轴心区出现低速低压空间，因压差作用而吸入的空气被高速旋转流吸带和卷流向下流动，所以空气由进气管吸入时为一
6、股股气流状态，当叶轮旋转时，在叶片背后产生大量祸流，于是认为形成界面层是气流分散为气泡的主要原因。 3.3 紊流的扩散作用 在浮选槽内，叶轮旋转是产生紊流运动的源，紊流运动的速率决定着矿粒的输送与悬浮。大幅度的脉动速率也能带动矿粒使之随流运动。但是紊流速率小于矿粒的脉动速率时，只能在矿粒表面绕流，或在矿粒表面上的边界层内产生与之相应的搅动，仅能促进药剂分子与矿粒表面相互作用，而不会对矿粒的运动产生多大的影响。紊流最大脉动速率与叶轮周速率的数量级相同。叶轮-定子的几何形状对紊流结构也具有重要的影响。 紊流脉动对浮选药剂分子向矿粒表面传递具有促进作用。这种作用可以加速浮选药剂在矿物颗粒表面上的分散
7、与接触。紊流的扩散对缩短诱导时间也十分重要。 3.4 气泡的矿化 在叶轮-定子叶片构成的环形空间内，为激烈的紊流区。由于干扰和摩擦效应，紊流中的气泡矿化是一个极其复杂的随机过程，紊流场有助于细化气泡，并使空气矿浆很好地混合。叶轮-定子区间是矿粒与气泡形成集合体的主要区间，此处较大的紊流强度对矿化气泡的形成是有利的。除碰撞矿化外，微泡析出，微泡的长大和在矿粒疏水性表面上增生，也是此区间按矿化的基本机理。 在混合区，气泡矿化主要是靠紊流碰撞，此效应随与叶轮距离增加而减弱，因为从叶轮叶片流出的气-液-固三相混合体，其中气泡的体积随紊流速率和压力降低而涨大，大气泡首先从主流中析出来，并随上升流浮升，小
8、气泡继续随流运动并分散在槽壁附近，同时随压力下降而涨大。 在分离区，紊流强度逐渐减弱，矿化过程也逐步由紊流性质转变 为近似层流碰撞，此时靠重力下落的矿粒与上浮气泡的上半球面相撞，此处碰撞有利于粗、重和难浮矿粒的浮选。此区间的紊流对粗、重颗粒浮选也有负作用，即增加了脱落力，不仅会降低回收率，同时还会造成细泥污染和泡沫层的不稳定。因此在此处要综合考虑叶轮的转速对矿粒的悬浮作用和对矿粒的脱附作用。 4.浮选粒度上限的确定 在浮选过程中，矿粒的上浮力等于矿粒在矿浆中的重力时，矿粒才可以漂浮因此要将矿粒浮起，浮游力应大于矿粒在矿浆中所受的重力。 我们都知道，在浮选矿浆中，气泡越大越容易变形和破裂，上浮时
9、不但会加剧起泡之间的兼并，而且由此产生的撞击力会将己经粘附矿物颗粒的起泡撞开，从而导致矿粒脱落重新进入矿浆；另外，对于粗粒矿物，其表面尖凸部分及棱角的角度较大，容易对气泡产生“刺破”效应，降低气泡的强度和稳定性。 气泡矿化理论的研究还认为，矿浆中析出的气泡起初都很小，随着气体分子的不断扩散和析出将逐渐变大直到平衡。对于表面带有微泡的粗矿粒则需借助微泡为媒介再粘附到较大的气泡上，所以粗矿粒上浮相对难些。 为了克服这些不利的影响，在扩展浮选粒度上限试验中将适当增加矿浆的充气，造成较大的气泡和增加水中析出的微泡量外，另外还需要适当加大起泡剂的用量，使溶液表面张力降低，这样气泡不易兼并，泡沫的稳定性和
10、机械强度显著提高，气泡的分散性也相应地改善。 另外，从中还可以得出，如果气泡的直径为 lmm 那么浮选粒度最大可达 2mm，因此只要气泡符合条件，扩展煤的浮选粒度上限至 1mm 是可行的。 5.提高煤炭浮选粒度上限的意义 利用浮选分选效率高的优势，可较好地解决重选对-1mm 细颗粒煤分选精度差，产率低的不足，适应于绝大多数煤种，特别是可提高炼焦煤资源的利用率。 简化了重介选煤工艺流程，降低重介选煤的介质消耗，对越来越多采用选前脱泥工艺流程的选煤厂，由脱泥环节分离出的-1mm（或-0.75mm）的细粒煤，可不再进行分级处理，只考虑蓖除+1mm 的超粒即可。有利于浮选精煤和尾煤的脱水，降低这两种产
11、品的水分。有利于提高浮选精煤产品脱水设备的处理能力，同时也降低了浮选系统总体投资运行成本。 结语： 综合上述理论分析及前人研究成果提高浮选粒度上限应从下面几方面考虑。 （l） 恰当的叶轮转速能提供有利于粗粒浮选的紊流状态、大小适宜的气泡以及增粗粒煤粒与气泡的碰撞概率；另外对浮选药剂分子向矿粒表面传递具有促进用。 （2） 对于粗粒浮选，要降低溶液表面张力，增加矿粒与气泡的附着几率及煤粒与泡的附着牢固程度，需要适当加大起泡剂和捕收剂的用量。 （3） 加入适当的表面活性剂，能改变煤粒表面的疏水性，提高回收率。 参考文献 1谢广元.选矿学.中国矿业大学出版社. 2刘?天.实验研究方法.中国矿业大学出版社. 3陈建中.选煤标准使用手册.中国标准出版社. 作者简介：刘泗胜，男，助理工程师，七台河市新兴选煤厂技术员。
