浮选气泡尺寸影响因素分析

第５期选蝶技术

Ｎｍ５２００７年１０月

ＣＯＡＬ

ＰＲＥＰＡＲＡＴＩＯＮ

ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

ＯｅＬ２００７

文章编号：１００１—３５７１（２００７）０５—０００７—０３

浮选气泡尺寸影响因素分析

代敬龙。．谢广元‘，刘姗姗２，王先新３（１．中国矿业大学化工学院，江苏徐州２２１００８；

２．中霄矿亚大学ｔ靶京）化学与环境工程学院，北京ｌ０００９３；

３．河南神火煤电公司选煤厂．河南采城４７６６１３）

，、

摘要：浮选气泡尺寸太小时于浮选效果有着非常重要的影响作用。文章从浮选矿浆性质、发泡方式及装置、起泡荆等方面，对浮选气泡大小的影响因素进行了详细分析。关键词：浮速；气泡尺寸；矿菜性质；气泡发生方式；起泡荆中图分类号：ＴＤ９４３＋．７

文献标识码：Ａ

就目前国内外的发展水平而言，浮游选煤仍是速度。

煤泥分选的最佳方法。随着采煤机械化程度的提从式（２，）可看出，在其他条件不变时，浮选速率高，选煤厂的原料煤中粉煤量越来越多，浮选作业常数Ｋ随气泡直径Ｄ。的减小呈３次幂增加。

也就变得越来越重要。要实现有效浮选，必须向矿１．３

气泡尺寸的变化对产辜的影响浆中提供足够数量和合适尺寸的气泡，使目的矿物可浮性矿粒的产率月可由下式计算：

呈悬浮或疏水状态。附着于气泡上升，从而完成目Ｒ＝Ｋｒ（１＋ＫＴ），

（３）

的矿物与非目的矿物的有效分离。影响浮选效果的式中；Ｋ为浮选速率常数；ｒ为矿粒捕集器内的浮选

因素主要包括．气泡的尺寸和数量及其分布、浮选时间。

药剂制度、矿浆浓度及ｐＨ值、矿粒粒度组成等。从式（３）可以看出，可浮性矿粒产率置值随而气泡大小是影响浮选效果的关键因素。

浮选速率常数置值的增大而增大。从式（２）可以１

气泡尺寸对浮选效果的影响

看出，减小气泡尺寸可以显著增大浮选速率常数Ｋ值。从而显著影响可浮性矿粒的产率。

１．１气泡尺寸对矿粒与气泡碰撞概率的影响

此外，气泡直径大小还会影响气泡携带固体颗大量的浮选理论研究表明，矿粒和气泡的碰撞粒的能力、浮选的选择性、处理能力等。气泡大小概率Ｐ。与矿粒和气泡的直径比相关。其表达式为：

对于浮选效果相当重要，医此对影响气泡大小的因Ｐ。＊（Ｄ。／Ｄ。）’，

（１）

素进行研究意义重大。

式中：Ｄ。为矿粒直径；Ｄ。为气泡直径；ｎ在多数情况

下为２。

２矿浆性质对气泡大小的影响

由式（１）可知，当矿粒直径一定时，碰撞概率Ｐ。研究发现，在电解质溶液体系中所产生的气泡髓气泡直径的减少呈二次幂提高。

尺寸比在纯水体系中的要小。至于电解质影响气泡Ｉ．２

气泡尺寸的变化对浮选速率的影响

大小的根本原因众说不一，各执一词。文章采用气泡和矿粒黏附的一级速率常数置可由下式求

ＫＣｌ、ＮａＣＩ、Ｋ：ＳＯ．三种不同的电解质溶液和水对得：

不同体系中气泡大小的分布规律进行了研究。电解Ｋ＝［３Ｐ。Ｄ，（１．５＋４Ｒｅｏ”／１５）匕］／（２玩），

质质量浓度Ｐ为５—８０９／Ｌ，测定纯水和ＫＣＩ、

（２）

ＮａＣｌ、Ｋ：ＳＯ。三种盐的水溶液分别与空气组成的四式中：Ｐ。为气泡和矿粒的黏附概率；Ｄ。为矿粒直径；

种体系中的气泡尺寸。结果表明，气泡尺寸Ｄ。为Ｄ。为气泡直径；Ｒｅ为气泡的雷诺数；匕为表观气体

０．Ｉ一２．８ｍｍ时，气泡直径分布符合对数正态分布规律。纯水体系中的气泡足寸最大，平均直径为收穑日期：２００７—０５—０８

作者筒舟：代教龙（１９８１一）。男，河北保定市人，中国矿业太学１．３ｒａｍ。而三种电解质溶液中产生的气泡足寸明显在淫硕士研究生，主要从事煤炭漂加工和细粒煤分选及脱水的研究变小，尤以Ｋ：ＳＯ。体系中的气泡尺寸最小，平均工作。联系电话：（０５１６）８３９９５４８６口

直径为０．３０ｒａｍ（图１）。

７

万　

方数据

墨！塑

堡垒芒丑

彘

；皿

衄甚鼎旷ｇ最ｄ搿钶

圈１

不同体系中气泡直径分布曲线

试验还测定了Ｋ：ｓｑ水溶液体系不同浓度时的Ｓａｕｔｅｒ平均直径，结果如图２所示。从图２可以看出，在较低的电解质浓度下，气泡直径随电解质浓度的增大而迅速减小；当电解质浓度达到一定的临界值Ｐ．，之后，电解质的浓度将不再影响气泡的尺寸。

一于罾度Ｉ，∞１・ｒ‘

圈２鼻子强度与气泡平均直径美纛曲线

当达到临界浓度Ｐ．，时，气体表面对电解质离子的吸附达到饱和。迸一步增加电解质浓度不会使吸附量增加，气泡表面的性质以及兼并速率也不再改变，气泡大小不再随浓度而改变。一些学者研究发现，电解质溶液对气泡大小的影响与电解质溶液的离子强度ｆ直接有关。气泡平均直径与离子强度的关系如式（３）所示：

Ｄ。＝４４３．７＋７７３．８ｅｄ”。

（３）

由式（３）可知，离子强度越大，气泡平均直径越小。这与试验结果基本相符。

３

发泡方式对气泡大小的影响

３．１发泡方式

常用的气泡发生方式主要有以下几种：（１）机械搅拌发泡。通过叶轮高速旋转造成负压吸人空气，并通过湍流边界层的大小和方向都瞬时变化的剪切力将气流粉碎形成气泡。

（２）剪切接触发泡。高速流动的矿浆和气体以适当方式接触，如通过金属网或充填介质产生气泡。

（３）微孔发泡。气体通过徽孔塑料、橡胶、帆布、尼龙、微孔陶瓷管甚至卵石层发泡。

８

万　

方数据塾苎

型！±！垒墨堑曼

（４）降压或升温发泡。空气在水中的溶解度大约为２％，当升高温度或者降低压力时。溶察的气体析出产生气泡。

（５）射流发泡。受压气流喷人矿浆或者矿浆喷人气流均可产生适合浮选的气泡。

（６）电解水产生气泡。（７）超声渡发泡。３．２影响气泡尺寸因素

对于不同的发泡方式。由于发泡机理不同，所以影响气泡尺寸大小的因素也不尽相同。３．２。１机械搅拌发泡

机械搅拌发泡方法所产生的气泡尺寸大小与矿浆密度、气一液界面张力以及湍流中的平均能量耗散有关。关系式…为：

一

Ｊ２

Ｄ。（Ｙ－）飞７＝Ｃ，

（４）

ｙｄ

式中：Ｄ。为气泡直径．Ｐ、ｙ。。分别为矿浆密度及气一液界面张力；ｆ为湍流中的平均能量耗散，与叶轮的构造及工作状态有关；ｃ为无因次常数。

从式（４）中可以看出，对于机械搅拌发泡方法而言，气泡尺寸大小与矿浆密度Ｐ以及平均能量耗

散ｆ成反比．与气一液界面张力ｈ成正比。从图３可见，当平均能量耗散从１ｍ２／￥２提高到３ｍ２／ｓ２时，气泡的最大稳定尺寸由２ｍｍ降至１ｆｆｌｌｎ。

平均能量耗散‘／ｆｆ２．，

田３最大气泡直径与液体寰面张力．

平均能■耗散￡之问的美系

３．２．２微孔发泡

微孔发泡所产生的气泡尺寸大小与充气量（气体压力）有关。其关系式为：

Ｄｂ＝匕ｎ。

（５）

式中：Ｄ。为气泡直径；匕为充气量；ｎ为常数。

从式（５）可以看出，气泡直径与充气量成正比，克气量（气体压力）越大。气泡直径也就越大。

３．２．３

降压发泡

降压发泡所产生的气泡尺寸大小与气一液界面张力ｔ、压差ｖＰ有关。ＪＰ托尔托雷等依据静力学理论分析了降压发泡原理，并得出计算气泡直径的公式为：

墨！塑

垡垫垄量！鲎鎏墨垫墨立墅堕璺量坌堑！塑！主！壁墨垄曼

冠＝等。

（６）

式中：矗为气泡半径；ｙ。为气一液界面张力；９Ｐ为压差。

由式（６）可知，Ｒ与ｖＰ成反比。也就是说，要获得较小的气泡，就必须增加压差ＶＰ，或者增加气一渡界面张力。３．２．４射流发泡

射流发泡产生的气泡大小与射流气泡发生器充气速率、喷嘴口径以及起泡剂浓度有关。

元气递翠，Ⅲ３・ｈ－１

圈４射藏气泡发生器充气建事与气泡大小的美系

射流气泡发生器充气速率与气泡大小的关系如图４所示，射流气泡发生器所产生的气泡平均直径随充气速率的增大而增加。开始时气泡直径增幅较小，但是，当充气速率超过ｔ．０ｍ３／ｈ后。气泡直径增幅迅速增大，当充气速率达到ｚｏｍ’／ｈ时又趋于平缓。喷嘴口径与气泡大小成一定的线性比例关系。在同一充气速率下，大的喷嘴口径所形成的气泡直径较小。３．２．５电解水产生气泡

电解水产生的气泡大小可以通过调节电解参数（电解电流、电极材料及几何形状、介质的ｐＨ值等）进行控制。ｐＨ值对氢气泡及氧气泡大小的影响如图５所示ｗ。

・

《丑隶妞捌

妊

鼎Ｆ

芒筮末虹蜘赫爱

ｒ

ｏ

３０

∞

９０

气袍直径／ｐ－

（ｂ）ｐＨ＝７时

田５

ｐＨ值对电解气泡尺寸大小的影响

万　

方数据由图５可知，ｐＨ值越低，电解气泡的平均直径也越小。

各种发泡方式与气泡尺寸之间的关系如表１所示。由表１可以看出，发泡方式不同，所产生的气泡尺寸大小也存在较大的差异。

裹ｌ发泡方式分类比较裹

发泡方法气泡尺寸／ｒａｍ

剪切接触发泡０．５一１．０微孔发泡

０．０７—０．２５降压或升温发泡

０．０２一Ｏ．１０加压溶气析出气泡

０．０１—０．１２射流发泡

Ｏ．１５一Ｉ－０

电解水产生气泡

氢气泡‘Ｏ．０３

氧气泡‘０．０６

机械搅拌发泡０．５—１０

４起泡剂对于气泡大小的影响

起泡剂是一种具有表面活性的杂极性分子，其极性基亲水，与水分子强烈地吸引，所以朝向水层。而非极性基处于空气中或气泡内，从而在气一液界面上实现单分子层的定向吸附和排列．降低气一液界面表面张力。从前面的分析中可以看出，气一液界面表面张力对于气泡大小有非常重要的影响。因而起泡剂的一个重要作用就是控制气泡的大

小。

４．１起泡剂浓度对气泡大小的影响

在泡沫浮选典型的起泡剂浓度下，如果气泡没有互相碰撞。那么气泡大小就完全不受起泡剂浓度的影响。当气泡从一个单孔橡胶充气器中产生时，起泡剂没有表现出对气泡大小的任何影响。无论起泡剂浓度如何。所产生的气泡大小都相当均匀。Ｒｕｂｉｎｓｔｅｉｎ认为，气泡大小仅仅依赖于内毛细管尺寸（或充气器孔尺寸）和溶液的表面张力。

当利用多孔充气器（或浮选槽）发泡时，因为被测定出的气泡大小比气泡破裂时的ｌ艋界尺寸小得多，所以气泡兼并是气泡大小变化的唯一可能机理。从图６可以看出，随溶液中起泡剂浓度的增加，气泡兼并的程度减小。但是，当起泡剂浓度达到临界兼并浓度时，气泡的兼并完全被阻止，高于临界兼并浓度时，兼并不会发生。此时若再增加起泡剂浓度对气泡大小影响不大，气泡大小将强烈依从图６可以看出，不同类型的起泡剂其临界兼９

赖于充气器的几何形状和流体动力学条件”１。４．２起泡剂种类对于气泡大小的影响

并浓度不同。表面话性强的起泡荆在浓度比较低的

第５蚜选堞技术Ｎｏ．５

１１１１±！！ａ！！些堕！坠！！！！业婴塑！！！！坚

！！！：！！！！

文章编号：１００１—３５７１（２００７ｌ０５—００１０—０５

节能高效大直径重介质旋流器的模拟研究与实践

钱爱军１。陈友良２，刘文秋３．王杰１

（１．煤炭科学研究总院唐山研究院，河北唐山０６３０１２；２．中国矿业大学（北京），

北京１０００８３；３．河北能源职业技术学院，河北唐山０６３００４）

摘要：简要舟绍了重介质旋流嚣理论研究现状。给出了ＣＦＤ常用的三个基本方程和用于重介质旋流器流场数值模拟的湍流基本方程。采用Ｆｌｕｅｎｔ软件对无压给料三产品重介质旋流器流场进行了数值模拟，根据模拟蛄果，着重对双供介口无压给料三产品重介质旋流器进行了结构参数和能耗的研究。应用此理论并结合具体煤质特性和产品要求研发出１３５０／９５０鼠供介口无压给料三产品旋流嚣，并介绍了其在山东新汶矿务局翟镇选煤厂的应用情况。关键词Ｉ重介质旋流器；计算流体力学；数值模拟；双供介中图分类号：ＴＤ９４２“．７

文献标识码：Ａ

ｌ

重介质旋流器理论研究现状

参数的影响”１。

（２）重介质旋流器的数学模型。从纯理论难为了从理论上对重介质旋流器选煤过程进行研

以得出适宜实用的公式时，研究人员纷纷利用大量究．进一步揭示分选过程中重介质旋流器结构参数试验资料结合理论分析，试图从中找出其规律性，对分选结果的影响，各国加强了对重介质旋流器分建立重介质旋流器的数学模型。庞学诗、ＧＴａｒｊａｎ、

选过程的理论研究，并取得了一定进展。目前主要ＡｉＴＩｒｌｏｐａｐｏＢ、ＤＡＤａｈｌｓｔｒｏｍ、ＬＲＰｌｉｔｔ、ＡＪＬｙｎｅｈ、

集中在以下几个方面：

Ｒ

ａ

Ａｒｔｅｒｂｕｍ、楮良银等都系统地对重介质旋流器

（１）重介质旋流器分选过程的理论。利用高进行了研究．并提出了不同的数学模型，其研究成速摄像、示踪粒子等手段，从理论上对重介质旋流果为重介质旋流器分选过程的控制和产品预测提供

器内速度场分布、离心力场分布、密度场及颗粒分了可靠依据”４４。

选过程等进行分析，从理论上分析其分选原理和各

（３）重介质旋流器流场计算流体力学（Ｃｏｍ．

ｐｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｉｄ

Ｄｙｎａｍｉｃｓ，简称ＣＦＤ）数值模拟。

收稿日期：２００７—０６—１３

近年来，随着大容量高速计算机的广泛应用和作者简介：谯爱军（１９７３一），男．河北玉田人．工程师．硕士研究生，现在攥科总院唐山研究院从事近攥厂设计及重介质进爆的研ＣＦＤ的发展。使人们对于各种与工程有关的湍流究工作。联系电话：（０３１５）７７５９４８０。

州。＋呻－■—＋州—■一＋—■一＋州—＋－—■—＋－＋－■－・＋－■—斗州州－＋－＋—●——｝—■—＋—●—州－＋—・卜

流动进行数值模拟成为现实””“。。目前，研究流

情况下就可以很好地控制气泡的兼并，使气泡保持较小的直径，而表面活性弱的起泡剂只有当浓度比５结论

较高时才能有效阻止气泡的兼并。

一般常规浮选工艺的选别粒度下限为ｌＯｐ．ｍ，起泡剂１＜１０¨ｍ的有用矿物颗粒难以得到有效回收，因此／

ＭＩＢｃ起泡剂２

减小气泡尺寸是提高微细粒浮选效率的有效措施。

ｋ寸＼／起泡剂４

影响浮选气泡尺寸大小的囡素比较多，本文重酞，＞‘亡／

起泡剂３

点分析了矿浆性质、发泡方式及装置和起泡剂对气卫互互＆一￥１、／≯Ｓｈ

泡大小的影响，对微泡浮选实践具有一定的指导意

Ｌ

义。

Ｌ

：：．

Ｋ‘’？“、ｖ一

：．

参考文献：

起泡剂浓度／１０＿‰。ｌ，Ｌ－１

［１］

卢寿慈．矿物浮选原理［Ｍ］

北京冶金工业出版

社．１９８８．

图６果用０１ｍｉｌｌ孔径三孔黄铜管充气器时

［２］

Ｙ

Ｓ楚，等浮选趋泡剂对气泡太小和泡沫稳定性

起泡剂浓度对气泡大小的影响

的影响［Ｊ】．国外金属矿选矿，２００２，（０９）．

１０

万　

方数据

浮选气泡尺寸影响因素分析

作者：作者单位：

代敬龙， 谢广元， 刘姗姗， 王光新

代敬龙,谢广元(中国矿业大学,化工学院,江苏,徐州,221008)， 刘姗姗(中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京,100083)， 王光新(河南神火煤电公司选煤厂,河南永城,476613)

选煤技术

GOAL PREPARATION TECHNOLOGY2007(5)2次

刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

参考文献(2条)

1. Y S 楚 浮选起泡剂对气泡大小和泡沫稳定性的影响[期刊论文]-国外金属矿选矿 2002(09)2. 卢寿慈 矿物浮选原理 1988

引证文献(3条)

1. 王舒娅. 龙光明. 祁米香. 杨占寿. 李加升 正交试验优选天青石矿的捕收剂和浮选条件[期刊论文]-盐湖研究2010(4)

2. 刘华森. 阳春华. 王雅琳. 桂卫华 微泡浮选中气泡尺寸影响分析与参数优化[期刊论文]-矿业工程研究 2009(4)3. 王舒娅. 龙光明. 祁米香. 杨占寿. 李加升 正交试验优选天青石矿的捕收剂和浮选条件[期刊论文]-盐湖研究2010(4)

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_xmjs200705003.aspx