芬兰Kibron专注表面张力仪测量技术,快速精准测量动静态表面张力

热线:021-66110810,66110819,66110690,13564362870 Email: info@vizai.cn

当前位置首页 > 新闻中心

泡沫稳定性及气-液界面颗粒运动对泡沫相浮选的影响机制研究

来源:凌向阳 浏览 100 次 发布时间:2022-12-12

【摘要】:常规浮选过程中,矿浆-泡沫相界面处由于存在强烈的气泡兼并,结果极易造成颗粒脱附,导致浮选效率降低。相关研究表明:大部分矿物颗粒的脱附都发生在矿浆-泡沫相界面处。鉴于此,本课题提出了基于两相和三相泡沫特性以及气-液界面单颗粒层中内嵌颗粒运动规律的泡沫相浮选研究,旨在通过探索泡沫稳定性及气-液界面颗粒运动对泡沫相浮选的影响机制,为深入了解浮选过程中的气泡兼并和颗粒脱附过程以及两种常见难浮煤泥的高效浮选提供理论指导和技术支撑。


首先,论文以泡沫的稳定为出发点,分别从起泡剂、混合起泡剂以及颗粒等三个角度对两相和三相泡沫的特性及其稳定性强化进行研究。结果表明:起泡剂的表面活性越大,则起泡能力越强、泡沫的静态稳定性越好、气泡兼并时间越长、临界兼并浓度越低。给出了醇类起泡剂和聚乙二醇类起泡剂各自适用的临界兼并浓度和气泡索特尔平均直径理论计算方法,并证实了其可靠性。发现甲基异丁基甲醇(MIBC)和聚丙二醇(PPG425)的混合具有一定的协同效应。强疏水性颗粒稳定的泡沫具有最大的半衰期,中等疏水性颗粒稳定的泡沫具有最大的泡沫层高度,而低疏水性颗粒对泡沫的稳定性影响不大。当气泡表面罩盖有颗粒后,气泡的兼并时间显著增加,同时气泡兼并诱导的界面震荡运动强度明显减弱,震荡时间缩短,分析认为这主要和气泡表面颗粒的阻尼效应有关。


其次,利用改进的Langmuir-Blodgett水槽,从微观层面上考察气-液界面单颗粒层在压缩和扩展时的聚团结构演化和重组以及震荡时的内嵌颗粒运动规律。结果表明:气-液界面上的颗粒均以聚团的形式存在。当单颗粒层被压缩时,界面颗粒以聚团旋转和孔隙坍塌的方式实现重组,同时聚团的结构也逐渐由水平中间链和多“筏块”结构向典型的六角密实和多层聚团结构过渡。而当紧密压缩的单颗粒层扩展后,界面聚团重新分散,不过相比于压缩前其分散更加均匀。气泡与气-液界面兼并可诱导单颗粒层产生震荡,这时水平曳力、惯性力以及颗粒间的相互作用力共同决定着界面颗粒的重组和运动行为。当无起泡剂存在时,气-液界面上不同粒度的相邻颗粒具有相似的瞬时速度和均方位移(MSD),同时随着颗粒表面疏水性和界面颗粒覆盖百分比的提高以及气泡尺寸和溶液pH值的降低,界面颗粒的瞬时速度和MSD均减小。


当有起泡剂存在时,界面颗粒的运动得到强化,不过随着正戊醇和PPG425浓度的增加,瞬时速度和MSD表现出了完全不同的变化规律,推测产生这种现象的原因主要是PPG425分子从溶液向固体颗粒表面发生了迁移,并通过改变气-液界面表面张力以及颗粒表面疏水性的大小进一步影响界面颗粒的运动行为。然后,基于泡沫层中颗粒的行为和受力分析揭示泡沫相浮选的过程,并以经典浮选理论为指导提出泡沫相浮选的回收率模型。研究表明:泡沫相浮选可看作是泡沫分选与常规浮选的有效结合,浮选效率较高。颗粒在泡沫层的最顶端所受支撑力最大,在矿浆-泡沫相界面处所受支撑力达到第二极大值。泡沫相-空气界面和矿浆-泡沫相界面处各作用力大小随颗粒粒度的变化规律显示,细颗粒容易在气泡表面形成罩盖,而粗颗粒更容易在泡沫层中实现回收。由于泡沫层中颗粒与气泡的碰撞概率接近100%,因此,泡沫相浮选时颗粒的捕收概率主要和气泡-颗粒间的粘附概率以及矿化气泡表面颗粒的脱附概率有关。泡沫相浮选的回收率随着颗粒在泡沫层中停留时间的增加而降低。最后,在上述研究的基础上,开展粗粒煤泥和氧化煤泥的泡沫相浮选应用研究。


结果表明:在相同的试验条件下,粗粒煤泥的泡沫相浮选相比于常规浮选可燃体回收率可提高11.6%,同时精煤灰分增加1.48%。当采用PPG425/仲辛醇混合起泡剂强化粗粒煤泥的泡沫相浮选效果时,可燃体回收率提高9.34%,精煤灰分增加0.46%。而当采用中等疏水性煤炭细颗粒强化粗粒煤泥的泡沫相浮选效果时,可燃体回收率提高6.27%,精煤灰分反而降低0.58%。在相同的试验条件下,氧化煤泥的泡沫相浮选相比于常规浮选可燃体回收率可提高22.25%,同时精煤灰分增加1.19%。利用BBD响应面法分析了四个常见操作参数对精煤灰分和可燃体回收率的影响规律,发现冲洗水速率对精煤灰分的影响最大,而起泡剂浓度对可燃体回收率的影响最大。


对氧化煤泥的泡沫相浮选操作参数进行了优化,得到的最佳试验条件为:起泡剂浓度0.4 kg/t、表观气速1.39 cm/s、入料高度200 mm、冲洗水速率277.83 ml/min。该条件下预测的精煤灰分为9.67%,可燃体回收率为45.63%,均和验证结果相吻合。论文共包含86幅图,15个表,213篇参考文献。