矿浆-泡沫分界面煤粒脱附研究

摘要

常规的浮选系统由矿浆区和泡沫区组成，由于两相性质的差异，矿化气泡在通过矿浆-泡沫分界面时，大量的颗粒会在矿浆-泡沫分界面处发生脱附，从而影响浮选效果。本文以煤粒在矿浆-泡沫分界面的脱附为研究对象，探究了不同浮选操作参数下矿浆-泡沫分界面煤粒的宏观脱附规律，阐述了煤粒的物理化学性质和气泡的兼并过程对矿浆-泡沫分界面煤粒脱附的影响规律，为浮选过程调控提供了新视角。主要研究结论如下： 在一定范围内，增加起泡剂、捕收剂的用量，降低泡沫层的高度均可减少矿浆-泡沫分界面煤粒的脱附，但机理各不相同。起泡剂可以有效降低气泡的兼并以及兼并气泡的振荡强度；捕收剂改善了煤粒的表面性质，增加了气泡和煤粒的粘附强度；三阶浮选过程质量平衡模型表明，降低泡沫层的高度有效减少了矿浆-泡沫分界面的额外入料。矿浆-泡沫分界面煤粒的脱附是浮选的内循环体系，这种连续的内循环体系降低了精煤的产率，提高了精煤的品位。 煤粒的粒度、密度、疏水性、诱导时间、粘附角等物理化学性质影响其在矿浆-泡沫分界面发生选择性脱附。煤粒的粒度、密度决定其惯性力（脱附力）的大小，从而影响矿浆-泡沫分界面煤粒的脱附；而煤粒的表面性质决定了煤粒表面三相接触线的扩展动力学以及气泡-颗粒聚集体的粘附强度，进而影响矿浆-泡沫分界面煤粒的脱附。 由于重力的作用，煤粒一般位于矿浆-泡沫分界面的底端，而在浮力的作用下，气泡在垂直方向上的压力更大，排液速度更快，气泡易于在垂直方向上发生兼并，兼并气泡的破裂点和煤粒大都分别位于气泡的上下两端。毛细管顶端兼并气泡的轴向半径Rx、横向半径Ry、以及在垂直方向的投影面积符合经典的阻尼谐波振荡模型，而气-液界面下的兼并气泡的轴向半径Rx、横向半径Ry、以及在垂直方向的投影面积只有简单的扩张收缩过程。气泡兼并的行为过程变化规律表明兼并气泡不同位点处的气-液界面具有不同的运动规律，颗粒在兼并气泡不同位点具有不同的脱附概率。

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致谢

变量注释表

1 绪论

1.1 选题的背景和意义

1.2 浮选过程模型

1.2.1 一阶浮选过程总浮选速率模型

1.2.2 二阶浮选过程总浮选速率模型

1.2.3 二阶浮选过程质量平衡模型

1.2.4 三阶浮选过程质量平衡模型

1.3 颗粒在矿浆-泡沫分界面的脱附规律

1.3.1 不同物料在矿浆-泡沫分界面的脱附率

1.3.2 颗粒性质对其在矿浆-泡沫分界面脱附的影响

1.4 颗粒在矿浆-泡沫分界面的脱附机制

1.4.1 流体界面的球形固体颗粒受力模型

1.4.2 平面固体表面的气泡受力模型

1.4.3 颗粒在矿浆-泡沫分界面的脱附机制研究进展

1.5 研究内容和技术路线

2 试验仪器、方法及煤样性质分析

2.1 试验试剂与仪器

2.2试验方法

2.2.1 试样的粗碎与细碎

2.2.2 试样的粒度组成与密度组成分析

2.2.3 试样的工业分析和元素分析

2.2.4 X射线衍射光谱分析

2.2.5 X射线荧光光谱分析

2.2.6 激光粒度分析

2.2.7 接触角测定

2.2.8 诱导时间测定

2.2.9 矿浆-泡沫分界面煤粒脱附试验

2.2.10 煤粒脱附试验

2.2.11 气泡兼并试验

2.3 煤样的制备

2.4 煤样的工业分析和元素分析

2.5 煤样的粒度分析

2.6 煤样的密度分析

2.7 煤样的矿物质分析

2.8 本章小结

3 浮选操作参数对矿浆-泡沫分界面煤粒脱附率的影响

3.1 试验系统的表观气速与夹带粒度

3.2 起泡剂对矿浆-泡沫分界面煤粒脱附率的影响

3.3 捕收剂对矿浆-泡沫分界面煤粒脱附率的影响

3.4 泡沫层高度对矿浆-泡沫分界面煤粒脱附率的影响

3.5 本章小结

4 脱附煤粒和精煤颗粒表面性质差异分析

4.1 脱附煤粒和精煤颗粒的润湿性

4.2 脱附煤粒和精煤颗粒与气泡的粘附角

4.3 脱附煤粒和精煤颗粒的诱导时间

4.4 脱附煤粒和精煤颗粒的抗脱附强度

4.5 本章小结

5 气泡兼并对矿浆-泡沫分界面煤粒脱附的影响机制

5.1 煤粒在矿浆-泡沫分界面脱附过程中的气泡行为

5.2毛细管顶端的气泡兼并

5.2.1 相同直径的气泡在毛细管顶端的兼并

5.2.2 不同直径的气泡在毛细管顶端的兼并

5.3 气-液界面下的气泡兼并

5.3.1 相同直径的气泡在气-液界面下的兼并

5.3.2 不同直径的气泡在气-液界面下的兼并

5.4 毛细管顶端和气-液界面下气泡兼并过程对比

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

作者简历

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