环形充气浮选机的研制

论文摘要

矿物加工工业目前面临着资源、环境、经济等方面的挑战,其严峻形势越来越受到关注。数十年的理论研究和工业生产实践表明,浮选柱是行之有效的物料分选设备,具有结构简单、高效节能、对微细粒浮选优势明显等特点。在提高矿物加工的分选效率和资源综合利用率,降低分选成本的可行途径等方面,浮选柱有着良好的发展前景。本文总结了浮选柱研究和应用的历史和现状,讨论了浮选柱的发展趋势。对气泡与颗粒作用的理论及柱浮选方程进行研究发现,增加浮选柱的效率主要从以下几方面来考虑:增加颗粒与气泡的碰撞几率,尽量减小气泡尺寸,增加气泡数量,增加气泡表面积通量,提高浮选柱对粒度的适应性,进而提高回收率。同时,粗粒浮选时应缩短浮升距离,减小浮升过程中的扰动,减小脱附几率;细粒浮选则应增加脱附几率,提高选择性。传统的浮选柱要提高回收率则必须增加柱高,增加柱高则气泡尺寸增大,所以不能同时满足这两方面的要求。而且,由于粗粒易脱落,而微细颗粒则不易脱落,导致以往浮选柱的选择性差,应用的粒度范围小。因此,设计制造一种可以解决回收率与气泡直径的矛盾,同时又可以扩大粒度适应范围的浮选机是非常必要的。基于以上条件和要求,设计了环形充气浮选机。环形充气浮选机由分选柱、压入空气型气泡发生器、环形泡沫刮板机构、中矿提升管组成,多棵分选柱组合成圆环形,采用压入空气产生气泡。矿浆给入一棵分选柱的给矿口中,矿粒向下沉降,气泡向上浮升,具有疏水性的矿粒被浮选成为粗精矿,并进入精选分选柱中进行多次精选获得最终精矿。亲水性的矿粒随矿浆向下流动,通过中矿提升管,进入扫选分选柱中进行多次扫选得最终尾矿。本试验制造了实验室型环形充气浮选机,单柱采用有机玻璃管制成,采用空气压缩机供给气体,通过变频器控制刮板转速。论文对设备的浮选效率进行了理论研究,对矿粒在设备内的运动轨迹及矿粒在中矿提升管内的受力进行了分析,对设备的气泡特性及充气性能进行了研究,进行了矿物分选试验并与机械搅拌式浮选机的结果进行了对比。1.以往浮选柱过高带来很多问题,包括操作及维修不方便,加入矿浆时消耗太多的能量,气泡在底端生成需要较大的压力及气泡发生器更换不方便等。而本设备的实际高度远远低于以往浮选柱的高度,完全可以避免这些问题。2.通过理论研究得出,回收率随浮选柱的高度增加而增加,而气泡直径也随柱高增加而增大,所以传统浮选柱无法解决这种矛盾。而本设备在降低实际高度的同时增大了实际分选空间,所以在减小气泡的同时提高了回收率。以往的浮选柱对于处理粗粒及微细矿粒效果都不好,原因是粗粒易脱落,微细颗粒不易脱落。本设备的结构提高了粗粒与气泡的碰撞几率,微细颗粒则由于多次冲洗水的作用,提高了选择性。3.本文对所设计的浮选机的效率进行了理论研究,分选柱较低的高度避免了气泡的大量兼并,保持了微小气泡的数量,提高了微细粒矿粒的分选效率;捕集区较大的高度确保了较高的矿物回收率;多分选柱组合的方式在降低浮选柱高度的情况下,实现了低柱高回收率的目标。4.本文对矿粒在设备内和单个分选柱内的运动轨迹进行了分析,并对矿粒在中矿提升管内的受力进行了分析,并得出了计算公式。5.本文对设备气泡发生器产生的气泡直径进行了观测及计算。首先,采用摄像法观测气泡速度,计算气泡直径;其次,采用微孔成泡的理论公式进行估算气泡直径,估算结果与观察结果相吻合。6.表观充气速率、活化剂浓度、充气压力等对气泡发生器产生的气泡直径有很大影响,本文研究了在本设备的单棵分选柱中它们与气泡直径之间的关系。结果表明,气泡直径随着表观充气速率的增大而增大,随着起泡剂的浓度的增大而减小,随着充气压力的增大而减小,但在超过一定程度时不再明显。7.本文对设备的单个分选柱中的表观充气速率与充气率及气泡表面积通量的关系进行了研究,并在清水状态下,找到其最佳值。经过研究,得出了适合本设备的有关气泡表面积通量和充气率的关系式。8.对浮选机进行了浮选硫铁矿的参数试验,包括气泡发生器的表观充气速率、中矿提升管的充气压强、磨矿细度、矿浆浓度、矿浆流量、刮板速度等。同时,本文还做了每个分选柱的选别作用分析。分析认为设备的每个分选柱都具有富集精矿和回收尾矿的作用,符合设计的要求。9.论文对本设备和机械搅拌式浮选机浮选硫铁矿进行了比较。结果显示,本设备的浮选效果要远远高于机械搅拌式浮选机的浮选效果。在浮选低品位的硫铁矿时,环形充气浮选机一次粗选一次精选的效果比机械搅拌式浮选机三次粗选三次精选的S精矿品位要高了0.18个百分点,达到了52.06%;回收率提高了0.1个百分点,达到了99.15%;而尾矿品位则下降了0.05个百分点,为0.21%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 文献综述
• 1.1 浮选过程与浮选设备
• 1.2 对浮选机的基本要求及评定判据
• 1.2.1 基本要求
• 1.2.2 评定判据
• 1.3 充气式浮选机（浮选柱）
• 1.3.1 浮选柱的发展
• 1.3.2 浮选柱的结构及特点
• 1.3.3 浮选柱的应用及效果
• 1.3.4 浮选柱的气泡发生器
• 1.3.5 浮选柱的泡沫冲洗
• 1.3.6 浮选柱的改进
• 1.4 浮选柱的数学模型及放大
• 1.4.1 数学模型
• 1.4.2 按比例放大
• 1.5 浮选柱的发展趋势
• 第二章 论文提出的目的、意义及研究内容
• 2.1 目前浮选柱的优缺点
• 2.2 浮选过程对浮选柱的要求
• 2.3 论文提出的目的及意义
• 2.4 论文研究的内容
• 第三章 环形充气浮选机的设计
• 3.1 新型浮选机设计思路
• 3.2 设计原则
• 3.2.1 相似准则
• 3.2.2 设计准则
• 3.3 浮选机的结构设计
• 3.3.1 浮选机的整体设计
• 3.3.2 实验室型环形充气浮选机样机的设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 环形充气浮选机的机理分析
• 4.1 环形充气浮选机的矿粒运动轨迹
• 4.1.1 矿粒在单柱内的运动分析
• 4.1.2 矿粒在整个循环内的运动分析
• 4.2 浮选过程中气泡与颗粒作用的理论研究
• 4.2.1 气泡性质及气泡大小的测定方法
• 4.2.2 气泡与颗粒作用研究
• 4.2.3 颗粒与气泡碰撞
• 4.2.4 颗粒在气泡表面粘附
• 4.2.5 颗粒从气泡表面脱附
• 4.2.6 本设备的气泡与颗粒作用
• 4.3 浮选机的理论研究
• 4.3.1 单柱浮选方程
• 4.3.2 本设备的浮选效率的理论研究
• 4.4 矿粒在中矿提升管内的受力分析
• 4.4.1 矿粒在中矿提升管内所受的各种力
• 4.4.2 U型管处的受力分析
• 4.4.3 通入空气后的受力分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 环形充气浮选机的气泡特性研究
• 5.1 气泡大小和数量的实验观测
• 5.2 溶液表面张力的测定
• 5.3 气泡直径大小的理论估算
• 5.4 气泡大小的主要影响因素
• 5.5 充气率的测定
• 5.6 气泡表面积通量
• 5.7 表观充气速率与充气率及气泡表面积通量的关系
• 5.8 本章小结
• 第六章 环形充气浮选机的矿物分选试验研究
• 6.1 试样的准备及试验方法
• 6.2 硫铁矿的试样性质
• 6.3 硫铁矿的前期试验
• 6.3.1 小型磨机的磨矿时间试验
• 6.3.2 磨矿细度试验
• 6.3.3 中型磨机的给矿试验
• 6.3.4 药剂用量试验
• 6.4 浮选机浮选硫铁矿的参数试验
• 6.4.1 气泡发生器表观充气速率对浮选的影响
• 6.4.2 中矿提升管的充气量的影响
• 6.4.3 磨矿细度的影响
• 6.4.4 矿浆浓度的影响
• 6.4.5 矿浆流量的影响
• 6.4.6 刮板速度的影响
• 6.4.7 浮选机的分选柱的作用评定
• 6.5 硫铁矿的试验结果比较
• 6.5.1 环形充气浮选机的试验
• 6.5.2 机械搅拌式浮选机的试验
• 6.5.3 结果对比
• 6.6 本章小结
• 第七章 主要结论及创新点
• 7.1 主要结论
• 7.2 论文的主要创新点
• 致谢
• 附图1 环形充气浮选机实验室型样机
• 参考文献
• 攻读博士期间发表的论文