表面活性剂对浮选气泡动力学特性影响的实验研究

论文摘要

浮选作为一种高效快速的固液分离技术,广泛应用于污水处理、水质净化、选矿和石油开采等诸多工业领域。在浮选过程中,空气以小气泡的形式分散在浮选系统中,作为载体,将粘附在其上的悬浮物带到液面。浮选过程通常采用表面活性剂来调节气泡尺寸及稳定性以提高浮选效率。因此,深入认识在表面活性剂存在下的气泡动力学特性,对提高浮选效率具有重要的理论价值。论文在总结前人研究的基础上,针对目前研究较少的1～5mm的中尺度浮选气泡,采用高速摄影技术,在一个方截面浮选柱中实验研究了表面活性剂对单气泡和气泡团动力学特性的影响,并探讨了其影响机理。实验中,单气泡和气泡团采用不同气泡发生装置生成,液体使用蒸馏水和不同浓度的三种表面活性剂溶液,气泡的瞬时运动利用MS75K（Mega Speed Corp）高速摄影仪实时记录,气泡的形状、大小、轨迹、速度和分布均由图像处理软件（AVI Player,Mega Speed Corp）分析获得。研究结果表明,除了喷嘴直径与进气流量外,表面活性剂的存在对单个气泡的运动特性也有非常重要的影响。实验发现,由于Marangoni效应,适量的表面活性剂可以有效地减小气泡体积,抑制气泡变形,降低气泡上升速度和增强气泡上升轨迹的规则性。相比于纯水,曲拉通100的浓度为0.15×10-3mOl/L时,气泡高宽比的振荡幅度缩减了57%,终端上升速度减小了35%,体积平均减小40%,气泡的运动轨迹更有规则,偏离中心位置较纯水中小。实验还发现,气泡的形状振荡影响着气泡的瞬时速度,气泡形状越扁,瞬时上升速度越大。在实验条件范围内,不同表面活性剂对气泡的影响程度差异较大,曲拉通100的影响程度强于聚乙二醇和正戊醇。研究结果还表明,不同进气流量下,表面活性剂的存在均显著影响了气泡团的运动速度和尺寸分布特性。实验发现,相比于纯水中,由于Marangoni效应限制了气泡的聚并行为和增强了气泡的稳定性,表面活性剂溶液中,气泡团的上升速度减小,但气泡团的上升速度大于单个气泡的上升速度。表面活性剂溶液中,气泡团的尺寸分布范围变窄,气泡团的尺寸也更均匀。纯水和浓度为0.05×10-3 mol/L曲拉通100溶液中,气泡团的Sauter当量直径相比于纯水中减少了22.9%。实验还发现,相同流量相同浓度条件下,曲拉通溶液中气泡的尺寸分布范围最窄,气泡团的当量直径最小,正戊醇次之,聚乙二醇最大。另外,相同表面活性剂浓度下,增加进气流量,气泡分散度增大,尺寸分布不均匀,同时增大气泡团的平均直径和Sauter当量直径,但降低气泡团的比表面积。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 浮选技术现状
• 1.1.1 浮选机理
• 1.1.2 浮选方法及流程
• 1.2 表面活性剂的概况
• 1.2.1 表面活性和表面活性剂
• 1.2.2 表面活性剂的结构及在溶液界面上的吸附
• 1.2.3 表面活性剂的作用
• 1.3 表面活性剂在浮选中的应用
• 1.3.1 表面张力对气泡团的形成和稳定性的影响
• 1.3.2 液膜粘度对气泡团稳定性的影响
• 1.3.3 表面膜的修复作用对气泡团稳定性的影响
• 1.3.4 表面膜的带电状况对气泡团稳定性的影响
• 1.4 浮选中气泡的研究进展
• 1.5 本文的主要研究内容和意义
• 第二章 实验装置与方法
• 2.1 实验装置
• 2.1.1 实验装置制作原则
• 2.1.2 实验装置
• 2.1.3 实验药品
• 2.2 测量系统
• 2.2.1 采光及图像调节
• 2.2.2 CMOS高速摄像系统
• 2.2.3 影响图像质量的因素
• 2.3 实验操作过程
• 2.4 数据分析方法
• 2.4.1 单气泡分析方法
• 2.4.2 气泡团分析方法
• 2.4.3 产生误差分析
• 第三章 表面活性剂存在下单气泡行为
• 3.1 表面活性剂对单个气泡生成大小影响
• 3.2 表面活性剂对单个气泡形状的影响
• 3.2.1 气泡大小与气泡形状的关系
• 3.2.2 表面活性剂对气泡形状的影响
• 3.3 表面活性剂对气泡上升速度的影响
• 3.3.1 气泡大小与单个气泡上升速度关系
• 3.3.2 气泡变形与气泡上升速度的关系
• 3.3.3 表面活性剂对单个气泡上升速度的影响
• 3.4 表面活性剂对气泡上升轨迹的影响
• 第四章 表面活性剂存在下气泡团行为
• 4.1 表面活性剂对多气泡运动行为的影响
• 4.1.1 双气泡在净水中的运动行为
• 4.1.2 多气泡在纯水中的运动行为
• 4.1.3 表面活性剂对多气泡运动行为的影响
• 4.2 表面活性剂对多气泡分布特性的影响
• 4.2.1 表面活性剂存在下的气泡尺寸分布
• 4.2.2 进气流量对气泡分布的影响
• 第五章 结论和展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表论文和科研情况
• 致谢