粗煤泥流态化浮选颗粒流化特性及分选效果研究

气液固流态化浮选新技术基于重浮耦合原理可实现粗颗粒高效回收,以1.0~0.5 mm粗煤泥为研究对象,系统探究了水速、充气量、捕收剂和起泡剂用量等因素对实验室二维流态化浮选床层流化特性和分选效果的影响。结果表明:增加水速、降低充气量及添加起泡剂和捕收剂均可有效降低压力信号波动,增加床层稳定性。降低充气量可以减小气体在床层内部的表观气速,而水速的增加和起泡剂的添加会通过流体的剪切效果和表面张力的降低使气泡尺寸减小,捕收剂的添加则有助于气泡与颗粒的黏附,降低气泡的上浮速度。随水速和充气量的增加,精煤灰分呈现先减小后增加的趋势,但尾煤灰分趋势略有不同,过高的充气量会扰乱床层导致返混严重,尾煤灰分增加;捕收剂和起泡剂的适当加入会进一步降低精煤灰分,这是由于浮选气泡在粗颗粒表面的黏附,降低了其表观密度,强化了按密度分选效果,但是过量的药剂加入可能会导致浮选夹带现象的出现,增加精煤灰分。最后研发了直径200 mm流态化浮选设备用于半工业试验,以1.0~0.25 mm粗煤泥为入料,在水速为15 L/min、充气量为1.5 L/min、捕收剂200 g/t和起泡剂400 g/t条件下可获得最佳分选指标,精煤灰分和产率分别为9.34%和90.13%,尾煤灰分和产率分别为38.51%和9.87%。本研究对实现流态化浮选过程床层稳定性调控及粗煤泥高效回收利用具有重要意义。

微纳尺度下浮选颗粒气泡间相互作用行为试验研究

充分了解浮选颗粒与气泡间相互作用过程,有助于指导浮选实际生产过程中表面活性剂的选择与气-液-固三相界面的调控。通过表面改性得到亲/疏水颗粒和固体基底,利用先进手段研究了气泡颗粒间微纳尺度下相互作用过程。结果表明:亲水颗粒包覆角仅能达到28.38°,疏水颗粒包覆角则随时间不断增加,900 s时可达到168.55°,说明提高颗粒疏水性可改善其可浮性。在相对运动方面,亲水颗粒在气泡表面滑移过程中,颗粒与气泡中心距离保持不变;疏水颗粒在气泡表面滑移过程中,出现瞬间“下陷”现象,此时颗粒气泡间液膜薄化破裂,推算出破裂液膜厚度约为0.01 mm。在相互作用力方面,气泡与亲水表面间不存在黏附引力,由斥力主导;气泡与疏水表面间出现“跳入”引力达到45.80μN,在接触瞬间液膜薄化破裂,破裂液膜厚度约为0.02 mm(~15.16μm)。AFM测试得到疏水颗粒与微米气泡间液膜破裂厚度为114.34 nm,此数值较颗粒与毫米级气泡间破裂液膜厚度相差2个数量级,说明颗粒气泡发生黏附作用时,破裂液膜厚度与气泡尺寸有关。

流化床浮选柱分布器优化的数值模拟

流化床浮选在粗粒分选领域具有较大的应用前景,通过液固两相流体模拟研究了多环桥联式流体分布器设计参数对流化床浮选柱流体动力学的影响。模拟结果表明:当入口表观水流速度为3 m/s时,流体分布器喷出水流速度主要为0.4~1.2 m/s,局部水流速度可为0 m/s或1.8 m/s;流化床内固相体积分数为26%~32%,中心区域颗粒以0.11~0.21 m/s速度上升运动,近壁区域颗粒呈静止或下降状态,速度均低于0.07 m/s。通过改变开孔数量增大流体分布器开孔率会导致内环喷出水量相对增大、布水非均匀性增大,而通过降低内/外环孔径比、提高开孔不均匀度能够抑制内环出水量,强化布水均匀性,同时降低床层内湍流强度和粗颗粒脱附概率。研究结果为流化床浮选柱的流体分布器设计提供了依据。