文献翻译-煤泥浮选泡沫中固液量的试验性分析.doc

1、 煤泥浮选泡沫中固液量的试验性分析 S.I. Angadi ,Ho-Seok Jeon , S. Nikkam 摘要：浮选泡沫中的固体量和水量的重要性被已发表的关于浮选过程中亲水性细颗粒的夹带问题的文献提及。本文阐述了浮选泡沫中的固体量和水量的不同，文章基于烟煤煤泥在传统浮选机和浮选柱中进行的试验。浮选机中进行的试验是为了研究浮选泡沫中的固体和水的动力学特性。其中动力学参数（w和k）用来有效地量化过程，并且引入一个新的指数用来表征固体颗粒与水间的相对运动。研究表明固体量和水量受浮选装置的结构和操作条件的影响，不管是对于传统浮选机还是浮选柱，其泡沫中的水量都比固体量多。传统浮选机的泡沫中中固体和

2、水重量之比浮选柱中的大，这就表明浅的泡沫层与深的泡沫层相比有利于更多的固体进入溢流。泡沫中的固体量和水量间的内在联系需要进一步探究，以方便应用实际生产中。1. 前言浮选是发生在三相的过程，包含了固、液、气间的相互作用行为。基于相互间行为的不同，浮选装置被分为几个不同的区域。原矿悬浮液（固体和水的混合物）被通入到矿浆区域，在该区域固体与气泡碰撞并附着在气泡上。发生在矿浆区域的固体与气泡间的相互行为是很重要的。疏水性颗粒附着在气泡上，并被带向泡沫区。而亲水性颗粒则留在矿浆中，随水分别流向泡沫产品和非泡沫产品中。随水流向泡沫中的亲水性颗粒被称为夹带。流向泡沫产品和非泡沫产品的亲水性颗粒的分离是依据颗

3、粒的大小、形状和密度。粗的重颗粒进入非泡沫产品中，轻的极细颗粒和疏水性颗粒一起进入泡沫产品中。浮选研究中，当考虑细的亲水性颗粒的夹带问题时，泡沫中水的回收率就显得非常重要。水的回收率除了受浮选槽的结构和操作条件影响外，还受固体的含量和固体的物理特性影响。事实证明固体和水在进入泡沫层的过程中相互依赖。捕收剂对固体颗粒回收率的影响是众所周知的，但它对水回收率的影响还不太清楚。许多类型的表面活性剂，比如阳离子型的、阴离子型的和非离子型的药剂，作为捕收剂用于不同矿物的浮选过程中。这些捕收剂的主要作用机理是增加了煤炭颗粒的表面疏水性。研究中发现，刚开始阶段，煤炭疏水性的增加降低了泡沫中的水的含量。相反地

4、，进一步增加煤炭颗粒表面的疏水性时，泡沫中水含量也随之增加。水的转移量在高的疏水性水平时呈上升趋势的原因还不太清楚。浮选中起泡剂的作用是生成不相互兼并和稳定的微小气泡。他们主要是异极性的有机药剂，用于增强气泡运载捕收到的疏水性颗粒的能力。极少量捕收剂除了具有捕收作用外还具有起泡作用。起泡剂通常不参与矿物的捕收行为。起泡剂对水回收率的影响被许多学者证明。起泡剂用量的增加，降低了气泡的大小，增加了气泡的表面积，进而增加了浮选的动力。粒级总计产率灰分%浮选槽的流体力学特性在固体和水进入泡沫区的过程起到重大的作用。机械槽中湍流会对捕集区和泡沫区间形成的界面进行干扰。浅的泡沫层厚度与厚的泡沫层相比会使更

5、多的未分选的固体颗粒进入泡沫中。与机械式浮选槽相比，浮选柱的泡沫区更加稳定。柱浮选泡沫被淋洗，以使得夹带的细的亲水性矸石颗粒的量减少。Uribe et al.提出了一个柱浮选中关于水回收率的经验公式，其中水的回收率是固体回收率、速率、泡沫层厚度和浮选柱直径的函数。本文主要以煤泥浮选泡沫中的固体和水的量为研究对象。在浮选机浮选的研究中进入泡沫产品的固体和水的运动特性已经做了详细的分析。操作参数，像捕收剂用量、起泡剂用量和充气量的影响也在浮选机和浮选柱的操作单元中得以分析。2. 原料和方法2.1 原料 本次研究使用的烟煤样品（小于0.5mm的细粒）是取自West Bokaro Coal Washe

6、ry (TISCO), Bokaro, Jharkhand, India 浮选流程的原矿点。采集的原矿矿浆自然风干，以便于取样并为此次研究工作准备有代表性的样品。近似分析表明原样的灰分为水分为2.28%，固定碳为26.60%，挥发分为25.09%。 图1原矿的粒度分析 表一所示为原煤的粒度及各粒度级的灰分。从表中可知灰分在整个粒度级多少都有分布，原矿细泥含量（-45微米）为9.57%。图一中显示d80,d50颗粒粒度分别为370微米和210微米。本次浮选试验中非极性的长链碳氢化合物（商业煤油）被作为捕收剂，（）MIBC作为起泡剂。捕收剂和起泡剂的密度分别为0.787和0.808。2.2浮选机浮

7、选试验浮选机浮选试验是在一个自吸式实验室浮选装置上进行的。该装置配备了丹弗型叶轮和一蓄水装置来维持槽中矿浆和泡沫水平。浮选槽有六公升容量，材料是有机玻璃的，并安装有刮刀，一个装在前面，另一个装在后面，用来从整个槽的顶部表面刮取泡沫。这些设置有利于浮选动力学研究的实施，尤其是这能够在特定的浮选间隔内精确、连续地收集泡沫产品。槽浮选试验在不同的捕收剂和起泡剂用量的条件下进行的，每个操作因素有四个水平（16次试验）。表2所示为各因素及相应的水平。大约880克的煤样与1320毫升的水混合得到固体浓度为40%的矿浆。为了确保在操作时间内药剂与固体的良好混合，需要配制更高浓度的矿浆。每次试验捕收剂先加入到

8、矿浆中，5分钟后再加入预设剂量的起泡剂。一分钟后，从蓄水池中添加补加水来维持大约3cm厚泡沫层。泡沫层厚度在整个试验过程中保持恒定。矿浆/泡沫位置可以通过改变蓄水池的管子的位置来调节。计时器、气体入口阀门和刮刀同时安装，以分别在10、20、40、80和120秒的间隔内收集泡沫产品。湿的悬浮液的重量被记录下来，然后进行过滤、烘干、并称取干燥固体的重量。水的中经悬浮液和固体的重量相减计算得到。2.3柱浮选试验图2所示为此次研究所用的浮选柱试验装备的原理图。这个试验装备包括反应装置、空气压缩机、蠕动泵和渣浆泵、及印度矿业学校Dhanbad, India设计的浮选柱（50mm直径，1960mm高）。大

9、约10千克的煤样与合适的水量相混合配制成浓度为10%的矿浆，并注入反应装置1。需要的矿浆通过蠕动泵抽出，并打入反应装置2中，在装置2中要加入一定量的捕收剂，并保持5分钟的停留时间。起泡剂加入到装配在浮选柱原矿点前的渣浆泵中。气泡通过由滤布制成的扩散器产生。柱浮选试验是在不同的捕收剂、起泡剂和表面气体量的条件下设计进行的。在整个试验中泡沫层厚度保持在500-550mm。表2所示为试验中的可变参数及其不同的水平和常量参数。 文章中定义的不同变量的单位在浮选文献中已应用过，作为参考本文再次定义。 泡沫产品中固体和液体重量用(g/min)/cm2(克每分钟每平方厘米）表示。这简化了浮选机和浮选柱试验结

10、果的差异。 药剂用量（捕收剂和起泡剂）用kg/t(千克每吨)表示 充气量用表面气体量（cm/s）表示2.4 分析方法此次研究的结果分析方法如下。试验数据分析应用广泛的方法之一是一次一因素法即仅改变一个变量并保持其它量在任意选择的水平。这种方法可以准确评价变量对工艺过程的影响，但是不能在变量的极端水平下产生相似的趋势。为了克服这种缺陷，变量对工艺过程的平均影响被采用，这种方法在下面的例子中详细介绍。图3A和B所示为泡沫中固体量随捕收剂用量变化而变化的典型例子。这个试验在2.2l/min的充气量和2min的浮选时间条件下进行的。从图3A可知在不同的起泡剂用量水平下，固体量随捕收剂用量增加而增加。对

11、于0.2、0.4、0.6和0.8kg/t的起泡剂水平固体量的增加趋势是不同的。在低的捕收剂用量（0.25和0.5kg/t）下，对于前三个起泡剂水平，固体量随起泡剂用量增加而增加，但在最后一水平时减少。然而，在高的捕收剂用量（0.75和1.0kg/t）下，固体量随着起泡剂用量的增加而稳定增加。固体量在起始的两个捕收剂用量水平下，高的起泡剂用量时减少并且在高的捕收剂用量时呈现不同的趋势的原因还不太清楚。通过研究这种复杂性，泡沫中固体量充气量浮选时间起泡剂用量传统浮选机泡沫中固体量不同起泡剂水平下泡沫中固体量的平均值被计算，并绘制如图3B，这样便于观察和理解。因此，同样的表示方法在文章中得以应用。C

12、1时计算的平均值为（1.590+1.652+1.667+1.642）/4=1.638，类似一致地，C2、C3和C4时的平均值为1.785,1.859,和1.859。3. 结果和讨论任何分选系统的效果可以基于产品的数量和质量来评价。许多研究者采用的评价浮选效果的指标有产率、回收率、品位、效率指标、选择性指标、浮选动力学参数等。此次试验研究尝试基于煤泥浮选泡沫中固体量和水量来量化工艺过程。这表3些浮选部分已通过动力学方法得以详尽的讨论研究。这些研究对于传统浮选机和浮选柱装置中泡沫产品中固体和水的相互运动很有帮助。3.1传统浮选动力学研究 一个浮选回路工艺流程的发展需要与原料特性、浮选机结构、药剂、

13、操作条件等多维的数据。浮选动力学在分析颗粒停留时间、药剂选择性、浮选机选择性和流程结构中起到重要作用。通常，动力学研究的表述需要通过绘制可浮性性颗粒的累计回收率与时间的曲线（时间-回收率曲线）。回收率可以通过泡沫中固体的重量除以槽中最初的重量得到。类似地，如果最终都没有补加水的添加以维持矿浆液面，水的回收率也可以按照该方法计算得到。正如许多学者，泡沫产品中水量的表示便于用克/千克。如果浮选泡沫产品中的固体量和水量用g/min/cm2表示,则浮选机和浮选柱试验结果就容易相互对照。因此，本文针对不同操作变量的分析，浮选泡沫中固体量和水量用g/min/cm2表示。 许多学者提出固体回收率服从一级反应动力学。郑提出泡沫产品中水的回收分为两个阶段1）矿浆相到泡沫相和2）泡沫相到精矿淋洗。他提出的精煤中水服从一级反应动力学方程的前提是矿浆相是完全混合的反应物。Angadi and Suresh提出关于浮选机泡沫中水的一级反应动力学方程模型，该模型与固体回收率的相似，如下： （1） 其中，w是泡沫产品中固体和水的重量，w代表无限长的时间里所能回收的固体量和水量的最大值。k是常数，t是浮选时间、是滞后时间。图4所示为泡沫产品中固体和水累积重量的试验数据的典型例子（捕收剂用量0