细粒煤浮选矿化机理及药剂对黏附性能影响规律的研究

来源 :中国矿业大学(北京) | 被引量 : 2次 | 上传用户:acmi99
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浮选中颗粒与气泡间相互作用规律已得到了极大的关注,并进行了大量研究。研究主要集中在两个方面:一是颗粒轨迹的理论描述;二是颗粒与气泡相互作用过程的试验监测。然而目前研究对象多是形状规则、表面性质均匀的玻璃微珠、玻璃纤维等材料,以细粒煤颗粒展开的研究甚少。对远场区和近场区颗粒的运动规律缺少微观机理研究。颗粒与气泡间黏附行为的研究多集中于诱导时间和表面力的测定,对不同种类及用量表面活性剂对不同密度级、粒度级煤样黏附性能的影响规律缺乏系统深入的研究。本文以公乌素原煤为研究对象,通过自行设计的颗粒运动规律及颗粒与气泡碰撞、黏附行为测量系统,追踪了大量煤颗粒与气泡相对运动的全过程。具体研究内容有:近场区颗粒运动学特征参数的变化规律;煤样初始沉降位置与碰撞角间的关系;煤样性质对碰撞角和碰撞速度的影响;煤颗粒在气泡表面滑落过程中运动状态的变化规律;黏附效率与煤样密度级、粒级间的关系;阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂对黏附性能的影响。以上研究得到的结论如下:(1)按筛分粒级由大到小,颗粒当量直径的主分布区间依次为0.19-0.24mm、0.10-0.15 mm、0.07-0.11 mm,煤样当量直径分布符合高斯分布,颗粒轮廓系数随煤样粒级的减小而增大。(2)颗粒在远场区时不受气泡影响,运动轨迹始终沿竖直方向。颗粒经短暂加速即达到沉降末速,加速所需的时间随着煤颗粒密度和粒度的增大而增大,9组煤样沉降末速的分布符合高斯分布。(3)颗粒进入近场区后,运动轨迹偏离点至气泡中心的距离随着初始沉降区间向外扩展而增大。初始沉降区间相同时,粗粒级煤样轨迹偏离点到气泡中心的距离小于细粒级煤样轨迹偏离点到气泡中心的距离。粒级相同时,竖直方向上运动轨迹偏离点距气泡中心的距离随煤样密度级的增大而减小。(4)颗粒进入近场区后,速度减小量达到10%时距气泡中心的距离随初始沉降区间向外扩展而减小。初始沉降区间相同时,速度减小量达到10%时距气泡中心的距离随煤样粒级和密度级的增大而减小。阻力层边界处颗粒速度方向偏离角随初始沉降区间向外扩展而增大,初始沉降区间相同时,颗粒速度偏离角随煤样粒级和密度级的增大而减小。(5)不同碰撞角区间内煤颗粒数量分布均是中间颗粒数量较多,两侧颗粒数量较少。碰撞角的主分布区间是20°-50°,随初始沉降区间向外扩展,颗粒数比例呈两个变化规律,一是碰撞角区间不断向外扩展,二是颗粒集中分布区间不断向外扩展。各区间的碰撞角均值随着初始沉降区间的扩展而增大。(6)煤颗粒和气泡的碰撞速度随碰撞角向外扩展而增大,碰撞角小于50°时,碰撞速度随碰撞角增大近似直线增大,碰撞角大于50°时,碰撞速度趋于平稳。碰撞角相同时,低密度颗粒的速度减小量大于高密度级颗粒的速度减小量。颗粒距气泡较远时,颗粒速度、径向速度和切向速度较为平稳,随颗粒与气泡间距离不断减小,颗粒速度和径向速度迅速下降,径向速度几乎减小至0,切向速度缓慢上升。(7)气泡“赤道”位置处颗粒速度随密度的增大而增大,颗粒速度减小比例随煤样密度增大而减小。煤样密度较小时,气泡“赤道”位置处颗粒速度减小比例相差不大,煤样密度较大时,气泡“赤道”位置处颗粒速度减小比例较小。(8)煤颗粒和气泡的碰撞位置会影响黏附,黏附效率随碰撞角的增大而减小。碰撞角相同时,静水黏附角随煤样密度级和粒级的增大而减小。煤样密度级较小时,粗、细粒级煤样的静水黏附角差别不大,煤样密度级较大时,细粒级煤样的静水黏附角大于粗粒级煤样的静水黏附角。(9)煤样静水黏附角随SDS溶液浓度增大而减小,随CTAB溶液浓度的增大先增大后减小。粗粒级煤样与细粒级煤样之间静水黏附角的差值随SDS溶液浓度增大逐渐减小,气泡表面疏水性对黏附性能的影响占主导地位。溶液环境为CTAB溶液时,细粒级煤样静水黏附角的增量大于粗粒级煤样静水黏附角的增量。(10)SDS无法有效吸附在煤颗粒表面,SDS吸附在气泡表面会降低煤颗粒与气泡的黏附效率。CTAB会在静电力作用下吸附在煤颗粒表面,增强煤颗粒表面疏水性。CTAB用量过大时会在煤颗粒表面形成双层吸附,减小煤样的静水黏附角。CTAB吸附在气泡表面会降低气泡表面的疏水性,减小煤样的静水黏附角。
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