旋流微泡浮选柱内三相流体力场模拟及稳态分选特性研究

针对重选工艺变革带来的浮选环节煤泥粒度变细、选择性差、传统浮选机浮选效果差的现状，迫切需要解决浮选柱大型化存在直径越大、柱内返混现象愈严重、气泡分散的均匀性及矿浆流场均布性越差而影响分离精度等关键科技问题。通过柱内三相流体力场分布观测、试验、数值模拟和理论分析，揭示流场分布规律；研究颗粒在旋流力场中的运动特性，建立基于旋流的颗粒动力学方程；研究浮选柱底部旋流场强紊流扰动与柱内充填阻尼特性、泡沫特性、气泡分散与微泡性能、气泡流态的变化、气含率分布规律等对柱内流场均布与稳态分选的影响规律。强化柱内部流场特性研究，实现微泡浮选柱分选基础理论的突破。为提高大型化浮选柱（大直径、低高度、大处理量）的分离精度提供理论基础，实现与大型重介选煤厂的浮选配套，彻底解决我国约占原煤25%~30%的微细粒粉煤的高精度分选难题，高效利用煤泥资源，提高企业经济效益和社会环境效益，具有重要的研究价值和推广前景。

煤炭机械化开采水平的提高和重选工艺变革导致浮选环节煤泥量增加，粒度变细、选择性变差，煤泥水浓度升高，传统浮选机分选效果变差。经过多年的研究开发与工程实践，旋流微泡浮选柱成为重介选煤工艺改革后细粒煤泥高效分选的设备。但旋流微泡浮选柱迫切需要解决适应入浮煤泥水浓度偏高和粗粒煤泥损失到尾煤的关键技术难题，以满足重介选煤厂的工艺配套。. 为满足高浓度煤泥水和粗粒煤泥柱式高效分选回收的需求，本项目对旋流微泡浮选柱内部结构、组合方式和工艺参数进行了大量试验，对高浓度煤泥水柱式高效分选和高效回收粗粒煤泥的强化分选机理、柱内流体动力学特性及分选流体力学稳定性进行了理论分析。在原有流微泡浮选柱模型基础上，构建了新型的预浮选式浮选柱和串联式浮选柱试验装置，完善了符合几何动力学原理的旋流微泡浮选柱模型机观测试验系统。高浓度煤泥水柱式稳态分选特性研究表明：串联式旋流微泡浮选柱系统处理高浓度煤泥水既保质又保量，效果优于传统单柱体浮选系统；发现了一段循环压力、二段循环压力和入料浓度与精煤灰分、产率和浮选完善指标的影响规律，为解决选煤厂高浓度煤泥水浮选问题和开发工业柱式串联系统提供了理论指导。旋流微泡浮选柱对粗颗粒煤泥的高效分选机理研究表明：与传统旋流微泡浮选柱和串联浮选柱相比，新型预浮选式旋流微泡浮选柱对粗颗粒煤泥回收效果最好，浮选完善指标最高，更能适应宽粒级、含粗颗粒煤泥的分选。研究了预浮选式旋流微泡浮选柱在不同预矿化压力、循环压力、入料浓度下分选宽粒级含粗颗粒煤泥的规律，填补了浮选柱粗颗粒浮选技术理论研究的空白。喷射式浮选柱与旋流微泡浮选柱串联处理高浓度煤泥水的试验研究表明：串联浮选工艺通过一段保质二段保量，有效缓解了浓度升高带来的负面影响，同时能有效改善粗粒煤分选效果，整体浮选效果好；分析了入料浓度、给料压力、循环压力等工艺参数对浮选效果的影响规律，丰富了柱式串联分选设备的选择和理论研究，可望推动工业柱式串联浮选工艺系统的开发。本项目丰富了浮选柱分选理论，为研究开发适应高浓度煤泥水浮选和粗颗粒浮选的大型高效浮选柱及先进的工艺流程提供了理论基础，对解决粉煤的高精度分选和稳态分选具有重要的研究价值和市场推广前景。