流体力场对微细粒黑钨矿疏水聚团浮选的强化作用研究

In order to solve the problem that ultra-fine wolframite is difficult to be collected, a technique that strengthens the hydrophobic aggregation flotation of ultra-fine wolframite by fluid force field is presented. The interaction between hydrophobic mineral particles, the hydrophobic aggregating behavior of ultra-fine wolframite in different fluid force fields, the fluid characters of the liquid-solid flow in the agitator bath, and the inter-particle hydrodynamic balance in the fluid field will be systemically studied through the surface analysis, the inter-particle interaction calculation, atomic force microscopy, and the simulation of fluid force field. The formation and rupture mechanism of hydrophobic aggregation of the ultra-fine wolframite will be obtained. Moreover, the collision probability model between the particles and the matching model between the fluid force field and the hydrophobic aggregation of ultra-fine wolframite will be established. Therefore, the flotation theory based on fluid force enhancing hydrophobic aggregation of ultra-fine wolframite will be developed. At the same time, a highly efficient agitation device will be developed and optimized to achieve the efficient utilization of ultra-fine wolframite. Summarily, the study will enrich the theory of hydrophobic aggregation flotation of ultra-fine mineral particles.

针对微细粒黑钨矿难以捕收的问题，本项目提出了流体力场强化微细粒黑钨矿疏水聚团浮选的技术手段，采用表面性质检测、颗粒间相互作用能计算、原子力显微镜分析、流体力场模拟等主要方法，系统研究诱导疏水矿物颗粒间相互作用力、微细粒黑钨矿在不同流体力场中疏水聚团行为、搅拌槽内液固两相流态特性、流体力场中颗粒间力学平衡关系，揭示微细粒黑钨矿疏水聚团的形成和破坏机制，建立颗粒间的碰撞粘附概率模型、流体力场与微细粒黑钨矿疏水聚团间的合理匹配关系模型。在此基础上，形成基于流体力场强化疏水聚团浮选的理论体系，研制和优化搅拌调浆装置，实现微细粒黑钨矿的高效捕收。本项目的研究结果将丰富微细粒矿物的疏水聚团浮选理论。

钨是国家重要的战略资源，随着我国经济的高速发展，易选好选黑钨矿资源被大量消耗，黑钨细泥成为了回收钨资源的重要研究对象。疏水聚团分选方法形成的聚团具有高选择性、结构致密、聚团疏水和过程可逆等独特优点，对于处理细粒难选矿产资源具有潜在的应用价值。在疏水聚团过程中，选择合适的流场特征对疏水聚团的粒径大小、结构稳定性以及聚团动力学至关重要。因此，本项目针对流体力场对疏水聚团过程的影响和作用机制方面进行了系统研究。首先认识了辛基羟肟酸和油酸钠诱导疏水体系中微细粒黑钨矿表面性质和捕收剂吸附机制，从微观力学角度解释了微细矿物颗粒间的相互作用关系和聚集/分散行为，确定了外界机械能输入（流体力场提供）促进疏水聚团形成的关键调控因素。其次，对比研究了单层桨无挡板、单层桨有挡板、双层桨无挡板和双层桨有挡板四种搅拌槽流体力场对微细粒黑钨矿疏水聚团行为的影响，认识到在机械搅拌作用下一定程度范围内湍流强度增大有利于微细粒黑钨矿形成有效聚团；搅拌装置增加挡板且使用双层搅拌桨，有利于形成粒径大且结构稳定的疏水聚团。再者，通过CFD流体力学数值模拟，分析明确了疏水聚团与流场特征之间的关联机制，疏水聚团表观粒径大小与湍动能覆盖面积直接相关，湍动能覆盖越大，形成的聚团越大；搅拌槽内增加挡板和使用双层搅拌桨，有利于增加搅拌槽内区域湍动能覆盖面积，增大颗粒间碰撞黏附概率，增加颗粒间有效碰撞次数，有利于疏水聚团的形成。最后，基于本项目的研究成果，实验室试验验证了疏水聚团强化分选黑钨矿细泥的方案是行之有效的，疏水聚团增大了微细粒黑钨矿的表观粒径，保证了浮选和磁选过程的有效分选。本项目研究结果建立了微细颗粒疏水聚团与流场流态特征间的匹配关系，为选择调浆装置强化微细粒矿物疏水聚团过程提供技术支撑。本项目所形成的工艺流程方案对回收细泥中的钨资源，保证我国钨业的可持续发展意义重大，也为其他细粒金属矿的高效回收提供技术借鉴和参考。