矿物浮选在旋流力场中分选的协同作用机理研究

旋流-静态微泡浮选柱中的内置旋流结构与水介质旋流器具有本质的不同，虽然取得了较好的分选效果，但对其内部流场及机理研究的研究未考虑背压条件及管流矿化环境，与实际分选过程存在较大偏差。本项目通过在一定背压条件下内置旋流分选中气泡、矿物颗粒的PIV研究，建立气泡及微细矿物颗粒在旋流场中扩散的动力学模型，并根据不同管流矿化环境、不同气含率变化时不同矿物分选体系中旋流分选的试验研究结果及矿物性质分析，结合单相PIV气泡、颗粒运动动力学模型建立矿物颗粒在三相旋流分选中的运动模型。这一研究不仅可以揭示背压条件下三相流体旋流分选的机理，具有重要的理论价值，而且通过矿物浮选在旋流分选中的协同作用的强化，进一步优化旋流分选结构，对于充气式旋流分选器等其它旋流分选设备的进一步开发与优化也具有普遍的指导意义，因而也具有重要的实用价值。

以旋流-静态微泡浮选柱为载体，通过对其内置旋流分选中气泡、矿物颗粒的PIV测试、流体动力学计算，及旋流力场下不同矿物颗粒运动规律的探索及矿物分选试验，揭示了旋流力场在旋流-静态微泡浮选柱分选过程中的物料比重与可浮性的协同作用机理。主要研究和结论包括：1）通过对旋流-静态微泡浮选柱内置旋流倒锥结构的PIV冷态流场测量和计算流体力学数值模拟，得到了旋流区域的流动特性和矿化特征。气、液两相的流动均以中速（小于1m/s）切向运动为主，气泡的向心集聚现象明显，锥下区域液相旋流向下运动，无气泡存在；分选作用以分离尾矿和浮选疏水性较粗粒级矿物为主，矿化方式上体现为切向矿化以及锥上区域的弱轴向逆流矿化。2）通过多相流体动力学分析，结合反应动力学，从理论上揭示了在其分选过程中的物料比重与可浮性的协同作用机理。由于切向速度的径向梯度较高，会促使疏水性矿粒与径向相邻气泡的切向速度差增大，发生碰撞，形成气泡-颗粒聚合体，当量比重大幅度降低，进而上浮得以回收，而非目的粗粒级矿物则此过程在离心力和重力作用下运动至边壁处下行排出，体现了物料比重和可浮性的协同，实现了旋流力场下的重选和浮选。3）通过在不充气、不加药条件下模拟的纯矿物以及混合矿物的分选实验，得到了矿物颗粒在不同旋流力场下的分布规律。矿物颗粒在离心力的作用下基本符合粗粒级矿物向半径较大处富集的规律。随着循环压力的增加，相同半径位置处，粗粒级石英或者磁铁矿粉的产率均增加，表明离心场强的增加对于粗粒级矿物的上浮是有利的，可以推测在充气条件下，粗粒级矿物与气泡发生碰撞的概率也会增加。4）通过真实矿物的旋流分选实践，验证了旋流力场的协同作用。使用只有旋流结构的分选设备，随循环量的增加，即旋流力场强度的增加，可浮性较好的粗颗粒占原煤中本粒级的累积产率逐渐增加，而灰分较高的细粒级矿物逐渐减小。表明，在旋流力场作用下，粗粒级目的矿物并没有因为其较高的重力而沉降，而是与气泡发生碰撞形成聚合体而得以上浮，并且随着旋流力场的增强，分选的粒度上限呈上升趋势，细粒级疏水性较差的矿物由于较高的离心力造成脱落得以分离出去，有效降低了精煤灰分。结合理论研究，体现了物料比重和可浮性的协同，实现了矿物分选在旋流力场下的分离、分选。这一研究具有重要的理论价值，对于充气式旋流分选器等其它旋流分选设备的开发与优化具有普遍的指导意义，因而也具有重要的实用价值。