微泡浮選柱的設(shè)計(jì)

微泡浮選柱的設(shè)計(jì)摘要隨著近幾年煤炭資源的開(kāi)發(fā)和利用不斷加深以及重介旋流選礦器的廣泛應(yīng)用，入浮煤泥中難選細(xì)粒煤泥比例增大，微細(xì)粒級(jí)（—0.074mm）含量不斷增加，其浮選過(guò)程中存在高灰細(xì)泥污染精煤，浮選精煤灰分不達(dá)標(biāo)。對(duì)細(xì)粒煤泥分選而言，常規(guī)旋流微泡浮選柱雖然具有突出優(yōu)勢(shì)，但是也存在許多問(wèn)題，浮選柱在礦化時(shí)存在礦化效率不高、耗藥量大、柱體過(guò)高等問(wèn)題，同時(shí)對(duì)一般煤種的適應(yīng)性也有待改善。為改善上述問(wèn)題本文結(jié)合傳統(tǒng)機(jī)械攪拌式浮選機(jī)和FCMC提出一種強(qiáng)離心力場(chǎng)粗選，泡沫精選的浮選裝置，可降低精煤灰分，提高精煤產(chǎn)率，增大處理量。本裝置主要采用切線入料在礦漿進(jìn)入浮選柱時(shí)就產(chǎn)生離心力實(shí)現(xiàn)粗選，在裝置下部的中礦循環(huán)系統(tǒng)對(duì)未浮選凈的礦漿進(jìn)行二次浮選，浮選裝置內(nèi)部底端的葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生主旋形成旋流進(jìn)行浮選。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：普通浮選柱選出的精煤灰分比浮選機(jī)低，但產(chǎn)率較低，是因?yàn)楦∵x柱對(duì)細(xì)顆粒煤的處理能力比浮選機(jī)強(qiáng)，但質(zhì)量好的同時(shí)遺漏了部分精煤。而微泡浮選裝置，相對(duì)于浮選機(jī)和普通浮選柱來(lái)說(shuō)，不僅精煤灰分低，產(chǎn)率也高，是因?yàn)閺?qiáng)離心力場(chǎng)粗選泡沫精選，提高了精煤質(zhì)量，降低了灰分，中礦掃選將遺漏的精煤回收，保證了產(chǎn)率。關(guān)鍵詞：微泡浮選柱，微細(xì)粒級(jí)，分選效果，高灰煤泥THEDESIGNOFTHEMICROBUBBLEFLOTATIONCOLUMNABSTRACTAsinrecentyearsthedevelopmentandutilizationofcoalresourcesanddeepeningheavymediumcyclonebeneficiationiswidelyused,andthefloatingslimerefractorylargerproportionoffinecoal,micro-fineparticles(-0.074mm)contentcontinuestoincreaseitsflotationinthepresenceofhigh-ashfinemudcontaminatedcoal,coalashflotationofnon-compliance.Forfinecoalseparation,conventionalcyclonemicrobubbleflotationcolumn,whilehavingoutstandingadvantages,buttherearemanyproblems,thepresenceofmineralizationflotationcolumnefficiencyisnothigh,theconsumptionoflargeamountofdrugs,thecylinderduringmineralizationtoohighandotherissues,whilethegeneralcoaladaptabilityalsobeimproved.InordertoimprovetheseproblemsCombiningtraditionalmechanicalflotationmachineandFCMCproposedaspiralFieldroughing,frothflotationdeviceselectioncanreducetheashcontentandimprovethecleancoalyield,increasingtheamountofprocessing.Thisdevicemainlywhentangentialfeedingpulpintotheflotationcolumninroughingproducescentrifugalforce,inthelowerpartofthedeviceinthecirculatorysystemoftheminedidnotflotationpulpforinternalbottomofthenetsecondaryflotation,flotationdeviceofimpellerrotationgeneratingamainhelixformationflotationcyclone.Theresultsshowthat:thegeneralelectionofcoalashflotationcolumnflotationmachinethanthelow,butloweryieldsbecauseofthefineparticlesofcoalflotationcolumnprocessingcapabilitythantheflotationmachine,butthequalityisgoodwhilemissingsomecoal.Thespiralmicrobubbleflotationdevice,asopposedtoordinaryflotationcolumnflotationmachine,notonlylowashcoal,theyieldishigh,becausethespiralroughingbubbleforcefieldselection,improvecoalqualityandlowertheash,theminewillbemissedscavengingcoalrecovery,guaranteedyield.KEYWORDS:spiralmicrobubbleflotationcolumn,micro-fineparticles,separationefficiency,highashcoalslurry目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要 IABSTRACT II1、緒論 11.1煤炭在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中的地位 11.2煤炭洗選的必要性 21.3國(guó)內(nèi)外選煤技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 21.4浮選柱分類及其特點(diǎn) 41.5浮選參數(shù)對(duì)浮選效果的影響 51.5.1捕收劑 51.5.2起泡劑 51.5.3入料濃度 51.6國(guó)內(nèi)外研究應(yīng)用現(xiàn)狀 51.6.1研究應(yīng)用現(xiàn)狀分析 51.6.2將來(lái)的發(fā)展趨勢(shì) 61.7近年來(lái)浮選柱的發(fā)展及其優(yōu)缺點(diǎn) 71.7.1傳統(tǒng)浮選柱 71.7.2CPT浮選柱 71.7.3Jameson浮選柱 81.7.4旋流微泡浮選柱 91.7.5各種浮選柱的優(yōu)缺點(diǎn) 92、本文研究的內(nèi)容 112.1裝置的提出 112.2試驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì) 113、實(shí)驗(yàn)裝置的構(gòu)建 133.1旋流選礦的原理 133.2泡沫選礦原理 144、設(shè)計(jì)方案 164.1裝置設(shè)計(jì)方案 164.2內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 174.2.1葉輪設(shè)計(jì) 174.2.2氣泡發(fā)生器 175、試驗(yàn)煤樣的分析 195.1原煤分析 195.2煤樣準(zhǔn)備 215.3粒度分析 215.4礦物組成分析 215.5潤(rùn)濕性分析 225.6實(shí)驗(yàn)總結(jié) 236、可浮性實(shí)驗(yàn) 257、微泡浮選柱試驗(yàn)研究 278、結(jié)論與展望 298.1試驗(yàn)結(jié)論 298.2試驗(yàn)展望 291、緒論1.1煤炭在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中的地位煤炭是我國(guó)的主要能源，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展不可缺少的物資基礎(chǔ)。長(zhǎng)期以來(lái)煤炭在一次能源消費(fèi)中的比重一直維持在70%左右，而世界平均能源結(jié)構(gòu)為煤炭占28.4%，石油占35.8%，天然氣占23.7%，可再生能源占12.1%。我國(guó)煤炭資源占化石能源資源總量遠(yuǎn)大于石油和天然氣資源量，這一條件決定了我國(guó)以煤炭為主的一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)難以改變。我國(guó)煤炭資源豐富,煤炭資源分布面積約60多萬(wàn)平方公里，占國(guó)土面積的6%。根據(jù)第三次全國(guó)煤炭資源預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)，全國(guó)煤炭資源總量5.57萬(wàn)億噸，煤炭資源潛力巨大，煤炭資源總量居世界第一。已查明資源中精查資源量?jī)H占25%，詳查資源僅占17%。探明儲(chǔ)量達(dá)到10202億噸。其中可開(kāi)采儲(chǔ)量1891億噸，占18%，人均占有量?jī)H145噸，低于世界平均水平。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，工業(yè)各部門尤其是電力部門對(duì)煤炭需求量持續(xù)增加，我國(guó)煤炭生產(chǎn)將繼續(xù)增長(zhǎng)[1]?！笆晃濉逼陂g，中國(guó)煤炭產(chǎn)能大幅提升，產(chǎn)量繼續(xù)增加，價(jià)格市場(chǎng)化機(jī)制逐步建立，一些主要產(chǎn)煤大省資源整合、兼并重組取得階段性成效，相繼組建了一批區(qū)域性大型煤炭企業(yè)集團(tuán)，形成了煤電、煤化等上下游產(chǎn)業(yè)一體化發(fā)展格局。2011年，我國(guó)煤炭經(jīng)濟(jì)運(yùn)行總體保持平穩(wěn)，煤炭需求旺盛，供給總量增加，市場(chǎng)供需基本平衡。2011年全國(guó)原煤產(chǎn)量35.2億噸，同比增長(zhǎng)8.7%；大型企業(yè)煤炭產(chǎn)量保持較快增長(zhǎng)，達(dá)21.8億噸。全年進(jìn)口煤炭1.82億噸，同比增長(zhǎng)10.8%；出口煤炭1466萬(wàn)噸，下降23%[2]。2012年中國(guó)煤炭產(chǎn)量36.6億噸，比上年增長(zhǎng)4%左右，增速同比回落4.7個(gè)百分點(diǎn)。2012年1季度全國(guó)煤炭產(chǎn)量累計(jì)完成86100萬(wàn)噸，同比增加5474萬(wàn)噸，增長(zhǎng)5.6%。其中國(guó)有重點(diǎn)煤礦產(chǎn)量累計(jì)完成49528萬(wàn)噸，同比增加2849萬(wàn)噸，上升6.1%[3]。今后，隨著煤電一體化經(jīng)營(yíng)和煤電一體化企業(yè)的發(fā)展，煤電一體化在提供終端能源的數(shù)量、工業(yè)增加值、銷售收入和利潤(rùn)稅收，以及資產(chǎn)總額方面，都將占有更高的比例。為了改善環(huán)境質(zhì)量，預(yù)測(cè)到2020年我國(guó)煤炭用于發(fā)電的比例達(dá)到80%及以上，電力在終端能源消費(fèi)中的比例將由目前的42%增加到70%[4]。我國(guó)可替代煤炭的能源資源品種雖多，當(dāng)前水能、核能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等會(huì)有較快發(fā)展，但受資源、成本、并網(wǎng)等多方面的制約。煤炭依然是我國(guó)最可靠的能源。從全球的角度看，隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和對(duì)能源需求的增加，煤炭的生產(chǎn)和消費(fèi)呈上升趨勢(shì)，世界煤炭產(chǎn)量和消費(fèi)量將持續(xù)增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)2020年，煤炭在我國(guó)一次性能源生產(chǎn)和消費(fèi)中占60%左右；到2050年，我國(guó)的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)在一次性能源消耗的比例仍大于50%，煤炭將是我國(guó)未來(lái)幾十年的主要能源[5]。1.2煤炭洗選的必要性從煤炭的煤炭點(diǎn)選擇符合用戶質(zhì)量要求的過(guò)程中，它是清潔煤技術(shù)的來(lái)源和基礎(chǔ)，提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，在煤炭工業(yè)生產(chǎn)。選煤廠不僅可以合理利用煤炭資源，節(jié)約資源，減少不必要的浪費(fèi)，而且還可以減少煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)對(duì)環(huán)境的影響，對(duì)我國(guó)建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)，走可持續(xù)發(fā)展道路具有重要意義[6]。具體有以下幾點(diǎn)：（1）提高煤的質(zhì)量，減少燃煤污染物的排放煤炭洗選可脫除煤中50%～80%的灰分、30%～40%的全硫(或60%～80%的無(wú)機(jī)硫)，燃用洗選煤可有效減少煙塵、SO2和NOx的排放，入洗1億t動(dòng)力煤一般可減排60－70萬(wàn)tSO2，去除矸石16Mt。（2）提高煤炭利用效率，節(jié)約能源煤質(zhì)改善，將大大提高煤炭利用效率。一些研究表明，煉焦煤的灰分降低1%，高爐焦比降低2.66%，高爐利用系數(shù)提高3.99%；使用無(wú)煙煤節(jié)能20%洗滌生產(chǎn)合成氨；每增加1%的功率的灰分、熱值下降200～360J/g，每個(gè)電力標(biāo)準(zhǔn)煤耗程度增加25g；鍋爐和工業(yè)爐窯燃燒水洗煤，熱效率可提高3%～8%[7]；（3）優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力煤炭的發(fā)展有利于煤炭產(chǎn)品的單一結(jié)構(gòu)，低質(zhì)量的品種和高品質(zhì)，產(chǎn)品，以實(shí)現(xiàn)質(zhì)量的發(fā)展。中國(guó)的煤炭消費(fèi)量更多的用戶，煤炭的質(zhì)量和各種要求不斷增加[7]。一些城市，要求煤炭硫分小于0.5%，灰分小于10%，如果煤炭制備的發(fā)展不能滿足市場(chǎng)的需求。（4）減少?gòu)U物的能力由于中國(guó)的產(chǎn)煤地區(qū)遠(yuǎn)離煤炭，經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)的地區(qū)，煤炭、長(zhǎng)距離量，煤的平均距離約600公里，清洗后可除去大量雜質(zhì)煤，每入洗100Mt原煤，可節(jié)省運(yùn)力9600Mt.km[8]。1.3國(guó)內(nèi)外選煤技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，煤炭仍然是世界和我國(guó)的主要能源之一，由“五個(gè)第十二年計(jì)劃”期間，中國(guó)的煤炭產(chǎn)量預(yù)計(jì)將達(dá)到3800萬(wàn)噸以上，大量煤炭需要清洗和處理；另一方面，由于小儲(chǔ)備的焦煤，也有供應(yīng)緊張的焦炭。2008，中國(guó)的焦炭生產(chǎn)噸，占世界焦炭產(chǎn)量的60%，鋼鐵工業(yè)占87%的消費(fèi)，化工消費(fèi)占7.3%。隨著鋼鐵工業(yè)和化學(xué)工業(yè)的快速發(fā)展，將不可避免地導(dǎo)致焦炭供應(yīng)緊張的情況，雖然中國(guó)的煤炭?jī)?chǔ)量豐富，但在焦炭焦煤生產(chǎn)，脂肪煤，煤炭?jī)?chǔ)量較少，大部分煤炭屬于動(dòng)力煤，焦煤，煤炭資源，比例不高，高質(zhì)量的煉焦煤儲(chǔ)量少。中國(guó)的煉焦煤儲(chǔ)量約占中國(guó)煉焦煤儲(chǔ)量的24%，天然氣煤和煤僅占13%，相當(dāng)一部分的焦煤屬于高灰分和高硫，難以選擇。因此，煤炭制備技術(shù)的發(fā)展，大力提高洗滌容量，提高分選效率和分選精度，以最大限度地回收煤炭資源具有十分重要的意義[9]。（1）選煤設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)外大型選煤廠，其入選能力往往是多個(gè)分選系統(tǒng)的組合或多個(gè)廠、車間的入選能力的總量?！笆濉逼陂g，為了適應(yīng)大量煤炭洗選加工的需要，要研究符合中國(guó)煤質(zhì)特點(diǎn)的、具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的單系統(tǒng)1000萬(wàn)t/a特大型動(dòng)力煤選煤廠成套技術(shù)和關(guān)鍵裝備、單系統(tǒng)600萬(wàn)t/a特大型煉焦煤選煤廠成套技術(shù)和關(guān)鍵裝備及其配套通用的關(guān)鍵設(shè)備,為建設(shè)真正的大型選煤廠創(chuàng)造技術(shù)條件,并提高設(shè)備的可靠性、處理能力,改進(jìn)工藝參數(shù),滿足特大型選煤廠建設(shè)的需要。需要研發(fā)的設(shè)備主要有小時(shí)處理能力1000～1200t、入選上限>150mm的特大型三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器；小時(shí)處理能900～1000t、入料粒度為300－13mm的大型高效重介質(zhì)淺槽分選機(jī)；小時(shí)處理能力>500t、入料粒度為350－25mm的大型動(dòng)篩跳汰機(jī)；小時(shí)處理能力為2000t、入料粒度為325－25mm的大型動(dòng)力煤跳汰機(jī)；小時(shí)處理礦漿能力1500～2500cm3的大型浮選機(jī)；小時(shí)處理能力80～120t的大型沉降過(guò)濾式離心脫水機(jī)；小時(shí)處理能力300～450t的大型末煤離心脫水機(jī)；小時(shí)處理能力60～150t的大型全自動(dòng)快開(kāi)壓濾機(jī)；小時(shí)處理能力400cm3的大型高效磁選機(jī)等。此外，還要開(kāi)發(fā)運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、處理能力大的選煤廠輔助設(shè)備以及智能化的自動(dòng)控制系統(tǒng),從而提高原煤的洗選能力[10]。(2)選煤工藝、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)以工藝創(chuàng)新為基礎(chǔ)，研究和探索選煤新工藝，提高分選的精度，開(kāi)發(fā)高效分選系統(tǒng)；開(kāi)發(fā)高穩(wěn)定性的重介懸浮液循環(huán)系統(tǒng)，為分選過(guò)程創(chuàng)造條件；利用動(dòng)力變頻和熱力學(xué)調(diào)控技術(shù)，開(kāi)發(fā)流體壓力調(diào)控系統(tǒng)，設(shè)計(jì)合理的分選環(huán)境；開(kāi)發(fā)高精度重介分選密度控制系統(tǒng)，確保精確的分選工藝參數(shù)；利用現(xiàn)有的檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)，開(kāi)發(fā)基于分選理論的工藝參數(shù)閉環(huán)控制系統(tǒng)等。對(duì)于難選的煉焦煤，為了提高精煤產(chǎn)率，需要開(kāi)發(fā)給予中煤釋放的二次分選工藝及中煤破碎關(guān)鍵技術(shù)。例如開(kāi)灤集團(tuán)與中國(guó)礦業(yè)大學(xué)共同承擔(dān)的國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目基于浮選中煤煤巖解離的兩段式磨浮工藝分選技術(shù)、基于煤泥可浮性特征變化的兩段式浮選過(guò)程設(shè)計(jì)等，可解決多年來(lái)困擾選煤生產(chǎn)的塊煤分選效率低，煤泥分選效率差、回收率低以及精煤產(chǎn)品灰分高的難題，將大大改善我國(guó)煤炭分選的現(xiàn)狀，最大限度地回收和利用煤炭資源。此外，新技術(shù)的推廣及應(yīng)用，還可有效緩解煤炭洗選過(guò)程對(duì)環(huán)境的污染[11]。1.4浮選柱分類及其特點(diǎn)浮選柱，是將壓縮空氣透過(guò)多孔介質(zhì)（充氣器）對(duì)礦漿進(jìn)行充氣和攪拌的充氣式浮選機(jī)，有微泡逆流浮選柱和微泡射流浮選柱等類型。浮選柱為細(xì)長(zhǎng)筒形構(gòu)造，一半柱高9～15m，直徑0.5～3.0m，斷面多為圓形也有少部分為矩形。直徑在2m以上的浮選柱，在柱體內(nèi)部研軸向安裝整流板。礦漿在柱體2/3高的位置給入柱內(nèi)。另一側(cè)，通過(guò)柱體的氣泡發(fā)生器經(jīng)底部導(dǎo)入空氣產(chǎn)生氣泡。同時(shí)，為了提高泡沫產(chǎn)品的品味增大產(chǎn)率，在泡沫槽上部設(shè)置水沖洗裝置。礦漿沿柱體向下移動(dòng)與底部上升的氣泡逆流接觸，疏水性礦粒附著在氣泡上（此為捕收區(qū)），于是隨氣泡上升至泡沫槽中，經(jīng)水沖洗精選成為精礦（精選區(qū)）。未在氣泡上附著的礦粒則為礦漿尾礦從柱體底部排除[12]。與其他浮選設(shè)備相比,浮選柱具有很多優(yōu)點(diǎn),概括起來(lái)主要有:(1)泡沫層厚度,氣泡大小和數(shù)量等調(diào)節(jié)方便;(2)浮選效率高,作業(yè)次數(shù)和循環(huán)礦量少,流程簡(jiǎn)化;(3)礦粒與氣泡逆流接觸,降低了氣泡群的上升速度,適于細(xì)粒礦物的回收;(4)設(shè)備簡(jiǎn)單,占地面積小,節(jié)省了基建投資;(5)能耗低,藥劑用量比傳統(tǒng)浮選機(jī)少,節(jié)省了生產(chǎn)成本。浮選柱分類：（1）按照礦漿與氣泡運(yùn)動(dòng)的方向：柱式分選設(shè)備可分為：逆流式、同流式和逆流-同流混合式。逆流浮選柱的入料口通常在柱體的上部，從柱體的下部排出尾礦，空氣分別從中上部給入，如俄羅斯Gintsvetmet學(xué)院開(kāi)發(fā)的浮選柱；同流式浮選柱的入料、空氣和尾礦皆從柱體底部實(shí)現(xiàn)，如J.B.Rubinstein等研制的帶隔板攪拌式浮選柱；逆流-同流混合式浮選柱則是同向給入礦漿和部分空氣，柱體給入另一部分空氣，或者通過(guò)循環(huán)礦漿由底部給入，而入料從柱體上部給入，如射流式浮選柱[13]。（2）按槽體劃分：柱式分選設(shè)備可分為單槽柱和多槽柱。而其單槽柱應(yīng)用較為廣泛；多槽柱如俄羅斯IOTT設(shè)計(jì)的多槽浮選柱，這種浮選柱可以在降低柱體高度的前提下延長(zhǎng)顆粒在浮選柱內(nèi)停留的時(shí)間，以此提高精礦的產(chǎn)率。（3）按柱體高度劃分：浮選柱可以分為高柱型和矮柱型。高柱型如加拿大Boutin浮選柱、Flotaire浮選柱、波蘭KFP浮選柱、Leeds浮選柱、MTU充填式浮選柱、電浮選柱和磁選浮選柱等；矮體浮選柱如全泡沫浮選柱、Wemco/Leeds浮選柱、旋流浮選柱（美國(guó)）、Jameson浮選柱、LHJ浮選柱（北京科技大學(xué)）和旋流-靜態(tài)微泡浮選柱（FCSMC）（4）按氣泡發(fā)生器劃分。浮選柱可分為內(nèi)部充氣型和外部充氣型[14]。1.5浮選參數(shù)對(duì)浮選效果的影響1.5.1捕收劑捕收劑是改變礦物表面的疏水性，使浮選的礦石顆粒在氣泡上粘附于浮選劑。集熱器對(duì)礦物表面的影響主要是物理吸附、化學(xué)吸附和表面化學(xué)反應(yīng)。在一定濃度范圍內(nèi)，隨著濃度的增加，吸附能力隨濃度的增加而增大，浮選回收率顯著增加，但當(dāng)濃度達(dá)到一定值時(shí)。隨著濃度的增加和吸附量的增加，回收率會(huì)變小；收集劑濃度過(guò)高，吸附量將繼續(xù)增加，但浮選回收效率不提高，甚至?xí)陆?。因此，在浮選過(guò)程中要掌握捕收劑的用量，才能獲得最佳的投加量，才能達(dá)到最佳的效率[15]。1.5.2起泡劑浮選漿中氣泡的形成，主要依靠浮選設(shè)備中各種曝氣攪拌裝置，并對(duì)紙漿加入適量的發(fā)泡劑。發(fā)泡劑是一種表面活性劑，主要在氣水界面降低界面張力，使空氣中形成小氣泡，擴(kuò)大界面分離，保證氣泡上升形成一層泡沫。浮選過(guò)程中的發(fā)泡劑應(yīng)該是具有不同極性、極性、親水性和非極性親水性的有機(jī)物，使氣泡分子在氣水界面方向。大部分的發(fā)泡劑是表面活性劑，可大大降低水的表面張力。同一系列的有機(jī)表面活性劑表面活性按“三分之一”的規(guī)律遞增，即“特芳貝定則”。發(fā)泡劑應(yīng)具有適當(dāng)?shù)娜芙庑浴０l(fā)泡劑的溶解度可以很大程度地影響發(fā)泡劑的性能和氣泡形成的特性。例如：溶解性很高，大劑量的消耗會(huì)迅速產(chǎn)生大量氣泡，但不持久，當(dāng)太晚時(shí)溶解的溶解度太低，隨著泡沫的流失，氣泡速度慢且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，難以控制。因此，選擇合適的溶解性和增加發(fā)泡劑的濃度，是提高浮選效果的重要因素之一[16]。1.5.3入料濃度隨著投料濃度的增加，煤的產(chǎn)量先增大后減小，灰分含量逐漸增加。物料濃度過(guò)高，分選效果會(huì)下降。1.6國(guó)內(nèi)外研究應(yīng)用現(xiàn)狀自上個(gè)世紀(jì)80年代以來(lái)，浮選柱在分選技術(shù)方面取得了重大突破，一批批批新的浮選柱脫穎而出。在中國(guó)，有旋流靜態(tài)微泡浮選柱、充填式浮選柱，射流浮選柱浮選柱，在澳大利亞的詹姆森，在德國(guó)KHD浮選柱浮選柱，flotair在美國(guó)和VPI微泡浮選柱。在處理很好的礦石材料時(shí)，他們有一個(gè)常規(guī)的浮選機(jī)無(wú)法比擬的分離效果。在許多類型的浮選柱中，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的旋流靜態(tài)微泡浮選柱在國(guó)內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。1.6.1研究應(yīng)用現(xiàn)狀分析從幾十年國(guó)內(nèi)外浮選柱的研究現(xiàn)狀，浮選柱整體性能的新進(jìn)展如下：（1）該列的高度是減少：浮選柱高度從原來(lái)的十米到幾米。大浮選柱的高徑比逐漸減小，即使大型浮選柱高度在10米以下。在浮選柱分選時(shí)間短的過(guò)程中，近年來(lái)出現(xiàn)了許多類型的填料介質(zhì)和介質(zhì)層，解決了在堿性介質(zhì)中填充介質(zhì)容易堵塞的問(wèn)題，大大提高了分散穩(wěn)定性和鼓泡柱的流動(dòng)均勻性。（2）完善的填充方法：它們中的大部分都是由內(nèi)置的氣泡發(fā)生器所建，在上個(gè)世紀(jì)中很容易被堵塞。還有一小部分的改進(jìn)更先進(jìn)的內(nèi)置式，其發(fā)泡方式比較合理。旋渦泡沫產(chǎn)生器、文氏管氣泡發(fā)生器，靜電在線混合器，氣動(dòng)和液壓式充氣裝置，美國(guó)佛羅泰爾型泡沫發(fā)生器，加拿大CESL型泡沫發(fā)生器，CPT公司氣slamjet分散劑、超聲波氣體溶液發(fā)泡劑，噴泡沫發(fā)生器和空氣噴射式泡沫發(fā)生器。（3）礦化的多樣性：選擇性和分離效果大大提高。一直是傳統(tǒng)的逆流碰撞礦化模式的突破，以及旋轉(zhuǎn)流和管流礦化引入柱分離，形成了不同的礦化方式。裝置向著大型化、系列化發(fā)展，在入料和排除尾礦方式上也有了較大的改進(jìn)，數(shù)學(xué)模型與按比例放大方面卡戰(zhàn)的研究越來(lái)越深入，自動(dòng)控制的程度也越來(lái)越高[17]。1.6.2將來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)可以看出，浮選柱的結(jié)構(gòu)和形態(tài)有不同的進(jìn)展，但一般而言，它的出現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（1）氣泡發(fā)生器：基本上都由20世紀(jì)60～70年代易堵塞的內(nèi)置式的氣泡發(fā)生器發(fā)展為外置式。當(dāng)然，也有改進(jìn)與先進(jìn)的內(nèi)置類型相比。其發(fā)泡方式多，先進(jìn)合理。渦流氣泡發(fā)生器（TurboIR）、文氏管氣泡發(fā)生器，在線混合器、高效的氣動(dòng)式液壓氣動(dòng)、美國(guó)艦隊(duì)的憤怒型泡沫發(fā)生器，加拿大CESL型泡沫發(fā)生器，超聲波氣體溶液發(fā)泡裝置和空氣噴射式泡沫發(fā)生器等。（2）填充介質(zhì)：近年來(lái)，有許多類型的填充介質(zhì)和介質(zhì)床。漿體堵塞，柱狀漿流改善了氣泡分散性的穩(wěn)定性和均勻性。（3）柱高度：它減少了從原來(lái)的十米的幾米，高徑比大的浮選柱是逐漸降低的，即使浮選柱的大小基本上是10m高度。（4）浮選柱浮選時(shí)間越來(lái)越短，數(shù)學(xué)模擬和比例放大越來(lái)越深入地研究；自動(dòng)化控制程度越來(lái)越高；向著大型化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。1.7近年來(lái)浮選柱的發(fā)展及其優(yōu)缺點(diǎn)1.7.1傳統(tǒng)浮選柱圖1-1傳統(tǒng)浮選柱示意圖圖1-1為國(guó)內(nèi)常規(guī)浮選柱，圓柱，主體高6～7m。同一批制成的充氣微孔材料的底部，上到我的分配器和礦化實(shí)現(xiàn)均勻漿料顆粒的橫截面的身體變化過(guò)程與氣泡的碰撞會(huì)下降。與浮選機(jī)相比，顆粒與氣泡間的碰撞和粘附幾率明顯增大。氣浮區(qū)內(nèi)的紙漿的湍流度相對(duì)較低，氣泡中顆粒的疏水性粘附不易脫落。浮選柱在泡沫層中往往多達(dá)幾十厘米，2次富集效果顯著，可在泡沫層中注入強(qiáng)化水，通常一個(gè)粗選可獲得高質(zhì)量的精礦。如加拿大12～15m浮選柱的發(fā)展，這樣的浮選柱的特點(diǎn)是微孔隙和氣泡的逆流碰撞礦化顆粒正壓。該浮選柱在我國(guó)已有多年的應(yīng)用，具有良好的選擇性，可應(yīng)用于細(xì)顆粒材料，也是氣動(dòng)裝置推廣應(yīng)用的主要障礙。1.7.2CPT浮選柱由CPT（加拿大技術(shù)公司），核心是其空氣分布系統(tǒng)，共有四種類型，其中最新的是slamjet色散和色散sparjet。漿浮選藥劑，然后從列以下約1～2米的收入最高，在塔底是從外氣體分散的拆卸和維修柱安裝，氣體分散在微氣泡，在浮力的作用下自由上升，并在重力自由下落的果肉中的礦物顆粒，氣泡上升，集熱器面積接觸礦物顆粒下降，疏水性礦物顆粒被捕獲，附著于氣泡，使氣泡礦化。對(duì)礦化氣泡有用礦物顆粒負(fù)載繼續(xù)漂浮到選定的區(qū)域，并在柱體上形成了一百萬(wàn)泡沫層的厚度，層泡沫洗滌水清洗，被夾帶進(jìn)入的煤矸石顆粒泡沫層脫落的泡沫層，所以為得到較高的精礦品位。尾礦從柱底部排出，浮選柱保持在“正偏壓”條件下。其結(jié)構(gòu)如圖1-2:圖1-2CPT浮選柱1.7.3Jameson浮選柱Jameson浮選柱，其工作原理是將一個(gè)良好的試劑泥漿泵通過(guò)充電管進(jìn)入導(dǎo)管內(nèi)的混合頭，通過(guò)噴嘴形成的射流流動(dòng)，產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)，并吸入空氣氣泡，礦物顆粒在導(dǎo)管和氣泡碰撞礦化和下流從底部的導(dǎo)管進(jìn)入分離柱和礦化氣泡上升到一個(gè)塔身泡沫層的上部，沖洗清洗的水流量進(jìn)入濃縮槽，尾礦是通過(guò)底部的柱錐口排出。氣動(dòng)攪拌裝置是詹姆森浮選柱的關(guān)鍵部分。采用射流泵原理，將泥漿壓力能量由噴嘴在同一時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，在密封套管內(nèi)形成負(fù)壓，并由風(fēng)道吸入空氣。密封套，將噴氣量包氣成混合管，在高度湍流的流體中，將氣體分為氣泡和繼續(xù)和礦物顆粒的碰撞和附著，礦化[18]。分散的等效靜葉輪，垂直向下沿徑向均勻分散漿,結(jié)構(gòu)如下圖1-3。圖1-3Jameson浮選柱1.7.4旋流微泡浮選柱旋流微泡浮選柱是由中國(guó)礦業(yè)大學(xué)教授歐便，提出、設(shè)計(jì)思想和獲得的發(fā)明專利。這種浮選柱主要用于浮選和處理非金屬礦物，近年來(lái)已開(kāi)始選擇其他金屬的方向發(fā)展。旋流微泡浮選柱是離心力場(chǎng)浮選工藝，可以有效地提高精礦回收率，添加列在穩(wěn)流板減少的柱體高度、外部吸微泡發(fā)生器可以減少能源消耗。結(jié)構(gòu)圖如圖1-4：圖1-4旋流微泡浮選柱結(jié)構(gòu)及原理示意圖1.7.5各種浮選柱的優(yōu)缺點(diǎn)綜合近些年來(lái)浮選柱的發(fā)展趨勢(shì)，從最早期的傳統(tǒng)浮選柱到后來(lái)的Jameson浮選柱再到如今炙手可熱的旋流微泡浮選柱，總結(jié)其優(yōu)缺點(diǎn)如下：優(yōu)點(diǎn)與常規(guī)浮選機(jī)和短體射流浮選柱相比，新型浮選柱具有較大的成礦作用。常規(guī)浮選機(jī)與后礦化帶僅在轉(zhuǎn)子的高剪切帶內(nèi)，而新的浮選柱從進(jìn)料口到整個(gè)捕集區(qū)的口內(nèi)都是礦化帶，容積利用率高，每單位體積處理量大。用噴射器設(shè)計(jì)的原理，可以在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的穩(wěn)定氣泡。與傳統(tǒng)機(jī)械攪拌式浮選機(jī)相比，浮選柱的氣泡與紙漿成向相反方向移動(dòng)，兩者之間發(fā)生反向碰撞，礦化速率大，氣泡穩(wěn)定附著，礦化效率高。微泡數(shù)，分散度高，穩(wěn)定性高。大量的微氣泡上升緩慢，基本流動(dòng)處于層流狀態(tài)，這有助于形成氣泡和顆粒碰撞的良好條件，有助于提高浮選速度和回收率。缺點(diǎn)高濃度飼料浮選效果不穩(wěn)定。今天的選煤廠廣泛應(yīng)用于重介質(zhì)選煤技術(shù)，一些老的選煤廠也逐漸為重介質(zhì)選煤廠浮選過(guò)程的改變，導(dǎo)致進(jìn)料濃度對(duì)原60.00g/l提高約100.00g/l甚至更高。和浮選柱的濃度是由一定的要求，這是一般50.00g/l-80.00g/l，紙漿的濃度高，F(xiàn)CMC沒(méi)有發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，浮選效果不穩(wěn)定，煤，煤不能尾。旋流微泡在有限的作用下，高濃度泥漿。在高濃度的泥漿（有時(shí)甚至是普通的泥漿濃度會(huì)產(chǎn)生類似的情況），只有材料的噴射和微泡氣泡發(fā)生器產(chǎn)生的氣泡產(chǎn)生的渦流使氣缸內(nèi)的渦流位置旋流分離是不夠的。這將需要一個(gè)更大的功率，在進(jìn)料漿的時(shí)間，將不可避免地導(dǎo)致資源浪費(fèi)，但也產(chǎn)生了較大的另一個(gè)問(wèn)題，在圓筒體受到限制。柱結(jié)構(gòu)的大尺寸的限制。與管流礦化泡沫發(fā)生裝置的研究與開(kāi)發(fā)，以及旋流段力場(chǎng)的清除效果，比其他的FCMC低高度浮選柱，并根據(jù)減少工廠的基礎(chǔ)設(shè)施投資和管理、柱高度降低是一個(gè)趨勢(shì)。柱高度的降低，勢(shì)必會(huì)使柱的礦化面積減小，從而保證顆粒和氣泡的礦化作用，并不能減少礦化區(qū)。因此，由于浮選柱的高度不應(yīng)增大，故在柱徑方向。現(xiàn)在FCMC直徑中國(guó)礦業(yè)大學(xué)研究與發(fā)展也越來(lái)越大，5米的最大直徑已完成。直徑越大，也會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題：較大的直徑，氣泡和紙漿在汽缸徑向均勻分布程度低。同時(shí)，柱高、柱徑比降低，柱背混料現(xiàn)象比較強(qiáng)烈，不利于床的穩(wěn)定性，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。2、本文研究的內(nèi)容2.1裝置的提出隨著全球煤炭開(kāi)采機(jī)械設(shè)備的日益龐大，細(xì)顆粒在煤與細(xì)粒煤泥水處理中的比例越來(lái)越大，越來(lái)越難。處理細(xì)粒物料的最有效的方法之一是浮選，這取決于浮選機(jī)。目前，主要的浮選設(shè)備是浮選機(jī)和浮選柱。浮選機(jī)由于一個(gè)淺槽，槽內(nèi)湍流強(qiáng)度和泡沫層薄，微細(xì)粒煤泥的分選效果差，使浮選精煤灰分takadeShigesuke煤灰，造成“重介質(zhì)回流”現(xiàn)象更為嚴(yán)重；和浮選柱氣泡發(fā)生器產(chǎn)生依賴外部的微泡造影劑對(duì)微細(xì)粒煤泥浮選的粘附性，通過(guò)次生富集和沖洗水由于“夾帶”污染煤有一定效果，減緩，有利于提高浮選精礦的質(zhì)量，有效地彌補(bǔ)在浮選機(jī)存在的不足。但細(xì)粒浮選柱浮選是不全面的，當(dāng)進(jìn)料微細(xì)粒含量超過(guò)50%，煤泥可浮會(huì)使情況惡化，煤浮選柱分選將泥夾帶污染和高灰分含量，試劑消耗和增加成本。但目前大多數(shù)選煤廠浮選入料煤泥含量占分?jǐn)?shù)一般都在60%以上。因此，要解決浮選柱體過(guò)高，礦化效率不高，炸藥消耗過(guò)多，不符合要求[19]。在存在的礦化效率不高，消耗量大，柱太高，本文的設(shè)計(jì)提供了一種離心力場(chǎng)下，選擇泡沫浮選裝置，可以減少煤的灰分含量，提高精煤產(chǎn)率，提高處理能力。該裝置具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)明顯創(chuàng)新：利用切線的礦漿進(jìn)入浮選裝置，形成渦流，在葉輪浮選裝置底端的葉輪旋轉(zhuǎn)，上面的中礦循環(huán)清除，渦切向射流形成、浮泥三離心力場(chǎng)作用在分離根據(jù)密度不同，煤矸石顆粒的密度被扔到沿塔壁從出料口底部，粒子移動(dòng)到中間密度小氣泡的裝置，與旋渦運(yùn)動(dòng)到氣缸中心的氣泡發(fā)生器，和碰撞礦化顆粒密度小，疏水性好的部分用粘附在氣泡顆粒，氣泡上升到溢流堰，一小部分不能堅(jiān)持中等吸力式氣泡被選中，通過(guò)泵和射流氣泡發(fā)生器的裝置再泡沫浮選。研究了裝置的設(shè)計(jì)，研究了各種工藝參數(shù)對(duì)浮選效率的影響，并對(duì)精礦和尾礦中的灰分含量和精礦、尾礦的產(chǎn)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)和比較。2.2試驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)前人試驗(yàn)和研究方法的學(xué)習(xí)及自己參與實(shí)驗(yàn)的心得體會(huì)，結(jié)合本論文的研究?jī)?nèi)容，確定實(shí)驗(yàn)的技術(shù)路線如下：（1）實(shí)驗(yàn)前期準(zhǔn)備。根據(jù)研究方向的需求，選擇合適的煤樣，收集某些選煤廠的煤泥性質(zhì)資料，經(jīng)過(guò)分析，確定采用淮南望風(fēng)崗選煤廠的煤泥作為本論文的試驗(yàn)煤樣。（2）煤樣的準(zhǔn)備，將所采用的煤樣自然晾干，為保證浮選入料粒度滿足要求及入料性質(zhì)的均勻性，先隔粗，即晾干煤樣經(jīng)0.50mm篩分處理，將篩上物排掉；后混合均勻，即將篩下物進(jìn)行多次堆積，使其混合均勻。（3）煤樣的制取。對(duì)煤樣進(jìn)行縮分，依次制取待試驗(yàn)項(xiàng)所需煤樣。（4）煤樣性質(zhì)分析。首先進(jìn)行小篩分，得到原煤粒度組成，在進(jìn)行小浮沉，得到密度組成并由密度組成和粒度組成畫(huà)可選性曲線，分析煤的可選性；XRD分析礦物組成；接觸角試驗(yàn)，分析潤(rùn)濕性，初步判斷可浮性。（5）可浮性分析最佳參數(shù)試驗(yàn)：?jiǎn)卧∵x試驗(yàn)做捕收劑和起泡劑的最佳用量。浮選速度試驗(yàn)：?jiǎn)卧∵x試驗(yàn)，畫(huà)可浮性曲線。（6）三種浮選柱對(duì)比試驗(yàn)浮選完善指標(biāo)，浮選速度，處理量的對(duì)比。（7）試驗(yàn)結(jié)果分析。對(duì)每一次試驗(yàn)的浮選精煤和尾煤進(jìn)行灰度分析并計(jì)算產(chǎn)量，對(duì)比并得出最佳參數(shù)比。最后對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)分析。3、實(shí)驗(yàn)裝置的構(gòu)建3.1旋流選礦的原理旋流中固體顆粒受到的力主要包括離心力，液體阻力和軸向力。固體顆粒在旋流中隨著液體做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此顆粒所受離心力是：(1)式(1)表明，旋流中固體粒子所受離心力與顆粒的粒徑dp、密度ρp、所處位置r及其該位置的切向速度vpθ有關(guān)，其方向指向浮選柱筒壁。由于慣性離心力徑向傳遞的結(jié)果，導(dǎo)致繞旋流中心作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的固體顆粒在徑向方向上受到一向心浮力(該力阻礙顆粒向器壁運(yùn)動(dòng))。此向心浮力：(2)由式(2)可以看出，向心浮力與固體顆粒粒徑dp、固粒的切向速度vpθ、液相密度ρl有關(guān)。另外顆粒在離心力場(chǎng)中沿徑向還受到流體曳力Fd的作用:（3）式(3)表明，F(xiàn)d的大小受到徑向相對(duì)速度vb的影響。在徑向上，向心浮力和液體曳力構(gòu)成了液體阻力，其阻礙固體顆粒向浮選柱筒壁運(yùn)動(dòng)。由于固體顆粒與液體之間存在密度差，其相對(duì)于流體在重力方向上有作用力差。由于流體向下流動(dòng)，使顆粒受到了向下的軸向曳力Fzd、重力Fg和向上的液體浮力Fzb，粒子在外旋流中軸向合力△FWZ：△FWZ=Fzd+Fg–Fzb（4）其中，△FWZ方向和液體流動(dòng)方向相同(朝向底流口)。在浮泥中沿切線方向進(jìn)入浮選裝置，隨著底部的浮選裝置的葉輪旋轉(zhuǎn)，形成了主旋渦和氣泡發(fā)生器的切向燃燒，并通過(guò)離心力、液阻力和軸向力作用的離心力作用下的粘液顆粒的旋流。由于泥的顆粒密度和顆粒大小的不同，密度，顆粒大小的泥狀顆粒傾倒到旋流的邊緣，并沿氣缸壁的浮選柱向下；低密度和顆粒聚集的顆粒聚集在中心的浮選裝置。由于浮煤顆粒的粒徑很小，浮泥顆粒的分離主要是在顆粒密度的基礎(chǔ)上，所以旋流可以將產(chǎn)物的重量成功地分離出來(lái)。3.2泡沫選礦原理泡沫主要是靠碰撞接觸、粘附、礦化升浮、泡沫層形成多種機(jī)理綜合作用的結(jié)果。如圖所示：①接觸階段，礦粒在流動(dòng)的礦漿中與氣泡接近，并進(jìn)行碰撞接觸，如圖3-1。②粘著階段，礦粒與氣泡接觸后，表面疏水的礦粒和氣泡之間的水化層逐漸變薄、破裂、在氣、固、液三相之間形成三相接觸周邊，實(shí)現(xiàn)礦粒與氣泡的附著，如圖3-2。③升浮階段，附著了礦粒的氣泡（即礦化氣泡）互相之間形成礦粒氣泡的聯(lián)合體，在氣泡上浮力的作用下進(jìn)入泡沫層。④泡沫層形成階段，最后形成穩(wěn)定的泡沫層，并及時(shí)刮出。圖3-1氣泡礦化示意圖圖3-2礦化氣泡升浮示意圖在氣泡礦化過(guò)程中，表面疏水性粒子優(yōu)先粘附于氣泡，形成氣泡和顆粒的組合。它是很難堅(jiān)持的表面上的親水性顆粒上的氣泡，即使有可能會(huì)附著不強(qiáng)，在噴霧的噴霧組件將被清洗干凈。所以，空氣泡的礦化過(guò)程是有選擇性的，疏水性的濃縮物更容易附著在氣泡上，而親水性的煤矸石并沒(méi)有粘在一個(gè)泡泡中，即使有小顆粒的煤矸石的粘度對(duì)氣泡會(huì)被沖刷下來(lái)。因此，氣泡根據(jù)材料的表面性質(zhì)，精細(xì)分離的精細(xì)分離的成功[20]。4、設(shè)計(jì)方案4.1裝置設(shè)計(jì)方案如圖4-1所示，微泡浮選裝置主要部件包括：浮選柱柱體1、溢流堰10、噴淋組件11、葉輪5、電機(jī)6、軸4、吸漿斗9、泵8、氣泡發(fā)生器7。在所述的浮選裝置柱體上端設(shè)有入料口2和溢流堰10，下端設(shè)有底流口12，浮選柱柱體頂端設(shè)置噴淋組件11，軸4設(shè)置在浮選裝置柱體軸心處，軸4上連接有葉輪5，在軸4的另一端連接電機(jī)6，吸漿斗9與泵8用管道連接，泵8與氣泡發(fā)生器7連接。預(yù)處理的紙漿從入口到切線形成渦流，渦流后，在切向射流氣泡發(fā)生器和形成在葉輪的主渦的作用下，在旋流場(chǎng)粒子密度的作用下移動(dòng)到邊緣沿筒壁的作用下排出底流，尾煤，氣缸中心粒移向低濃度浮選裝置、泡沫發(fā)生器產(chǎn)生旋渦運(yùn)動(dòng)的中心柱氣泡、小顆粒濃縮浮選密度，疏水性礦物顆粒附著在氣泡上的浮子，溢流堰的泡沫，水噴霧組件清洗后礦化泡沫，高灰顆粒為了去除夾帶的泡沫，剩余流量從溢流堰，高品位的煤，小部分前和煤漿氣泡礦化吸通過(guò)桶提取。泵和射流氣泡發(fā)生器裝置，以避免氣泡浮選，集中損失，提高煤炭產(chǎn)量。圖4-1微泡浮選裝置結(jié)構(gòu)示意圖工作流程簡(jiǎn)介：①預(yù)處理中的進(jìn)料切進(jìn)切進(jìn)電機(jī)和清除泵，由于切向進(jìn)料口附近形成了離心力場(chǎng)，浮選柱底端設(shè)置了葉輪軸旋轉(zhuǎn)的旋力場(chǎng)，后氣泡發(fā)生器切向射流的離心力場(chǎng)，在三離心力場(chǎng)作用下，整個(gè)浮選裝置形成一個(gè)旋流在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下。②預(yù)處理后，從泵的進(jìn)料口處進(jìn)入浮選裝置，在三個(gè)旋渦力場(chǎng)作用下，通過(guò)離心力、液阻力和軸向力，根據(jù)顆粒密度的差異分離。密度的泥粒子拋向旋邊流動(dòng)，并沿筒壁的浮選柱向下，通過(guò)開(kāi)口的底部材料的收集和排出，顆粒密度聚集在中間的浮選柱。③氣泡發(fā)生器吸收漿液，由于自動(dòng)壓在空氣中呼吸，發(fā)泡劑、空氣、發(fā)泡劑和漿體混合在一起，通過(guò)擴(kuò)散管噴出的射流和氣泡。④在旋流中心密度小顆粒和氣泡的接觸，水化層之間的表面疏水性礦物顆粒和氣泡逐漸變薄，破碎，周圍的氣體，固體和液相，實(shí)現(xiàn)礦物顆粒和氣泡附件之間的三相接觸。氣泡在泡沫層中形成的礦化氣泡在氣泡作用下的作用。⑤一個(gè)噴霧組件噴水，由于不好的粘接疏水性顆粒不緊，沖了下來(lái)，倒回到了紙漿。疏水性顆粒在泡沫層表面富集。氣泡的體積也越來(lái)越多，最后的浮柱體的溢流溢流堰，流出的溢流堰底部的溢流堰。⑥小部分在煤附著在一個(gè)泡沫吸吸漿料斗，通過(guò)泵中礦礦漿輸送到泡沫發(fā)生器，最后切向射流浮選柱浮選。4.2內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案4.2.1葉輪設(shè)計(jì)浮選柱的底端設(shè)置有一個(gè)葉輪，該葉輪通過(guò)一個(gè)軸與電機(jī)連接。葉片是彎曲的，并在一定角度上的葉輪主體上設(shè)置。柱浮選起動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪產(chǎn)生旋渦旋流動(dòng)，浮選機(jī)中的顆粒在旋流場(chǎng)中的密度差分選，密度的粘液顆粒傾倒到旋流的邊緣和沿筒壁的浮選柱，從卸貨港收集，顆粒密度聚集中心的浮選柱[21]。圖4-2葉輪實(shí)物圖4.2.2氣泡發(fā)生器氣泡發(fā)生器是一個(gè)文氏管結(jié)構(gòu)，通過(guò)吸漿桶提取從噴嘴進(jìn)漿，以上由于壓力自動(dòng)呼吸空氣和發(fā)泡劑的吸收，通過(guò)管中空氣，發(fā)泡劑與紙漿混合在一起，擴(kuò)散管噴出的射流與氣泡。射流入口設(shè)置在切向上，在噴射進(jìn)入后形成旋流。氣泡產(chǎn)生的氣泡發(fā)生器與旋渦旋從邊緣的浮選柱的中心，小顆粒的濃度，疏水性顆粒粘附的氣泡，顆粒跟隨氣泡上升到氣泡面積。圖4-3氣泡發(fā)生器實(shí)物圖5、試驗(yàn)煤樣的分析5.1原煤分析對(duì)于此次進(jìn)行研究的煤樣需要對(duì)其進(jìn)行煤樣分析，在這里主要是對(duì)其進(jìn)行水分和灰分的研究。通過(guò)對(duì)進(jìn)行的分析試驗(yàn)，從而對(duì)煤樣的性質(zhì)得以進(jìn)一步的了解，方便對(duì)浮選試驗(yàn)的研究，得到浮選柱對(duì)其浮選效果。本次試驗(yàn)對(duì)水分的分析的試驗(yàn)步驟如下所示：（1）稱取粒度小于0.5mm分析試驗(yàn)煤樣4g左右放在事前已經(jīng)干燥并稱好質(zhì)量的稱量瓶?jī)?nèi)，要求精確至0.0001g，然后在稱量瓶?jī)?nèi)平攤好已經(jīng)稱好的試驗(yàn)煤樣。（2）在試驗(yàn)前需要將干燥箱事先鼓風(fēng)好并加熱到（105?110）℃。打開(kāi)稱量瓶并將其放入干燥箱中，并在1小時(shí)左右一直鼓風(fēng)。（3）干燥過(guò)后從干燥箱中拿出該稱量瓶并且立即蓋上稱量瓶蓋子，然后將其放入到干燥器中進(jìn)行冷卻，溫度降至室溫（約20分鐘左右）后再稱其重量。（4）進(jìn)行檢查性干燥，每次大概80分鐘，直到連續(xù)兩次干燥煤樣的質(zhì)量的減少量不超過(guò)0.0010g或者是質(zhì)量有所增加時(shí)為止。其中如果質(zhì)量有所增加，要用質(zhì)量增加的前一次稱量的質(zhì)量為計(jì)算的依據(jù)。當(dāng)水分小于2.00%時(shí)，就不需要在進(jìn)行檢查性干燥。其中分析試驗(yàn)煤樣的水分的計(jì)算公式如下：式中:Mad：一般分析試驗(yàn)煤樣的水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；m：稱取的一般分析試驗(yàn)煤樣的質(zhì)量，其單位為克（g）；m1：煤樣干燥后失去的質(zhì)量，其單位為克(g）。原煤煤樣水分分析的記錄表5-1如下所示：序號(hào)1234實(shí)驗(yàn)前分析煤樣重量/g4.124.194.204.27實(shí)驗(yàn)后煤樣重量/g3.924.004.014.12所測(cè)分析煤樣水分/%4.854.534.523.51水分平均值/%4.35表5-1分析原煤煤樣水分?jǐn)?shù)據(jù)灰分分析的試驗(yàn)步驟如下:（1）準(zhǔn)確地稱取1g左右的粒度小于0.5mm的一般分析試驗(yàn)煤樣，精確至0.0001g，并且放在質(zhì)量恒定和事先已經(jīng)灼燒好的灰皿中，然后將稱取的煤樣在灰皿中平攤放好。（2）將灰皿放入爐溫不超過(guò)100℃的馬弗爐恒溫區(qū)內(nèi)，然后關(guān)上爐門。開(kāi)啟電源，按下慢灰，啟動(dòng)，該馬弗爐會(huì)自動(dòng)在30分鐘內(nèi)升溫至500℃，接著保溫30分鐘，然后繼續(xù)加熱至815℃，用時(shí)大約依舊是30分鐘，并在此溫度下連續(xù)灼燒1小時(shí)。（3）從馬弗爐中取出灰皿放在耐熱瓷板上，自然冷卻5分鐘左右，再次將灰皿放入干燥器中冷卻至室溫后再稱量。（4）將灼燒好的煤樣在815℃下進(jìn)行檢查性灼燒，每次間隔時(shí)間為20分鐘，一直到連續(xù)兩次灼燒后的質(zhì)量變化不超過(guò)0.0010g為止，并且以最后一次灼燒后稱量的質(zhì)量為準(zhǔn)。分析試驗(yàn)煤樣的空氣干燥基灰分計(jì)算公式如下所示：式中:ABd：空氣干燥基的灰分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；m：稱取的分析試驗(yàn)煤樣的質(zhì)量，其單位為克(g);m1：灼燒后剩余殘留物的質(zhì)量，其單位為克(g)原煤煤樣的灰分分析的記錄表5-2如下所示：表5-2分析原煤煤樣灰分?jǐn)?shù)據(jù)序號(hào)123空灰皿質(zhì)量/g實(shí)驗(yàn)前煤樣質(zhì)量/g實(shí)驗(yàn)后煤樣質(zhì)量/g所測(cè)煤樣灰分/%灰分平均值/%17.07881.13060.354231.3219.14511.05690.376735.6434.7817.22061.11410.416337.37由分析原煤煤樣水分測(cè)定表5-1及分析原煤煤樣灰分測(cè)定表5-2可知，該試驗(yàn)煤樣的空氣于燥基水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為4.35％，空氣干燥基灰分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為34.78％,屬于中灰度煤。由此可以看出，煤泥樣品中灰度并不是很高，符合本次試驗(yàn)要求。其中灰分是煤炭的有害成分，它降低煤的發(fā)熱量，影響焦炭質(zhì)量。本實(shí)驗(yàn)研究微泡浮選柱對(duì)微細(xì)煤泥的有效浮選，該煤樣正好適合要求，初步判斷該試驗(yàn)用煤有益于后續(xù)研究。5.2煤樣準(zhǔn)備本實(shí)驗(yàn)用煤采自淮南望峰崗。煤樣的第一集自然晾干，以確保相同的性能和實(shí)驗(yàn)煤樣的客觀性，干燥煤樣四采樣煤樣充分混合均勻后裝入錐形壓成錐形，然后交叉框架為四析取對(duì)角兩又四采樣。重復(fù)三步得到干煤樣的混合物及其篩選。將由0.5mm篩分離處理煤樣干燥，篩上物料排出，以保證材質(zhì)均勻，將篩選的煤樣混合均勻后再重復(fù)，然后混合均勻的煤樣放入一個(gè)塑料桶，用保鮮膜密封保存，盡量減少煤樣之前在自然界的變化后。5.3粒度分析在制備好的煤樣中，根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《煤炭篩分試驗(yàn)方法》（GB/T477-2008）規(guī)定，分別使用0.45mm、0.30mm、0.125mm、0.074mm與0.045mm標(biāo)準(zhǔn)套篩對(duì)其制好的試驗(yàn)煤樣進(jìn)行粒度分析。結(jié)果如表5-3所示。表5-3篩分粒度組成表粒度級(jí)/mm質(zhì)量/g產(chǎn)率/%灰分/%累計(jì)產(chǎn)率/%累計(jì)灰分%0.5-0.42566.7533.4018.0433.4018.040.425-0.252.81.4013.2734.8017.840.25-0.1259.974.9914.5139.7917.430.125-0.07578.8239.4415.4879.2336.20-0.07541.520.7717.89100.00總計(jì)199.84100.00由表5-3篩分粒度組成表可以看出：①篩上物累積量成下降趨勢(shì)，而篩下物累積量成上升趨勢(shì)，由此可以說(shuō)明此試驗(yàn)煤樣中粗顆粒含量較多。②煤樣中主導(dǎo)粒級(jí)是0.125-0.075mm，占全樣產(chǎn)率的39.44%，<0.125mm的占全樣產(chǎn)率的60.21%，說(shuō)明煤樣中含有適中的微細(xì)顆粒。>0.425mm的占全樣產(chǎn)率的33.40%，粒度級(jí)差異較大。5.4礦物組成分析X-射線衍射分析是煤炭物相分析常用的方法?？梢愿鶕?jù)其測(cè)試結(jié)果來(lái)分析出煤樣組成，準(zhǔn)備好待測(cè)樣品磨至0.20mm進(jìn)行X-衍射分析。X-射線衍射儀型號(hào)：Bruker公司D8Advance型；工作條件：X射線管：電壓：40kV；電流：30mA；陽(yáng)極靶材料：Cu靶，Kɑ輻射；檢測(cè)器：柯林斯陣列探測(cè)器；測(cè)角儀半徑：250mm；狹縫系統(tǒng)：發(fā)散狹縫：0.60mm；防散射狹縫：8mm；Ni濾片濾除Cu-Kβ射線；檢測(cè)開(kāi)口：2.82°；入射側(cè)與衍射側(cè)的索拉狹縫均為2.50°；采樣：掃描速度：0.10sec/step；采樣間隔：0.01945?(step)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)分析方法，通過(guò)比對(duì)得出該煤樣的XRD測(cè)試譜圖如圖5-2所示。圖5-2煤樣X(jué)RD衍射圖譜由圖5-2可知，該試驗(yàn)煤樣中包含的主要礦物質(zhì)是石英，方解石和高嶺土，其中高嶺土含量最多，屬于粘土類礦物，在水中極易泥化。因此，煤樣中存在這類礦物不僅會(huì)導(dǎo)致浮選過(guò)程惡化，還會(huì)對(duì)精煤造成污染。所以通過(guò)浮選柱浮選此類煤時(shí)，要盡量減少泥質(zhì)粘土的夾帶對(duì)精煤的污染，并提高浮選中精煤的產(chǎn)量。5.5潤(rùn)濕性分析礦物潤(rùn)濕性是用來(lái)表征礦物表面被水潤(rùn)濕的程度，根據(jù)潤(rùn)濕性大小的不同可說(shuō)明浮選行為變化的過(guò)程。常采用測(cè)定接觸角θ的方法來(lái)判斷礦物表面潤(rùn)濕性的大小。在平衡狀態(tài)時(shí)，有Yong方程可知，接觸角θ越大，cosθ越小，這說(shuō)明礦物表面潤(rùn)濕性越小，可浮性越好，其中，潤(rùn)濕性=cosθ，可浮性=1-cosθ，由此可以通過(guò)測(cè)定礦物表面接觸角來(lái)評(píng)價(jià)礦物潤(rùn)濕性和可浮性。將0.2mm的煤樣在15Mpa的壓力下進(jìn)行壓片，其操作過(guò)程是先取出凹模與模墊，裝入已配置好的0.2mm的煤樣，約占凹模的1/2-2/3。加壓15Mpa，保壓2min左右后往下旋轉(zhuǎn)手柄。將模墊翻轉(zhuǎn)180度成凹面裝上，放在模托上，旋下手柄沖擊產(chǎn)品。產(chǎn)品即可落入凹模內(nèi)，即可得正圓形的壓片，按照壓片過(guò)程做三個(gè)壓片，標(biāo)號(hào)1,2,3。將制備好的待測(cè)樣品放入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行接觸角測(cè)量。其中測(cè)定儀是德國(guó)KRUSS公司的DSA100型光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x，其工作條件為：溫度：20℃～25℃；電源：220V/50～60Hz；測(cè)量范圍0～180°；相對(duì)濕度：40～65％RH；測(cè)量精度：0.10°。其測(cè)量結(jié)果如下表5-4所示：表5-4煤樣接觸角測(cè)定表該煤樣的接觸角測(cè)定圖像如圖5-3所示。圖5-3煤樣的接觸角測(cè)定圖樣通過(guò)測(cè)定結(jié)果可知，該煤樣的接觸角為62.05°。接觸角值較大，說(shuō)明該煤樣潤(rùn)濕性較小，去離子水滴在該煤樣表面不容易鋪展開(kāi)，從而可知，該煤樣在浮選過(guò)程中將表現(xiàn)出很強(qiáng)的疏水性，可浮性較好，要通過(guò)常規(guī)浮選的到低精煤比較容易，初步判定此煤樣可浮性為中等。5.6實(shí)驗(yàn)總結(jié)本節(jié)煤樣準(zhǔn)備階段首先將主要設(shè)備和儀器列出，然后詳細(xì)闡述實(shí)驗(yàn)煤樣的制備過(guò)程；再總結(jié)研究了實(shí)驗(yàn)煤樣的煤泥特性，包括實(shí)驗(yàn)煤樣的粒度及密度分析、礦物組成分析、潤(rùn)濕性分析、可浮性分析。主要結(jié)論：實(shí)驗(yàn)煤樣灰分為34.78%，煤樣主導(dǎo)粒級(jí)為0.125-0.075mm，屬于中灰煤泥。中間密度級(jí)含量大，可燃礦物和脈石礦物細(xì)微切緊密的嵌合在一起；主要礦物質(zhì)為高嶺土、方解石和石英，黏土類礦物質(zhì)高嶺土的含量較大，在水中極易泥化，會(huì)惡化浮選過(guò)程；煤樣的接觸角為62.05°，煤樣疏水性較強(qiáng)，可浮性較好，綜合判斷為易浮。6、可浮性實(shí)驗(yàn)參照GB/T4757-2001《煤粉（泥）實(shí)驗(yàn)室單元浮選試驗(yàn)方法》，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室具體的條件，此次論文中選取的捕收劑是煤油，其密度是0.85g/ml，起泡劑選取的是甲基異丙基甲醇（MIBC），其密度為0.8g/ml。以煤油和甲基異丙基甲醇為捕收劑和起泡劑進(jìn)行的浮選參數(shù)的選擇試驗(yàn)，主要研究的是捕收劑和起泡劑的藥劑用量比，在葉輪存在下無(wú)中礦循環(huán)系統(tǒng)，在中礦循環(huán)系統(tǒng)存在條件下而無(wú)葉輪以及既有葉輪存在又有中礦循環(huán)系統(tǒng)存在的條件下進(jìn)行浮選試驗(yàn)。其他參數(shù)按照國(guó)標(biāo)取固定值，如充氣量為0.25m3/min,葉輪轉(zhuǎn)速為1800r/min等等。為了方便對(duì)比分選效果，精煤產(chǎn)品的灰分指標(biāo)為10.50%。其過(guò)程中所需的試驗(yàn)煤樣和藥劑量的計(jì)算如下：（1）試驗(yàn)煤樣的計(jì)算：式中：：試驗(yàn)煤樣的質(zhì)量，g;:礦漿濃度,g/L;:試驗(yàn)煤樣空氣干燥基水分，%。藥劑量的計(jì)算：V=(W×q)÷(d×10＾6)式中：:加入藥劑的體積，mL；:藥劑單位消耗量，g/t；:藥劑密度，g/cm3。首先在礦漿濃度為100g/L，捕收劑和起泡劑的用量之比為10:1條件下，通過(guò)改變捕收劑和起泡劑的用量來(lái)進(jìn)行煤泥的初步探索試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果如下：表6-1藥劑初步探索試驗(yàn)結(jié)果柴油用量g/tMIBC用量g/t精煤產(chǎn)率%精煤灰分%尾煤產(chǎn)率%尾煤灰分%浮選完善指標(biāo)%6006033.7420.3376.7539.8128.498008040.6516.4753.7445.3954.16100010050.0211.0949.7163.7660.16120012050.2711.5149.4567.9759.89140014050.5712.0448.4767.9159.24由表6-1可知，隨著捕收劑和起泡劑用量的增加，精煤灰分呈現(xiàn)先降低后增大的趨勢(shì)，而精煤的產(chǎn)率呈增大趨勢(shì)；尾煤的灰分在逐漸增大，相比尾煤的產(chǎn)率逐漸減少；浮選完善指標(biāo)則呈現(xiàn)先增大后降低再增大的變化規(guī)律。分析其原因：對(duì)于不同粒級(jí)煤粒來(lái)說(shuō)其上浮速率不同，細(xì)顆粒由于浮游性較好，比粗顆粒上浮的快，而粗顆?；曳中∮诩?xì)顆粒，對(duì)于高含量高灰細(xì)顆粒級(jí)顆粒煤泥，在藥劑量用量不足時(shí)，細(xì)顆粒由于其表面積較大，會(huì)優(yōu)先吸附藥劑向上升浮，導(dǎo)致大量低灰粒粗顆粒因無(wú)藥劑協(xié)助而不能礦化，而損失于尾煤中，使得尾煤灰分偏低，精煤灰分較高，