【摘要】：顆粒-氣泡間液膜薄化破裂過(guò)程是顆粒-氣泡粘附的關(guān)鍵過(guò)程。誘導(dǎo)時(shí)間表示在浮選過(guò)程中,將顆粒粘附在氣泡上所需的液膜薄化破裂時(shí)間。目前,誘導(dǎo)時(shí)間的測(cè)量主要使用Glemobtsky方法,該方法主要針對(duì)靜態(tài)顆粒床層,但是在浮選過(guò)程中,所有的顆粒都處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài),因此使用Glemobtsky方法進(jìn)行的誘導(dǎo)時(shí)間測(cè)量并不能完全代表浮選中的顆粒-氣泡粘附相互作用。同時(shí),由于存在大量氣泡和顆粒,很難采用高速攝像頭確定浮選槽中的顆粒-氣泡粘附過(guò)程的臨界接觸時(shí)間。因此,采用基本的浮選模型成為研究顆粒-氣泡在浮選中臨界接觸時(shí)間的重要手段。此外,疏水力作為顆粒-氣泡粘附過(guò)程的重要驅(qū)動(dòng)力,其來(lái)源和大小仍不明確,盡管采用原子力顯微鏡(AFM)等手段能夠?qū)κ杷鸵耗け』^(guò)程進(jìn)行測(cè)量,但是在待測(cè)顆粒高度非規(guī)則的條件下,顆粒-氣泡相互作用過(guò)程中疏水力的測(cè)定是非常困難的。碰撞后氣泡和黃鐵礦顆粒之間的粘附相互作用模型可以為浮選過(guò)程中顆粒-氣泡礦化過(guò)程提供新的理論視角。論文首先通過(guò)對(duì)黃鐵礦純礦物樣品進(jìn)行微浮選試驗(yàn),得到了不同化學(xué)條件下黃鐵礦的浮選回收率和浮選時(shí)間的關(guān)系,并用經(jīng)典一階動(dòng)力學(xué)模型:R=R_∞??1-exp(-kt)??對(duì)不同條件下浮選回收率與時(shí)間的變化關(guān)系和浮選速率常數(shù)進(jìn)行了擬合,結(jié)果表明,經(jīng)典一階動(dòng)力學(xué)模型能夠很好的擬合黃鐵礦在黃藥溶液中的浮選動(dòng)力學(xué)(R~20.99)。基于CCD高速動(dòng)態(tài)相機(jī)測(cè)量了氣泡圖像,利用圖像分析軟件(Image-Pro Plus 6.0,Media Cybernetics)對(duì)氣泡圖像進(jìn)行分析,得到了Finch-Dobby模型中的關(guān)鍵參數(shù):氣泡大小和氣泡上升速度。利用Finch-Dobby模型給出了顆粒-氣泡表面在不同流態(tài)下(勢(shì)流,中間流和斯托克斯流)的相互作用以及浮選回收速率常數(shù)和浮選概率的函數(shù)關(guān)系,給出了流動(dòng)和非流動(dòng)氣泡表面的臨界接觸時(shí)間計(jì)算通式。試驗(yàn)結(jié)果表明,氣泡的雷諾數(shù)為80.16,適用于勢(shì)流模型,對(duì)于流動(dòng)氣泡和非流動(dòng)氣泡表面,浮選速率和臨界接觸時(shí)間的函數(shù)關(guān)系均為指數(shù)衰減關(guān)系(R~2=0.9999)。結(jié)合浮選速率試驗(yàn)結(jié)果,可以計(jì)算得到顆粒-氣泡間的臨界接觸時(shí)間。流動(dòng)氣泡表面的臨界接觸時(shí)間趨向于低于非流動(dòng)氣泡表面的臨界接觸時(shí)間,而當(dāng)顆粒粒度越小,顆粒的沉降速度V_s越小,流動(dòng)氣泡和非流動(dòng)氣泡的結(jié)果相接近�；陬w粒-氣泡的碰撞效率,考慮了顆粒粒度對(duì)浮選概率的影響(碰撞半徑),推導(dǎo)了顆粒-氣泡不同流態(tài)下相互作用的一階速率常數(shù)方程:=kβπ(U_b+BV_s)N_1 N _2P/N_1。該模型可以結(jié)合經(jīng)典Finch-Dobby模型對(duì)不同流態(tài)下的氣泡-顆粒相互作用以及流動(dòng)和非流動(dòng)氣泡表面的臨界接觸時(shí)間進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算結(jié)果表明,浮選速率和臨界接觸時(shí)間的函數(shù)關(guān)系為指數(shù)衰減關(guān)系(R~2=0.9999)。結(jié)合浮選速率試驗(yàn)結(jié)果,可以得到顆粒-氣泡間的臨界接觸時(shí)間。對(duì)于經(jīng)典Finch-Dobby模型,浮選概率與顆粒粒度無(wú)關(guān),而基于顆粒-氣泡碰撞效率的一階速率方程加入了顆粒粒度對(duì)浮選概率的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,在試驗(yàn)粒度范圍內(nèi)(從-75+38μm到-212+150μm),隨著顆粒粒度的增加,新模型的結(jié)果接近于Finch-Dobby模型。通過(guò)CCD高速動(dòng)態(tài)相機(jī),探索了顆粒在移動(dòng)氣泡表面的滑移過(guò)程及其影響因素。通過(guò)CCD高速動(dòng)態(tài)相機(jī)研究了不同初始碰撞角,礦漿pH值、捕收劑用量和顆粒粒度下黃鐵礦顆粒在氣泡表面滑動(dòng)的滑動(dòng)過(guò)程,并記錄了滑動(dòng)時(shí)間,探索了溶液化學(xué)環(huán)境對(duì)黃鐵礦顆粒在氣泡表面滑動(dòng)過(guò)程的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,初始碰撞角、pH值、黃藥濃度和顆粒粒度均顯著影響黃鐵礦顆粒在氣泡表面的滑動(dòng)過(guò)程,滑動(dòng)時(shí)間可以采用下式估計(jì):t_(sl)=β_1(p H)~(β2)(C_P _(AX))~(β3)(D _P)~(β4),其中β1,β2,β_3和β_4系數(shù)是碰撞角θ_r的函數(shù)。當(dāng)碰撞角θ_r在0~o和90~o之間時(shí),系數(shù)β_2和β_4為正值,而系數(shù)β_3為負(fù)值,表明滑動(dòng)時(shí)間與礦漿pH和D_p呈正相關(guān)關(guān)系,而與黃藥濃度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。實(shí)驗(yàn)和計(jì)算的滑動(dòng)時(shí)間取得了很好的一致性,平均相對(duì)誤差為2.18%。該關(guān)聯(lián)式具有很強(qiáng)的非線性,可用于較大范圍的滑動(dòng)時(shí)間預(yù)測(cè),便于更好地理解黃鐵礦顆粒在滑動(dòng)相互作用過(guò)程中與氣泡的粘附相互作用。基于Glemobtsky方法的誘導(dǎo)時(shí)間試驗(yàn),綜合運(yùn)用Yoon理論和Stefan-Reynolds模型研究了氣泡和黃鐵礦顆粒間的液膜薄化過(guò)程,提出了黃鐵礦——黃藥體系疏水力常數(shù)(K_(132))的計(jì)算方法。應(yīng)用四階Runge-Kutta方法,求解了Stefan-Reynolds模型,得到了不同給定疏水力常數(shù)下水化膜薄化過(guò)程的時(shí)空演化規(guī)律,并結(jié)合Yoon理論確定的臨界水化膜厚度(h_(cr))和試驗(yàn)確定的誘導(dǎo)時(shí)間確定了氣泡與顆粒相互作用過(guò)程的關(guān)鍵參數(shù)——疏水力常數(shù)(K_(132))。探索了溶液化學(xué)條件對(duì)黃鐵礦-氣泡間水化膜薄化過(guò)程的影響,水化膜薄化過(guò)程中的關(guān)鍵參數(shù)如誘導(dǎo)時(shí)間,疏水力常數(shù),能壘和臨界水化膜厚度(h_(cr))可以采用下式估計(jì):Y=β_1(Co nc.)~(β2)(p H)~(β3),并采用系數(shù)消去法定量分析了溶液化學(xué)條件對(duì)水化膜薄化過(guò)程的影響,結(jié)果表明,溶液酸堿度是最顯著的變量(b(β_3=0)≥0.98)。黃鐵礦顆粒-氣泡在黃藥溶液中的水化膜薄化過(guò)程既取決于靜電雙層力,也取決于疏水力,液膜和膠體力對(duì)氣泡-顆粒間的吸附作用具有重要的影響。探索了通過(guò)改變浮選溶液化學(xué)環(huán)境改善煤炭浮選脫硫的可行性。探索了抑制劑對(duì)煤炭-黃鐵礦浮選體系中的改善效果,試驗(yàn)結(jié)果表明,在黃藥捕收劑下,淀粉抑制劑對(duì)黃鐵礦和煤的抑制作用具有明顯的差異,且該差異隨著黃藥濃度的增加而增加。采用紫外可見(jiàn)光譜和zeta電位分析了黃藥在煤樣和黃鐵礦表面的吸附特性,采用溶液消耗法確定了黃藥在黃鐵礦/煤顆粒表面的吸附密度,結(jié)果表明,黃藥在煤表面的吸附量遠(yuǎn)低于在黃鐵礦表面的吸附量,同時(shí),黃藥在黃鐵礦表面的吸附量隨溶液pH的增加而減少,而黃藥在煤表面的吸附量幾乎與溶液pH無(wú)關(guān),此外,黃鐵礦樣品的超聲波脫泥處理有利于大量減少黃藥在浮選過(guò)程中的藥劑消耗。通過(guò)XPS對(duì)煤樣的官能團(tuán)進(jìn)行分析,確定了兩種煤樣的親水性系數(shù)HA,結(jié)果表明,在淀粉抑制劑存在條件下,煤表面親水性差異對(duì)黃鐵礦浮選結(jié)果無(wú)明顯影響。黃鐵礦在煤中浮選過(guò)程相應(yīng)參數(shù)如臨界接觸時(shí)間,粘附概率,臨界碰撞角,浮選回收率和浮選速率常數(shù)可以采用下式估計(jì):Y=β_1(Co nc.)~(β2)(p H)~(β3)(H A)~(β4)(D _p)~(β5),并對(duì)溶液化學(xué)條件對(duì)黃鐵礦在煤中浮選行為的影響進(jìn)行了顯著性分析,結(jié)果表明:在抑制劑存在的條件下,溶液酸堿度和粒度是黃鐵礦在煤中的浮選過(guò)程最顯著的變量,而煤樣表面的親疏水性對(duì)黃鐵礦在煤中浮選行為沒(méi)有顯著影響。該論文有圖86幅,表31個(gè),參考文獻(xiàn)202篇。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TD923;TD951
【圖文】：

鐵礦顆粒-氣泡間的碰撞粘附過(guò)程研究。通過(guò)黃鐵礦顆粒-氣泡的微浮選試選速率常數(shù)（k），并結(jié)合 Finch-Dobby 理論/基于碰撞效率的一階速率方顆粒進(jìn)入泡沫產(chǎn)品的總概率（P）和浮選速率常數(shù)（k）之間關(guān)系，擬合礦顆粒-氣泡間的臨界接觸時(shí)間。鐵礦顆粒在氣泡表面的滑移過(guò)程研究。通過(guò) CCD 高速動(dòng)態(tài)相機(jī)，在不同研究黃鐵礦顆粒在氣泡表面的滑移過(guò)程特性。鐵礦顆粒-氣泡間的水化膜薄化過(guò)程研究。在黃鐵礦顆粒-氣泡間誘導(dǎo)時(shí)間礎(chǔ)上，通過(guò) Yoon 理論及 Stefan-Reynolds 水化膜時(shí)空演化方程，擬合粒-氣泡間水化膜薄化過(guò)程的關(guān)鍵參數(shù)-疏水力常數(shù)（K132）。過(guò)改變浮選溶液化學(xué)環(huán)境改善煤炭浮選脫硫的可行性研究。通過(guò) XPS, SE XRD, Uv-Visible spectrum，zeta potential 等手段對(duì)不同煤階的表面特性，探索通過(guò)改變浮選溶液化學(xué)環(huán)境改善煤炭浮選脫硫的可行性。術(shù)路線（Technical Route）

而顆粒的慣性和重力共同作用將顆粒顆粒流體流線并朝向氣泡的上表面移動(dòng)。顆粒接近氣泡的示意圖如圖2-1 所示。x 和 y 方向的運(yùn)動(dòng)方程是** **=S +xk x xdvu vdt（2-1）( )** * **=S + yk p y ydvu u udt（2-2）其中左邊項(xiàng)是慣性項(xiàng)。Sk是斯托克斯數(shù)，由下式給出21S9ρρ = p pk bl bdRed（2-3）圖 2-1 顆粒接近氣泡的示意圖。x、y 和 r 坐標(biāo)是無(wú)量綱的；在氣泡表面 r2=x2+y2=lFigure 2-1 Illustration of a particle approaching a gas bubble. x, y and r coordinates aredimensionless; at the bubble surface r2=x2+y2=l式中，vx，y*和 ux，y*分別是顆粒和液相的速度（x 或 y 方向的分速度），up*是顆粒的沉降末速，所有這些參數(shù)都是通過(guò)除以氣泡上升速度，ub，得到的無(wú)量綱參數(shù)。t*是乘以（ub/db）得到的無(wú)量綱時(shí)間。假設(shè) Stokes 方程成立

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本文編號(hào)：2731066