浮选气-液-固三相泡沫空间运输特性研究

The quality of flotation froth can mainly reflect the flotation equipment performance. While the grade and recovery of concentrate are directly depended on whether the froth can be recovered efficient and timely. Currently, as the insufficient understanding on the spatial transportation characteristics of flotation froth, it’s difficult to control the residence time of flotation froth, which will limit the overall improvement of flotation equipment performance. In the process of crossing two phase interface and transportation, the features of flotation froth as gas-liquid-solid three-phase coupling body is different from gas-liquid two-phase bubble. The project intends to combine multi-methods, such as theoretical research, computer simulation and experiment to conduct the research. Starting with the initial of forth formatted, the forth initial apparent features, transportation path and bubble flow rate will be analyzed. The dynamically partition on froth transportation and the transformation mechanism in each froth transportation partition will be established. A forth transportation model relating time, which is based on the strong-coupling relationship between multi-parameters will be presented. And a comprehensive appraisal system of flotation performance reflects the effect that the froth transportation acts on the flotation performance will be summarized. The research aims to reveal the rule of the froth spatial transportation, optimize the design of forth tank structure, and furthermore, promote the overall performance of flotation equipment.

浮选泡沫作为浮选设备性能的直接体现，能否高效及时的回收将直接影响精矿品位和回收率。目前，由于对浮选泡沫空间运输特性认识不足，导致泡沫驻留时间难于控制，严重制约着我国浮选设备性能的整体提升。浮选泡沫作为气-液-固三相的耦合体在穿越二相界面和运输过程中具有不同于气-液二相气泡的特殊性。本课题拟采用理论研究、计算机仿真及实验研究相结合的方法，从泡沫初始形成条件入手，研究泡沫初始表观特征、运输路径及速度变化规律，建立浮选泡沫运输动态分区及各分区的相互转化机制，构建多参数强耦合作用下的泡沫运输时间模型，形成泡沫运输时间对浮选性能影响的综合评价体系。本课题的研究对揭示浮选泡沫空间运输特性规律，优化泡沫槽结构设计以及浮选设备性能的进一步提升具有重要的理论意义和实际应用价值。

浮选机矿浆相理论研究日趋完善推动着浮选机的快速发展，但作为浮选机选别工艺指标直接体现的三相泡沫研究理论相对薄弱，泡沫生成过程矿物颗粒的脱落机制、三相泡沫的运输过程对浮选指标的影响规律并不明确，使得承载泡沫相的泡沫槽结构设计和操作中对泡沫相的调控大多依据经验进行，极大的影响着浮选机性能的进一步提升，亟需进行理论突破。项目采用理论分析，研究明确了穿越矿浆-泡沫相界面前矿化气泡表观特征的变化规律及取值的波动范围，以此为基础利用CFD仿真方法，通过自定义的三个表征参数定量分析了不同大小及负载气泡穿越相界面时引起的界面波动响应，发现气泡越小穿越相界面过程中界面波动越平缓，而气泡越大负载越小穿越过程界面波动频率越慢，通过分析振动方程，得出矿化气泡在没有突破相界面前引起的界面振荡、气泡自身变形振荡及界面回落带来的振荡是气泡负载颗粒脱落的主要影响因素，也通过实验验证了这一结论。对浮选机泡沫槽配置进行分析研究，确立了泡沫运输过程的环形和扇形两类基本分区，利用CFD仿真方法研究了泡沫槽结构参数和浮选机操作参数变化对泡沫运输过程的影响，得出推泡板倾角在不同浮选作业时的建议取值及溢流堰倾角的最佳取值；得到泡沫层厚度及三种充气速率分布条件下的泡沫运输速度和路径的变化特点，以此为基础提出了泡沫运输过程的动态分区准则。建立了泡沫运输时间模型，采用现场和实验室实验相结合的方法得到了操作参数对泡沫运输时间的影响规律和泡沫运输时间及泡沫槽结构参数对浮选品位及回收率的影响规律；依据运输时间模型建立了泡沫槽结构参数优化设计模型，并应用到实际中，得到在精矿品位基本一致的条件下，优化泡沫槽后回收率提高了2.57个百分点，浮选机性能提升效果显著。课题组很好的完成了任务书中规定的研究内容，取得的研究成果对完善浮选装备泡沫相理论，精细化泡沫相调控和优化泡沫槽设计具有重要的指导意义。