【摘要】：常規浮(fu)(fu)選(xuan)(xuan)過(guo)程(cheng)中，礦(kuang)漿-泡(pao)(pao)沫相(xiang)(xiang)界面處由于(yu)存在(zai)(zai)(zai)強烈的(de)氣泡(pao)(pao)兼并(bing)(bing)，結果極(ji)易造成顆(ke)(ke)粒(li)脫(tuo)(tuo)附(fu)，導致浮(fu)(fu)選(xuan)(xuan)效(xiao)率降低。相(xiang)(xiang)關研究表明:大部分礦(kuang)物顆(ke)(ke)粒(li)的(de)脫(tuo)(tuo)附(fu)都(dou)發(fa)生在(zai)(zai)(zai)礦(kuang)漿-泡(pao)(pao)沫相(xiang)(xiang)界面處。鑒于(yu)此，本課題提(ti)出了基于(yu)兩相(xiang)(xiang)和三相(xiang)(xiang)泡(pao)(pao)沫特(te)性(xing)(xing)以(yi)及(ji)氣-液界面單顆(ke)(ke)粒(li)層中內嵌顆(ke)(ke)粒(li)運動規律的(de)泡(pao)(pao)沫相(xiang)(xiang)浮(fu)(fu)選(xuan)(xuan)研究，旨(zhi)在(zai)(zai)(zai)通過(guo)探索泡(pao)(pao)沫穩定性(xing)(xing)及(ji)氣-液界面顆(ke)(ke)粒(li)運動對泡(pao)(pao)沫相(xiang)(xiang)浮(fu)(fu)選(xuan)(xuan)的(de)影響機制(zhi)，為深入(ru)了解浮(fu)(fu)選(xuan)(xuan)過(guo)程(cheng)中的(de)氣泡(pao)(pao)兼并(bing)(bing)和顆(ke)(ke)粒(li)脫(tuo)(tuo)附(fu)過(guo)程(cheng)以(yi)及(ji)兩種(zhong)常見難浮(fu)(fu)煤泥(ni)的(de)高效(xiao)浮(fu)(fu)選(xuan)(xuan)提(ti)供理(li)論指(zhi)導和技術(shu)支撐。

首先(xian)，論(lun)(lun)文以泡(pao)(pao)(pao)沫(mo)(mo)的(de)穩定(ding)為(wei)出發點，分別從起(qi)(qi)泡(pao)(pao)(pao)劑、混(hun)合(he)起(qi)(qi)泡(pao)(pao)(pao)劑以及顆粒等三個(ge)角(jiao)度(du)對兩相和三相泡(pao)(pao)(pao)沫(mo)(mo)的(de)特性(xing)(xing)及其(qi)穩定(ding)性(xing)(xing)強(qiang)化(hua)進行研究。結(jie)果(guo)表(biao)明:起(qi)(qi)泡(pao)(pao)(pao)劑的(de)表(biao)面活性(xing)(xing)越(yue)(yue)大(da)，則(ze)起(qi)(qi)泡(pao)(pao)(pao)能力越(yue)(yue)強(qiang)、泡(pao)(pao)(pao)沫(mo)(mo)的(de)靜態穩定(ding)性(xing)(xing)越(yue)(yue)好(hao)、氣(qi)(qi)(qi)(qi)泡(pao)(pao)(pao)兼(jian)并(bing)(bing)時(shi)(shi)間(jian)越(yue)(yue)長、臨(lin)界(jie)兼(jian)并(bing)(bing)濃度(du)越(yue)(yue)低(di)。給出了醇(chun)類起(qi)(qi)泡(pao)(pao)(pao)劑和聚乙二醇(chun)類起(qi)(qi)泡(pao)(pao)(pao)劑各自(zi)適(shi)用的(de)臨(lin)界(jie)兼(jian)并(bing)(bing)濃度(du)和氣(qi)(qi)(qi)(qi)泡(pao)(pao)(pao)索(suo)特爾平均(jun)直徑理論(lun)(lun)計算方法(fa)，并(bing)(bing)證實(shi)了其(qi)可靠性(xing)(xing)。發現甲基異丁基甲醇(chun)(MIBC)和聚丙二醇(chun)(PPG425)的(de)混(hun)合(he)具有(you)一定(ding)的(de)協(xie)同(tong)(tong)效(xiao)應。強(qiang)疏水性(xing)(xing)顆粒穩定(ding)的(de)泡(pao)(pao)(pao)沫(mo)(mo)具有(you)最(zui)大(da)的(de)半衰期，中等疏水性(xing)(xing)顆粒穩定(ding)的(de)泡(pao)(pao)(pao)沫(mo)(mo)具有(you)最(zui)大(da)的(de)泡(pao)(pao)(pao)沫(mo)(mo)層(ceng)高度(du)，而低(di)疏水性(xing)(xing)顆粒對泡(pao)(pao)(pao)沫(mo)(mo)的(de)穩定(ding)性(xing)(xing)影響不大(da)。當(dang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)泡(pao)(pao)(pao)表(biao)面罩蓋有(you)顆粒后，氣(qi)(qi)(qi)(qi)泡(pao)(pao)(pao)的(de)兼(jian)并(bing)(bing)時(shi)(shi)間(jian)顯著(zhu)增加，同(tong)(tong)時(shi)(shi)氣(qi)(qi)(qi)(qi)泡(pao)(pao)(pao)兼(jian)并(bing)(bing)誘導的(de)界(jie)面震蕩(dang)運動(dong)強(qiang)度(du)明顯減弱(ruo)，震蕩(dang)時(shi)(shi)間(jian)縮短，分析認為(wei)這主要和氣(qi)(qi)(qi)(qi)泡(pao)(pao)(pao)表(biao)面顆粒的(de)阻尼效(xiao)應有(you)關。

其次(ci)，利用(yong)改進(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)Langmuir-Blodgett水(shui)(shui)槽，從(cong)微觀(guan)層(ceng)(ceng)面(mian)(mian)上考察氣(qi)(qi)-液(ye)(ye)界(jie)面(mian)(mian)單顆(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)層(ceng)(ceng)在(zai)壓(ya)(ya)縮和(he)(he)擴展(zhan)時(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)聚團(tuan)(tuan)(tuan)結構(gou)演化和(he)(he)重(zhong)組(zu)以(yi)及震(zhen)蕩時(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)內嵌顆(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)運動規律。結果表明:氣(qi)(qi)-液(ye)(ye)界(jie)面(mian)(mian)上的(de)(de)(de)(de)(de)顆(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)均(jun)(jun)以(yi)聚團(tuan)(tuan)(tuan)的(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)式存(cun)在(zai)。當(dang)單顆(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)層(ceng)(ceng)被壓(ya)(ya)縮時(shi)(shi)，界(jie)面(mian)(mian)顆(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)以(yi)聚團(tuan)(tuan)(tuan)旋(xuan)轉和(he)(he)孔隙坍塌的(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)式實現重(zhong)組(zu)，同(tong)時(shi)(shi)聚團(tuan)(tuan)(tuan)的(de)(de)(de)(de)(de)結構(gou)也逐漸由水(shui)(shui)平中間(jian)鏈和(he)(he)多“筏塊”結構(gou)向典型的(de)(de)(de)(de)(de)六(liu)角(jiao)密實和(he)(he)多層(ceng)(ceng)聚團(tuan)(tuan)(tuan)結構(gou)過渡。而當(dang)緊密壓(ya)(ya)縮的(de)(de)(de)(de)(de)單顆(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)層(ceng)(ceng)擴展(zhan)后，界(jie)面(mian)(mian)聚團(tuan)(tuan)(tuan)重(zhong)新分(fen)散，不(bu)過相比于壓(ya)(ya)縮前其分(fen)散更加均(jun)(jun)勻。氣(qi)(qi)泡與氣(qi)(qi)-液(ye)(ye)界(jie)面(mian)(mian)兼(jian)并可誘(you)導單顆(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)層(ceng)(ceng)產(chan)生(sheng)震(zhen)蕩，這時(shi)(shi)水(shui)(shui)平曳力(li)、慣性力(li)以(yi)及顆(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)相互(hu)作用(yong)力(li)共同(tong)決定著界(jie)面(mian)(mian)顆(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)的(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)組(zu)和(he)(he)運動行(xing)為(wei)。當(dang)無起泡劑存(cun)在(zai)時(shi)(shi)，氣(qi)(qi)-液(ye)(ye)界(jie)面(mian)(mian)上不(bu)同(tong)粒(li)度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)相鄰顆(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)具有相似的(de)(de)(de)(de)(de)瞬時(shi)(shi)速度(du)和(he)(he)均(jun)(jun)方(fang)位(wei)移(MSD)，同(tong)時(shi)(shi)隨(sui)著顆(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)表面(mian)(mian)疏水(shui)(shui)性和(he)(he)界(jie)面(mian)(mian)顆(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)覆蓋百分(fen)比的(de)(de)(de)(de)(de)提高(gao)以(yi)及氣(qi)(qi)泡尺寸和(he)(he)溶液(ye)(ye)pH值(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)降低，界(jie)面(mian)(mian)顆(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)的(de)(de)(de)(de)(de)瞬時(shi)(shi)速度(du)和(he)(he)MSD均(jun)(jun)減小。

當有(you)(you)起泡(pao)(pao)(pao)劑存在時，界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)的(de)(de)(de)運動得到強(qiang)化(hua)，不過隨(sui)著(zhu)正戊醇和(he)(he)PPG425濃度的(de)(de)(de)增(zeng)加(jia)，瞬時速(su)度和(he)(he)MSD表(biao)(biao)現(xian)出了完全(quan)不同的(de)(de)(de)變化(hua)規(gui)律(lv)，推(tui)測產生這種現(xian)象(xiang)的(de)(de)(de)原因(yin)(yin)主要是PPG425分(fen)子從(cong)溶(rong)液(ye)向固體顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)發(fa)生了遷移，并(bing)(bing)通(tong)過改(gai)變氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)-液(ye)界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)張力以及顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)疏(shu)水性的(de)(de)(de)大(da)小進一步影(ying)響界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)的(de)(de)(de)運動行(xing)為(wei)。然后，基于泡(pao)(pao)(pao)沫(mo)(mo)(mo)(mo)層中(zhong)顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)的(de)(de)(de)行(xing)為(wei)和(he)(he)受(shou)力分(fen)析揭示泡(pao)(pao)(pao)沫(mo)(mo)(mo)(mo)相(xiang)(xiang)(xiang)浮(fu)選(xuan)(xuan)的(de)(de)(de)過程，并(bing)(bing)以經典浮(fu)選(xuan)(xuan)理論為(wei)指導提出泡(pao)(pao)(pao)沫(mo)(mo)(mo)(mo)相(xiang)(xiang)(xiang)浮(fu)選(xuan)(xuan)的(de)(de)(de)回(hui)收率(lv)(lv)模型(xing)。研(yan)究表(biao)(biao)明(ming):泡(pao)(pao)(pao)沫(mo)(mo)(mo)(mo)相(xiang)(xiang)(xiang)浮(fu)選(xuan)(xuan)可(ke)看作(zuo)(zuo)是泡(pao)(pao)(pao)沫(mo)(mo)(mo)(mo)分(fen)選(xuan)(xuan)與(yu)常(chang)規(gui)浮(fu)選(xuan)(xuan)的(de)(de)(de)有(you)(you)效結(jie)合，浮(fu)選(xuan)(xuan)效率(lv)(lv)較高(gao)。顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)在泡(pao)(pao)(pao)沫(mo)(mo)(mo)(mo)層的(de)(de)(de)最頂端(duan)所(suo)受(shou)支撐力最大(da)，在礦(kuang)漿(jiang)(jiang)-泡(pao)(pao)(pao)沫(mo)(mo)(mo)(mo)相(xiang)(xiang)(xiang)界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)處(chu)所(suo)受(shou)支撐力達到第二(er)極大(da)值。泡(pao)(pao)(pao)沫(mo)(mo)(mo)(mo)相(xiang)(xiang)(xiang)-空氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)和(he)(he)礦(kuang)漿(jiang)(jiang)-泡(pao)(pao)(pao)沫(mo)(mo)(mo)(mo)相(xiang)(xiang)(xiang)界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)處(chu)各作(zuo)(zuo)用(yong)力大(da)小隨(sui)顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)粒(li)(li)(li)度的(de)(de)(de)變化(hua)規(gui)律(lv)顯示，細顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)容易(yi)在氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)泡(pao)(pao)(pao)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)形(xing)成罩(zhao)蓋，而粗顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)更容易(yi)在泡(pao)(pao)(pao)沫(mo)(mo)(mo)(mo)層中(zhong)實(shi)現(xian)回(hui)收。由于泡(pao)(pao)(pao)沫(mo)(mo)(mo)(mo)層中(zhong)顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)與(yu)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)泡(pao)(pao)(pao)的(de)(de)(de)碰撞(zhuang)概(gai)(gai)率(lv)(lv)接近100%，因(yin)(yin)此(ci)，泡(pao)(pao)(pao)沫(mo)(mo)(mo)(mo)相(xiang)(xiang)(xiang)浮(fu)選(xuan)(xuan)時顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)的(de)(de)(de)捕(bu)收概(gai)(gai)率(lv)(lv)主要和(he)(he)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)泡(pao)(pao)(pao)-顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)間的(de)(de)(de)粘附概(gai)(gai)率(lv)(lv)以及礦(kuang)化(hua)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)泡(pao)(pao)(pao)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)的(de)(de)(de)脫附概(gai)(gai)率(lv)(lv)有(you)(you)關。泡(pao)(pao)(pao)沫(mo)(mo)(mo)(mo)相(xiang)(xiang)(xiang)浮(fu)選(xuan)(xuan)的(de)(de)(de)回(hui)收率(lv)(lv)隨(sui)著(zhu)顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)在泡(pao)(pao)(pao)沫(mo)(mo)(mo)(mo)層中(zhong)停(ting)留(liu)時間的(de)(de)(de)增(zeng)加(jia)而降低。最后，在上述(shu)研(yan)究的(de)(de)(de)基礎上，開(kai)展粗粒(li)(li)(li)煤泥和(he)(he)氧化(hua)煤泥的(de)(de)(de)泡(pao)(pao)(pao)沫(mo)(mo)(mo)(mo)相(xiang)(xiang)(xiang)浮(fu)選(xuan)(xuan)應用(yong)研(yan)究。

結(jie)果(guo)(guo)表明:在(zai)相(xiang)(xiang)同的(de)(de)試(shi)(shi)驗(yan)條(tiao)(tiao)件(jian)下(xia)，粗粒(li)煤(mei)泥(ni)的(de)(de)泡(pao)(pao)沫相(xiang)(xiang)浮選相(xiang)(xiang)比于常(chang)規浮選可(ke)(ke)燃(ran)體(ti)回(hui)收(shou)(shou)率(lv)(lv)可(ke)(ke)提(ti)高(gao)(gao)11.6%，同時(shi)(shi)(shi)精(jing)煤(mei)灰分增加(jia)1.48%。當采用PPG425/仲辛醇混合起泡(pao)(pao)劑強化粗粒(li)煤(mei)泥(ni)的(de)(de)泡(pao)(pao)沫相(xiang)(xiang)浮選效果(guo)(guo)時(shi)(shi)(shi)，可(ke)(ke)燃(ran)體(ti)回(hui)收(shou)(shou)率(lv)(lv)提(ti)高(gao)(gao)9.34%，精(jing)煤(mei)灰分增加(jia)0.46%。而(er)當采用中等疏水性煤(mei)炭(tan)細顆(ke)粒(li)強化粗粒(li)煤(mei)泥(ni)的(de)(de)泡(pao)(pao)沫相(xiang)(xiang)浮選效果(guo)(guo)時(shi)(shi)(shi)，可(ke)(ke)燃(ran)體(ti)回(hui)收(shou)(shou)率(lv)(lv)提(ti)高(gao)(gao)6.27%，精(jing)煤(mei)灰分反而(er)降低0.58%。在(zai)相(xiang)(xiang)同的(de)(de)試(shi)(shi)驗(yan)條(tiao)(tiao)件(jian)下(xia)，氧化煤(mei)泥(ni)的(de)(de)泡(pao)(pao)沫相(xiang)(xiang)浮選相(xiang)(xiang)比于常(chang)規浮選可(ke)(ke)燃(ran)體(ti)回(hui)收(shou)(shou)率(lv)(lv)可(ke)(ke)提(ti)高(gao)(gao)22.25%，同時(shi)(shi)(shi)精(jing)煤(mei)灰分增加(jia)1.19%。利用BBD響應面法(fa)分析了四個常(chang)見操作(zuo)參數對(dui)(dui)精(jing)煤(mei)灰分和可(ke)(ke)燃(ran)體(ti)回(hui)收(shou)(shou)率(lv)(lv)的(de)(de)影(ying)響規律，發現(xian)沖(chong)洗水速率(lv)(lv)對(dui)(dui)精(jing)煤(mei)灰分的(de)(de)影(ying)響最(zui)大(da)，而(er)起泡(pao)(pao)劑濃度對(dui)(dui)可(ke)(ke)燃(ran)體(ti)回(hui)收(shou)(shou)率(lv)(lv)的(de)(de)影(ying)響最(zui)大(da)。

對氧化煤泥的(de)泡(pao)沫相浮選操(cao)作參數進行了優化，得到的(de)最佳試(shi)驗(yan)條件(jian)為:起泡(pao)劑(ji)濃度(du)0.4 kg/t、表觀氣速1.39 cm/s、入(ru)料高度(du)200 mm、沖洗水(shui)速率277.83 ml/min。該條件(jian)下預測的(de)精(jing)煤灰(hui)分為9.67%，可(ke)燃體(ti)回收(shou)率為45.63%，均(jun)和(he)驗(yan)證(zheng)結果(guo)相吻合。論文共(gong)包含(han)86幅圖，15個表，213篇參考文獻。