高等选矿学试题.docVIP

1.试简述泡沫浮选的过程，分析并讨论颗粒与气泡的相互作用机理及其动力学行为。 答：泡沫浮选是一个颗粒分选过程，是以各种颗粒或离子表面的物理、化学性质的差别为基础，在气-固-液三相流体中进行分离的技术。浮选时不但要求物料单体解离，而且要求适宜的入选粒度。颗粒太粗，即使已单体解离，因超过气泡的承载能力，而不能被有效收回。浮选粒度上限因物料的密度不同而异，如硫化物矿物一般为0.2~0.25mm，其他矿物为0.25~0.3mm，煤为0.5mm。泡沫浮选主要包括以下单元过程： 磨碎。磨碎的目的是使固体物料达到单体解离，这是实现分选的前提条件，使欲浮的物料易于浮出。 调浆。浮选要求矿浆浓度为25%~30%的固体质量分数，使矿浆处于湍流状态，以保证颗粒悬浮，并以一定的速度运动。 加药。悬浮颗粒与浮选药剂作用，是目的颗粒的表面呈强疏水性。 充气。加入起泡剂，使矿浆中产生气体并弥散，颗粒与气泡接触，疏水性颗粒黏着在气泡上，随气泡浮生。 分离。将浮到液面的矿化泡沫层刮出，得到泡沫产品和槽中产品。 A．浮选过程中颗粒与气泡的相互作用表现为颗粒附着于气泡上，即气泡矿化。在强迫对流或机械搅拌系统中，气泡的尺寸由剪切应力确定，这些应力既影响气泡离开形成点的气泡尺寸，也影响在流场中静止的最大的气泡尺寸矿粒与气泡的碰撞与粘附可从物理和化学两方面进行机理分析： 物理机 物理机理包括感应时间、动接触角、动量等因素。 a)感应时间是指矿粒突破气泡的水层而相互接触这段时间。克拉辛认为，颗粒愈大，所需感应时间愈长，感应时间过长则较难浮。爱格列斯曾以此评判药剂作用及可浮性 b)动接触角是指在惯性冲击作用下，气泡弹性变形，矿粒回跳并粘附所形成的角度。菲力波夫曾求出不同粒度矿粒所需的动接触角：? 200微米的矿粒为07°，而1微米的需17°，并且推断细泥难浮的原因是由于所需动接触角较大 c)动量机理是克拉辛首倡，他认为粗粒动量大，容易突破水化膜而粘附，细粒动量小不易突破水化膜，故粘附概率也小。 （2）化学机理 化学机理包括吸附速率，矿粒表面寿命，表面能、溶解度、吸附罩盖度等因素。 吸附速率：指药剂向矿粒吸附的速率， 药剂从溶液中扩散到表面，并且和表面发生反应，如果表面反应是决定速率的过程，则粒度没有影响，由此推论，粗细粒一样易浮。如药剂扩散是决定速率的过程，则 ?????? ? ??????????????????????式中Q/S为单位面积的吸附速率，D为扩散系数，C为吸附剂在溶液中的浓度，C’为吸附剂在矿粒表面的浓度，r为矿粒半径， T为边界层厚度。在搅拌条件下，估计T值界于20至40微米。比此小的矿粒，则吸附速率Q/S增快，这点目前需要进一步研究 ?b)矿粒表面寿命： 高登认为，粗粒在破碎磨细过程中有“自护作用”，暴露寿命较短；而细粒表面暴露时间较长，因而细粒表面被污染罩盖氧化等的机会较多。但有人认为在磨矿分级循环中，粗细粒表面寿命不会有很大差别 ?c)表面能： 粗细粒总表面能大小不一样。细粒表面能大，水化度增加。对药剂失去选择吸附作用磨细过程中，应力集中，裂缝、位错、棱角等高能地区增多，对药剂的吸附量增加 ?d)溶解度： 粒度愈小，溶解度愈大，关系式为： ???? ??????? 式中R为气体常数，T为绝对温度，r为矿粒半径，Sr指半径为r的细粒溶解度，S∞ 为无穷大颗粒（即体相）的溶解度， σS-L为单位面积中固液界面自由能，V为摩尔体积。对此式的估算表明，只有0微米矿粒的溶解度才比较明显地增加，而0～10微米的矿粒的溶解度基本相同 ?e）吸附罩盖度： 克来门曾试验测定各种粒度的赤铁矿被油酸罩盖度与浮选回收率关系。在同一表面罩盖度条件下，粗粒(60～40，40～20微米）比微粒(10～0微米）的回收率高得多。但安妥内（1975年）试验铜离子对闪锌矿的活化时，认为同一表面罩盖度条件下，粒度对回收率影响不显著，这方面还需继续研究。 矿化过程包括三个阶段：颗粒和气泡的碰撞、颗粒与气泡粘附和非稳固附着颗粒的脱附。颗粒和气泡发生碰撞后，只有那些表面疏水的颗粒才能粘附到气泡上，并且其粘附强度应足以阻止浮选槽内流体动力学的破坏作用。浮选过程的速率常数，即颗粒被气泡捕集的概率P由颗粒与气泡的碰撞、粘附及脱附概率决定，浮选过程的速率常数可表示为： P＝PcPa（l-Pd） 颗粒与气泡的碰撞是形成颗粒—气泡集合体的前提，但碰撞并非一定导致粘着。在二者的距离达到表面力的作用范围时，进一步的靠拢以及粘着与否取决于总作用势能的走向。 图b 表示疏水矿粒—气泡作用势能的可能区域。 曲线1表示双电层静电作用具有较大正值的情况，此时在一定间距处出现一能垒； 曲线2表示双电层静电作用变为负值时的情况。曲线1及2包络的区域表示疏水矿粒一气泡粘着的全部可能范围。 在湍