【摘要】：常規(guī)浮選過程中，礦漿-泡沫相界面處由于存在強烈的氣泡兼并，結(jié)果極易造成顆粒脫附，導(dǎo)致浮選效率降低。相關(guān)研究表明:大部分礦物顆粒的脫附都發(fā)生在礦漿-泡沫相界面處。鑒于此，本課題提出了基于兩相和三相泡沫特性以及氣-液界面單顆粒層中內(nèi)嵌顆粒運動規(guī)律的泡沫相浮選研究，旨在通過探索泡沫穩(wěn)定性及氣-液界面顆粒運動對泡沫相浮選的影響機(jī)制，為深入了解浮選過程中的氣泡兼并和顆粒脫附過程以及兩種常見難浮煤泥的高效浮選提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支撐。

首先，論文以泡沫的穩(wěn)定為出發(fā)點，分別從起泡劑、混合起泡劑以及顆粒等三個角度對兩相和三相泡沫的特性及其穩(wěn)定性強化進(jìn)行研究。結(jié)果表明:起泡劑的表面活性越大，則起泡能力越強、泡沫的靜態(tài)穩(wěn)定性越好、氣泡兼并時間越長、臨界兼并濃度越低。給出了醇類起泡劑和聚乙二醇類起泡劑各自適用的臨界兼并濃度和氣泡索特爾平均直徑理論計算方法，并證實了其可靠性。發(fā)現(xiàn)甲基異丁基甲醇(MIBC)和聚丙二醇(PPG425)的混合具有一定的協(xié)同效應(yīng)。強疏水性顆粒穩(wěn)定的泡沫具有最大的半衰期，中等疏水性顆粒穩(wěn)定的泡沫具有最大的泡沫層高度，而低疏水性顆粒對泡沫的穩(wěn)定性影響不大。當(dāng)氣泡表面罩蓋有顆粒后，氣泡的兼并時間顯著增加，同時氣泡兼并誘導(dǎo)的界面震蕩運動強度明顯減弱，震蕩時間縮短，分析認(rèn)為這主要和氣泡表面顆粒的阻尼效應(yīng)有關(guān)。

其次，利用改進(jìn)的Langmuir-Blodgett水槽，從微觀層面上考察氣-液界面單顆粒層在壓縮和擴(kuò)展時的聚團(tuán)結(jié)構(gòu)演化和重組以及震蕩時的內(nèi)嵌顆粒運動規(guī)律。結(jié)果表明:氣-液界面上的顆粒均以聚團(tuán)的形式存在。當(dāng)單顆粒層被壓縮時，界面顆粒以聚團(tuán)旋轉(zhuǎn)和孔隙坍塌的方式實現(xiàn)重組，同時聚團(tuán)的結(jié)構(gòu)也逐漸由水平中間鏈和多“筏塊”結(jié)構(gòu)向典型的六角密實和多層聚團(tuán)結(jié)構(gòu)過渡。而當(dāng)緊密壓縮的單顆粒層擴(kuò)展后，界面聚團(tuán)重新分散，不過相比于壓縮前其分散更加均勻。氣泡與氣-液界面兼并可誘導(dǎo)單顆粒層產(chǎn)生震蕩，這時水平曳力、慣性力以及顆粒間的相互作用力共同決定著界面顆粒的重組和運動行為。當(dāng)無起泡劑存在時，氣-液界面上不同粒度的相鄰顆粒具有相似的瞬時速度和均方位移(MSD)，同時隨著顆粒表面疏水性和界面顆粒覆蓋百分比的提高以及氣泡尺寸和溶液pH值的降低，界面顆粒的瞬時速度和MSD均減小。

當(dāng)有起泡劑存在時，界面顆粒的運動得到強化，不過隨著正戊醇和PPG425濃度的增加，瞬時速度和MSD表現(xiàn)出了完全不同的變化規(guī)律，推測產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要是PPG425分子從溶液向固體顆粒表面發(fā)生了遷移，并通過改變氣-液界面表面張力以及顆粒表面疏水性的大小進(jìn)一步影響界面顆粒的運動行為。然后，基于泡沫層中顆粒的行為和受力分析揭示泡沫相浮選的過程，并以經(jīng)典浮選理論為指導(dǎo)提出泡沫相浮選的回收率模型。研究表明:泡沫相浮選可看作是泡沫分選與常規(guī)浮選的有效結(jié)合，浮選效率較高。顆粒在泡沫層的最頂端所受支撐力最大，在礦漿-泡沫相界面處所受支撐力達(dá)到第二極大值。泡沫相-空氣界面和礦漿-泡沫相界面處各作用力大小隨顆粒粒度的變化規(guī)律顯示，細(xì)顆粒容易在氣泡表面形成罩蓋，而粗顆粒更容易在泡沫層中實現(xiàn)回收。由于泡沫層中顆粒與氣泡的碰撞概率接近100%，因此，泡沫相浮選時顆粒的捕收概率主要和氣泡-顆粒間的粘附概率以及礦化氣泡表面顆粒的脫附概率有關(guān)。泡沫相浮選的回收率隨著顆粒在泡沫層中停留時間的增加而降低。最后，在上述研究的基礎(chǔ)上，開展粗粒煤泥和氧化煤泥的泡沫相浮選應(yīng)用研究。

結(jié)果表明:在相同的試驗條件下，粗粒煤泥的泡沫相浮選相比于常規(guī)浮選可燃體回收率可提高11.6%，同時精煤灰分增加1.48%。當(dāng)采用PPG425/仲辛醇混合起泡劑強化粗粒煤泥的泡沫相浮選效果時，可燃體回收率提高9.34%，精煤灰分增加0.46%。而當(dāng)采用中等疏水性煤炭細(xì)顆粒強化粗粒煤泥的泡沫相浮選效果時，可燃體回收率提高6.27%，精煤灰分反而降低0.58%。在相同的試驗條件下，氧化煤泥的泡沫相浮選相比于常規(guī)浮選可燃體回收率可提高22.25%，同時精煤灰分增加1.19%。利用BBD響應(yīng)面法分析了四個常見操作參數(shù)對精煤灰分和可燃體回收率的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)沖洗水速率對精煤灰分的影響最大，而起泡劑濃度對可燃體回收率的影響最大。

對氧化煤泥的泡沫相浮選操作參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，得到的最佳試驗條件為:起泡劑濃度0.4 kg/t、表觀氣速1.39 cm/s、入料高度200 mm、沖洗水速率277.83 ml/min。該條件下預(yù)測的精煤灰分為9.67%，可燃體回收率為45.63%，均和驗證結(jié)果相吻合。論文共包含86幅圖，15個表，213篇參考文獻(xiàn)。