【摘要】：常規(gui)浮(fu)(fu)選(xuan)過(guo)程(cheng)中(zhong)，礦(kuang)漿-泡(pao)(pao)(pao)沫(mo)相(xiang)界(jie)面(mian)處由于(yu)存在強烈的(de)氣(qi)泡(pao)(pao)(pao)兼并(bing)，結果(guo)極易造成顆(ke)粒(li)脫(tuo)附，導致浮(fu)(fu)選(xuan)效(xiao)率(lv)降低。相(xiang)關研究(jiu)表明:大部(bu)分礦(kuang)物顆(ke)粒(li)的(de)脫(tuo)附都發生在礦(kuang)漿-泡(pao)(pao)(pao)沫(mo)相(xiang)界(jie)面(mian)處。鑒于(yu)此，本(ben)課題提(ti)出了基于(yu)兩相(xiang)和(he)三相(xiang)泡(pao)(pao)(pao)沫(mo)特性以及氣(qi)-液界(jie)面(mian)單顆(ke)粒(li)層中(zhong)內嵌顆(ke)粒(li)運動規(gui)律的(de)泡(pao)(pao)(pao)沫(mo)相(xiang)浮(fu)(fu)選(xuan)研究(jiu)，旨在通過(guo)探(tan)索泡(pao)(pao)(pao)沫(mo)穩定性及氣(qi)-液界(jie)面(mian)顆(ke)粒(li)運動對泡(pao)(pao)(pao)沫(mo)相(xiang)浮(fu)(fu)選(xuan)的(de)影響(xiang)機制，為(wei)深入了解浮(fu)(fu)選(xuan)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)氣(qi)泡(pao)(pao)(pao)兼并(bing)和(he)顆(ke)粒(li)脫(tuo)附過(guo)程(cheng)以及兩種常見難(nan)浮(fu)(fu)煤泥的(de)高(gao)效(xiao)浮(fu)(fu)選(xuan)提(ti)供理論指導和(he)技(ji)術支(zhi)撐(cheng)。

首先，論文以(yi)泡(pao)(pao)沫(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)穩定(ding)為出(chu)發(fa)點，分(fen)別從起泡(pao)(pao)劑(ji)(ji)、混合起泡(pao)(pao)劑(ji)(ji)以(yi)及(ji)顆(ke)(ke)粒(li)等三個角度(du)對兩相(xiang)和三相(xiang)泡(pao)(pao)沫(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)特(te)性(xing)(xing)(xing)(xing)及(ji)其(qi)穩定(ding)性(xing)(xing)(xing)(xing)強化進(jin)行研究。結(jie)果表明(ming):起泡(pao)(pao)劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)表面(mian)活性(xing)(xing)(xing)(xing)越(yue)(yue)大，則起泡(pao)(pao)能力越(yue)(yue)強、泡(pao)(pao)沫(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)靜(jing)態穩定(ding)性(xing)(xing)(xing)(xing)越(yue)(yue)好(hao)、氣(qi)(qi)(qi)泡(pao)(pao)兼(jian)(jian)并(bing)時(shi)間(jian)(jian)越(yue)(yue)長(chang)、臨界兼(jian)(jian)并(bing)濃(nong)(nong)度(du)越(yue)(yue)低(di)。給出(chu)了醇(chun)類起泡(pao)(pao)劑(ji)(ji)和聚乙二醇(chun)類起泡(pao)(pao)劑(ji)(ji)各自適用的(de)(de)(de)(de)臨界兼(jian)(jian)并(bing)濃(nong)(nong)度(du)和氣(qi)(qi)(qi)泡(pao)(pao)索特(te)爾平均直(zhi)徑(jing)理論計算(suan)方法，并(bing)證實了其(qi)可(ke)靠性(xing)(xing)(xing)(xing)。發(fa)現甲基(ji)異丁基(ji)甲醇(chun)(MIBC)和聚丙二醇(chun)(PPG425)的(de)(de)(de)(de)混合具(ju)有(you)一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)(de)協同效應(ying)。強疏水(shui)性(xing)(xing)(xing)(xing)顆(ke)(ke)粒(li)穩定(ding)的(de)(de)(de)(de)泡(pao)(pao)沫(mo)(mo)具(ju)有(you)最大的(de)(de)(de)(de)半衰(shuai)期，中等疏水(shui)性(xing)(xing)(xing)(xing)顆(ke)(ke)粒(li)穩定(ding)的(de)(de)(de)(de)泡(pao)(pao)沫(mo)(mo)具(ju)有(you)最大的(de)(de)(de)(de)泡(pao)(pao)沫(mo)(mo)層高度(du)，而低(di)疏水(shui)性(xing)(xing)(xing)(xing)顆(ke)(ke)粒(li)對泡(pao)(pao)沫(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)穩定(ding)性(xing)(xing)(xing)(xing)影響不大。當氣(qi)(qi)(qi)泡(pao)(pao)表面(mian)罩(zhao)蓋有(you)顆(ke)(ke)粒(li)后，氣(qi)(qi)(qi)泡(pao)(pao)的(de)(de)(de)(de)兼(jian)(jian)并(bing)時(shi)間(jian)(jian)顯著增加(jia)，同時(shi)氣(qi)(qi)(qi)泡(pao)(pao)兼(jian)(jian)并(bing)誘導的(de)(de)(de)(de)界面(mian)震(zhen)蕩(dang)(dang)運(yun)動強度(du)明(ming)顯減弱，震(zhen)蕩(dang)(dang)時(shi)間(jian)(jian)縮短(duan)，分(fen)析認(ren)為這主要和氣(qi)(qi)(qi)泡(pao)(pao)表面(mian)顆(ke)(ke)粒(li)的(de)(de)(de)(de)阻尼效應(ying)有(you)關。

其次，利(li)用改進的(de)(de)Langmuir-Blodgett水槽，從微觀層面(mian)(mian)(mian)上考察氣-液(ye)(ye)(ye)界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)單顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)層在(zai)(zai)壓縮(suo)和(he)擴展(zhan)時(shi)(shi)(shi)的(de)(de)聚(ju)(ju)團(tuan)結構演(yan)化(hua)和(he)重組以及震(zhen)蕩(dang)時(shi)(shi)(shi)的(de)(de)內嵌(qian)顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)運動(dong)規(gui)律(lv)。結果表(biao)明:氣-液(ye)(ye)(ye)界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)上的(de)(de)顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)均(jun)以聚(ju)(ju)團(tuan)的(de)(de)形式存(cun)在(zai)(zai)。當(dang)單顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)層被壓縮(suo)時(shi)(shi)(shi)，界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)以聚(ju)(ju)團(tuan)旋轉和(he)孔(kong)隙坍(tan)塌的(de)(de)方(fang)式實現重組，同時(shi)(shi)(shi)聚(ju)(ju)團(tuan)的(de)(de)結構也逐漸由水平中間(jian)(jian)鏈和(he)多“筏塊”結構向典型的(de)(de)六角密實和(he)多層聚(ju)(ju)團(tuan)結構過渡。而當(dang)緊密壓縮(suo)的(de)(de)單顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)層擴展(zhan)后，界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)聚(ju)(ju)團(tuan)重新分散(san)，不(bu)過相(xiang)比于壓縮(suo)前其分散(san)更加(jia)均(jun)勻。氣泡與氣-液(ye)(ye)(ye)界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)兼并可(ke)誘導單顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)層產生震(zhen)蕩(dang)，這(zhe)時(shi)(shi)(shi)水平曳力(li)、慣性(xing)力(li)以及顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)間(jian)(jian)的(de)(de)相(xiang)互作(zuo)用力(li)共同決(jue)定著(zhu)界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)的(de)(de)重組和(he)運動(dong)行為。當(dang)無起泡劑存(cun)在(zai)(zai)時(shi)(shi)(shi)，氣-液(ye)(ye)(ye)界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)上不(bu)同粒(li)(li)度(du)的(de)(de)相(xiang)鄰顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)具有(you)相(xiang)似的(de)(de)瞬(shun)時(shi)(shi)(shi)速度(du)和(he)均(jun)方(fang)位移(yi)(MSD)，同時(shi)(shi)(shi)隨著(zhu)顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)表(biao)面(mian)(mian)(mian)疏水性(xing)和(he)界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)覆(fu)蓋百(bai)分比的(de)(de)提高以及氣泡尺寸和(he)溶液(ye)(ye)(ye)pH值的(de)(de)降低，界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)的(de)(de)瞬(shun)時(shi)(shi)(shi)速度(du)和(he)MSD均(jun)減小。

當有起泡(pao)劑存在(zai)(zai)時(shi)，界(jie)面(mian)(mian)顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)(li)(li)的(de)運(yun)動得(de)到強化，不過(guo)(guo)隨著正戊(wu)醇和(he)PPG425濃度(du)的(de)增加(jia)，瞬時(shi)速度(du)和(he)MSD表(biao)(biao)現出了完全不同的(de)變化規(gui)律(lv)，推測(ce)產生這種現象(xiang)的(de)原因主要是PPG425分(fen)(fen)(fen)子從溶液(ye)向固體(ti)顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)(li)(li)表(biao)(biao)面(mian)(mian)發生了遷移，并(bing)(bing)通(tong)過(guo)(guo)改(gai)變氣-液(ye)界(jie)面(mian)(mian)表(biao)(biao)面(mian)(mian)張力(li)(li)以(yi)及(ji)顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)(li)(li)表(biao)(biao)面(mian)(mian)疏水性的(de)大小進一步影響界(jie)面(mian)(mian)顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)(li)(li)的(de)運(yun)動行為。然后，基于泡(pao)沫(mo)(mo)(mo)(mo)層中顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)(li)(li)的(de)行為和(he)受力(li)(li)分(fen)(fen)(fen)析揭示泡(pao)沫(mo)(mo)(mo)(mo)相(xiang)(xiang)浮(fu)選(xuan)(xuan)的(de)過(guo)(guo)程，并(bing)(bing)以(yi)經典浮(fu)選(xuan)(xuan)理論為指(zhi)導提出泡(pao)沫(mo)(mo)(mo)(mo)相(xiang)(xiang)浮(fu)選(xuan)(xuan)的(de)回(hui)(hui)收率(lv)模型(xing)。研(yan)究(jiu)(jiu)表(biao)(biao)明:泡(pao)沫(mo)(mo)(mo)(mo)相(xiang)(xiang)浮(fu)選(xuan)(xuan)可看(kan)作是泡(pao)沫(mo)(mo)(mo)(mo)分(fen)(fen)(fen)選(xuan)(xuan)與常(chang)規(gui)浮(fu)選(xuan)(xuan)的(de)有效結合，浮(fu)選(xuan)(xuan)效率(lv)較高。顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)(li)(li)在(zai)(zai)泡(pao)沫(mo)(mo)(mo)(mo)層的(de)最(zui)(zui)頂端所受支(zhi)撐(cheng)力(li)(li)最(zui)(zui)大，在(zai)(zai)礦(kuang)漿(jiang)-泡(pao)沫(mo)(mo)(mo)(mo)相(xiang)(xiang)界(jie)面(mian)(mian)處所受支(zhi)撐(cheng)力(li)(li)達到第二(er)極大值。泡(pao)沫(mo)(mo)(mo)(mo)相(xiang)(xiang)-空氣界(jie)面(mian)(mian)和(he)礦(kuang)漿(jiang)-泡(pao)沫(mo)(mo)(mo)(mo)相(xiang)(xiang)界(jie)面(mian)(mian)處各(ge)作用力(li)(li)大小隨顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)(li)(li)粒(li)(li)(li)(li)(li)度(du)的(de)變化規(gui)律(lv)顯示，細顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)(li)(li)容易在(zai)(zai)氣泡(pao)表(biao)(biao)面(mian)(mian)形成罩蓋，而(er)(er)粗顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)(li)(li)更容易在(zai)(zai)泡(pao)沫(mo)(mo)(mo)(mo)層中實現回(hui)(hui)收。由于泡(pao)沫(mo)(mo)(mo)(mo)層中顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)(li)(li)與氣泡(pao)的(de)碰撞概(gai)率(lv)接(jie)近100%，因此，泡(pao)沫(mo)(mo)(mo)(mo)相(xiang)(xiang)浮(fu)選(xuan)(xuan)時(shi)顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)(li)(li)的(de)捕收概(gai)率(lv)主要和(he)氣泡(pao)-顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)(li)(li)間(jian)的(de)粘附概(gai)率(lv)以(yi)及(ji)礦(kuang)化氣泡(pao)表(biao)(biao)面(mian)(mian)顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)(li)(li)的(de)脫附概(gai)率(lv)有關(guan)。泡(pao)沫(mo)(mo)(mo)(mo)相(xiang)(xiang)浮(fu)選(xuan)(xuan)的(de)回(hui)(hui)收率(lv)隨著顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)(li)(li)在(zai)(zai)泡(pao)沫(mo)(mo)(mo)(mo)層中停留時(shi)間(jian)的(de)增加(jia)而(er)(er)降低。最(zui)(zui)后，在(zai)(zai)上述研(yan)究(jiu)(jiu)的(de)基礎上，開(kai)展粗粒(li)(li)(li)(li)(li)煤泥和(he)氧化煤泥的(de)泡(pao)沫(mo)(mo)(mo)(mo)相(xiang)(xiang)浮(fu)選(xuan)(xuan)應用研(yan)究(jiu)(jiu)。

結果表明:在相(xiang)(xiang)(xiang)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)試驗(yan)(yan)條件下，粗(cu)粒(li)(li)煤(mei)(mei)泥(ni)的(de)(de)(de)(de)泡(pao)(pao)沫(mo)相(xiang)(xiang)(xiang)浮選相(xiang)(xiang)(xiang)比于常(chang)規(gui)(gui)浮選可(ke)(ke)(ke)燃(ran)體(ti)(ti)回(hui)(hui)收率可(ke)(ke)(ke)提高11.6%，同(tong)(tong)時(shi)精(jing)煤(mei)(mei)灰(hui)(hui)(hui)分增(zeng)加(jia)1.48%。當采用PPG425/仲辛醇混合起(qi)泡(pao)(pao)劑(ji)(ji)強(qiang)化粗(cu)粒(li)(li)煤(mei)(mei)泥(ni)的(de)(de)(de)(de)泡(pao)(pao)沫(mo)相(xiang)(xiang)(xiang)浮選效(xiao)果時(shi)，可(ke)(ke)(ke)燃(ran)體(ti)(ti)回(hui)(hui)收率提高9.34%，精(jing)煤(mei)(mei)灰(hui)(hui)(hui)分增(zeng)加(jia)0.46%。而當采用中等疏水性煤(mei)(mei)炭細顆粒(li)(li)強(qiang)化粗(cu)粒(li)(li)煤(mei)(mei)泥(ni)的(de)(de)(de)(de)泡(pao)(pao)沫(mo)相(xiang)(xiang)(xiang)浮選效(xiao)果時(shi)，可(ke)(ke)(ke)燃(ran)體(ti)(ti)回(hui)(hui)收率提高6.27%，精(jing)煤(mei)(mei)灰(hui)(hui)(hui)分反而降低0.58%。在相(xiang)(xiang)(xiang)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)試驗(yan)(yan)條件下，氧化煤(mei)(mei)泥(ni)的(de)(de)(de)(de)泡(pao)(pao)沫(mo)相(xiang)(xiang)(xiang)浮選相(xiang)(xiang)(xiang)比于常(chang)規(gui)(gui)浮選可(ke)(ke)(ke)燃(ran)體(ti)(ti)回(hui)(hui)收率可(ke)(ke)(ke)提高22.25%，同(tong)(tong)時(shi)精(jing)煤(mei)(mei)灰(hui)(hui)(hui)分增(zeng)加(jia)1.19%。利用BBD響應面法分析了四個常(chang)見操作(zuo)參數對精(jing)煤(mei)(mei)灰(hui)(hui)(hui)分和可(ke)(ke)(ke)燃(ran)體(ti)(ti)回(hui)(hui)收率的(de)(de)(de)(de)影響規(gui)(gui)律(lv)，發現沖洗(xi)水速(su)率對精(jing)煤(mei)(mei)灰(hui)(hui)(hui)分的(de)(de)(de)(de)影響最大，而起(qi)泡(pao)(pao)劑(ji)(ji)濃(nong)度對可(ke)(ke)(ke)燃(ran)體(ti)(ti)回(hui)(hui)收率的(de)(de)(de)(de)影響最大。

對(dui)氧化(hua)煤泥的(de)泡沫相(xiang)浮選(xuan)操作參數進行了(le)優化(hua)，得到的(de)最佳(jia)試驗條件為:起泡劑濃度(du)0.4 kg/t、表觀氣速1.39 cm/s、入(ru)料(liao)高度(du)200 mm、沖(chong)洗水速率(lv)277.83 ml/min。該條件下預測的(de)精(jing)煤灰分(fen)為9.67%，可燃(ran)體回收率(lv)為45.63%，均(jun)和驗證(zheng)結果相(xiang)吻合(he)。論文共包(bao)含(han)86幅(fu)圖，15個表，213篇參考文獻。