浮選工藝中氣泡發(fā)生器的研究與進(jìn)展

程敏

摘 要：氣泡發(fā)生器作為浮選柱中最為關(guān)鍵的部件，它的結(jié)構(gòu)與性能直接影響到氣泡的尺寸、分布以及數(shù)密度，進(jìn)而影響到浮選效率。隨著浮選工藝的發(fā)展，氣泡發(fā)生器的結(jié)構(gòu)和類型也發(fā)生了較大的變化。本文綜述了不同類型氣泡發(fā)生器的發(fā)泡原理及性能差異，并對氣泡發(fā)生器今后的發(fā)展進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：浮選；氣泡發(fā)生器；發(fā)泡方式；發(fā)泡原理

1.前言

浮選工藝是煤泥分選過程中應(yīng)用最為廣泛的一種工藝，它主要是利用礦物表面理化性質(zhì)的差異對礦物顆粒進(jìn)行選別。氣泡發(fā)生器是浮選柱最為關(guān)鍵的部件，一臺分選效果良好的浮選柱離不開性能優(yōu)異的氣泡發(fā)生器。傳統(tǒng)的氣泡發(fā)生器多為內(nèi)部氣泡發(fā)生器，在浮選過程中經(jīng)常出現(xiàn)堵塞嚴(yán)重、更換困難、參數(shù)易變等問題而一度限制了浮選柱的發(fā)展。為了扭轉(zhuǎn)這一現(xiàn)狀，一些性能優(yōu)異的外部氣泡發(fā)生器應(yīng)運(yùn)而生，外部氣泡發(fā)生器的出現(xiàn)有效緩解了氣泡發(fā)生器易堵塞的問題，改善了氣泡發(fā)生器的充氣性能，為浮選柱的發(fā)展提供了新的方向。

2.氣泡發(fā)生器的分類

氣泡發(fā)生器種類繁多，按供氣方式不同可分為自吸氣式和壓氣式；按氣泡發(fā)生器安裝位置不同可分為內(nèi)部氣泡發(fā)生器和外部氣泡發(fā)生器。其中內(nèi)部氣泡發(fā)生器主要有立管發(fā)泡器、過濾盤式、礫石床層及電解式發(fā)泡器等幾種；外部氣泡發(fā)生器主要有自吸式微泡發(fā)生器、 旋流器式氣泡發(fā)生器、 氣 / 水型氣泡發(fā)生器 、美國礦業(yè)局型氣泡發(fā)生器、多孔文氏管氣泡發(fā)生器等[1]。

3.發(fā)泡方式

發(fā)泡方式是影響氣泡發(fā)生器性能的重要因素，發(fā)泡方式不同產(chǎn)生的氣泡性能也有所不同。常見的發(fā)泡方式有微孔發(fā)泡、剪切發(fā)泡、降壓或升溫發(fā)泡、射流發(fā)泡、電解發(fā)泡等。不同的發(fā)泡方式有其各自的優(yōu)缺點，其中微孔發(fā)泡設(shè)備簡單、氣體利用率高，但發(fā)泡材料易堵塞，影響正常運(yùn)作；降壓或升溫發(fā)泡所需時間較長且不易控制；電解發(fā)泡對極板損耗較大，運(yùn)行成本高；剪切發(fā)泡產(chǎn)生的氣泡尺寸受液體紊流度及持續(xù)混合時間影響較大。相比之下射流發(fā)泡產(chǎn)生的氣泡均勻、直徑較小，克服了傳統(tǒng)微孔發(fā)泡易堵塞的問題，是目前最常用的發(fā)泡方式。[2]

4.氣泡發(fā)生器的發(fā)泡原理及性能差異

4.1內(nèi)部氣泡發(fā)生器

4.1.1立管氣泡發(fā)生器

將多孔介質(zhì)材料裝于伽立管的上下端，再將其均勻分布在浮選柱底部，最后將經(jīng)過裝填的伽立管與空壓機(jī)管網(wǎng)相連接，形成立管氣泡發(fā)生器。這種發(fā)泡器的缺點是礦漿容易在多孔材料上附著造成發(fā)泡器堵塞，因此應(yīng)用受到一定限制。

4.1.2過濾盤式氣泡發(fā)生器

過濾盤式氣泡發(fā)生器是在盤式過濾機(jī)的過濾盤上蒙上一層濾布將其放于柱體底部充當(dāng)發(fā)泡器。這種發(fā)泡器產(chǎn)生的氣泡較為均勻，但濾布容易磨損和堵塞，因此需要時常更換[3]。

4.1.3礫石床層氣泡發(fā)生器

礫石床層氣泡發(fā)生器是將直徑在8-20mm的礫石放置于上下篩子構(gòu)成的網(wǎng)格中，形成厚度為500 ～600mm的礫石床層，氣體通過床層之間的空隙形成氣泡。這種氣泡發(fā)生器堵塞相對較輕，但是耗氣量大，氣體的尺寸不易控制且氣泡尺寸較大[4]。

4.1.4電解氣泡發(fā)生器

電解氣泡發(fā)生器通常安裝于柱體底部，通過極板電解水產(chǎn)生氣泡，此種氣泡發(fā)生器產(chǎn)生的氣泡均勻且氣泡直徑較小，但極板損耗大，能耗和費(fèi)用較高。

4.2 外部氣泡發(fā)生器

4.2.1自吸式微泡發(fā)生器

自吸式氣泡發(fā)生器由噴嘴、吸氣室、喉管、擴(kuò)散管四部分組成，其工作原理類似于液氣射流泵，以循環(huán)礦漿作為工作介質(zhì)[5]。加壓礦漿通過噴嘴噴出后形成高速射流，此時吸氣室內(nèi)呈現(xiàn)負(fù)壓狀態(tài)氣體不斷被吸入，射流表面與空氣之間產(chǎn)生摩擦，流體質(zhì)點與空氣質(zhì)點進(jìn)行換位并被射流高速帶走。該氣泡發(fā)生器主要采用射流成泡的方式，充氣數(shù)量及質(zhì)量都可得到保證且氣泡發(fā)生器不易被堵塞和失效[6]。

4.2.2旋流器式氣泡發(fā)生器

旋流器式氣泡發(fā)生器是利用礦漿高速通過噴嘴產(chǎn)生負(fù)壓，空氣被吸入混合腔與礦漿混合產(chǎn)生氣泡[7]。該氣泡發(fā)生器產(chǎn)生的氣泡數(shù)密度大、捕收速率快、對細(xì)粒級礦物浮選效果良好且不易堵塞，但其產(chǎn)生的氣泡不均勻，氣泡略有偏析現(xiàn)象。

4.2.3水/空氣噴射式氣泡發(fā)生器

水/空氣噴射式氣泡發(fā)生器是將空氣和水高速注入到環(huán)狀水室中混合，然后通過噴嘴排出產(chǎn)生大量氣泡。這種氣泡發(fā)生器產(chǎn)生的氣泡直徑較小，浮選效率高且無堵塞現(xiàn)象；但發(fā)泡器所需工作壓力大，運(yùn)行時由于加入了水的緣故，使得礦漿被稀釋，其濃度和pH值有所改變[8]。

4.2.4 空氣噴射式氣泡發(fā)生器

空氣噴射式氣泡發(fā)生器主要有兩種：一種是加拿大Miov EX Technologies公司研制的空氣噴射裝置，另一種是加拿大CPT公司研制的Slam Jet？分散器。前者由針閥與氣泡噴霧孔組成，結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長，可產(chǎn)生直徑為0.5-3mm的微氣泡；后者由一組空氣岐管組成，通過將壓縮空氣破碎成泡產(chǎn)生微氣泡[9，10]。

4.2.5 Microcel氣泡發(fā)生器

Microcel氣泡發(fā)生器是一種利用礦漿/空氣懸浮液在剪切力作用下形成微氣泡的發(fā)泡裝置[11]，其操作簡單，不易堵塞，具有易于更換和可在線調(diào)節(jié)氣泡大小的優(yōu)點，但對加工精度要求較高。

4.2.6多孔文氏管

多孔文氏管是利用多孔介質(zhì)高速剪切氣液混合流而產(chǎn)生氣泡，當(dāng)水高速流過多孔管時，管內(nèi)壓力低于大氣壓，空氣被吸入管內(nèi)與水混合，在多孔介質(zhì)剪切力的作用下形成微泡[12]。當(dāng)壓力釋放時，大量微泡析出，并沿著切線方向進(jìn)入旋流段。

5.結(jié)論與展望

目前對氣泡發(fā)生器的研究還主要集中在發(fā)泡方式和發(fā)泡性能上，對發(fā)泡材料及氣泡發(fā)生器的自動化研究相對較少，后續(xù)可加大這方面的研究使氣泡發(fā)生器的發(fā)展邁上一個新的臺階。

參考文獻(xiàn)：

[1] 桂夏輝， 劉炯天， 曹亦俊， 等. 氣泡發(fā)生器結(jié)構(gòu)性能的研究與進(jìn)展[J]. 選煤技術(shù)， 2009， （2）： 66-70.

[2] 代敬龍， 謝廣元， 劉姍姍， 等. 浮選氣泡尺寸影響因素分析[J]. 選煤技術(shù)， 2007， （5）： 7-10.

[3] 王紀(jì)瑞， 焦陽. 盤式過濾機(jī)應(yīng)用于浮選精礦可行性的研究[J]. 礦山機(jī)械， 2007， （11）： 95-97.

[4] 陳泉源， 張涇生. 浮選柱的研究與應(yīng)用[J]. 礦冶工程， 2000， （03）： 1-5.

[5] 陸宏圻. 射流泵技術(shù)的理論及應(yīng)用 [M]. 水利電力， 1989.

[6] 劉炯天， 王永田. 自吸式微泡發(fā)生器充氣性能研究[J]. 中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報， 1998， （1）： 27-31.

[7] 康文澤， 陳俊濤， 許占賢. 浮選旋流器氣泡發(fā)生器大型化研究[J]. 煤炭技術(shù)， 2002， 21（6）： 40-41.

[8] 今井哲男， 晨洋. 浮選柱技術(shù)的發(fā)展[J]. 國外金屬礦選礦， 2000， （8）： 17-20.

[9] 邵延海. 浮選柱氣泡發(fā)生器充氣性能及應(yīng)用研究[D]； 中南大學(xué)， 2004.

[10] 陳珺， 吳杰. CPT浮選柱在錫銅硫化礦浮選中的應(yīng)用[J]. 礦冶， 2017， 26（4）： 67-70.

[11] А.卡佐爾拉， J.М.希門尼斯， Т.蒙雷頓， 等. Microcel氣泡發(fā)生器在西班牙選礦廠浮選柱上的應(yīng)用[J]. 礦業(yè)工程， 1997， （4）： 44-49.

[12] 陳志友， 陳湘清， 李旺興， 等. 浮選柱氣泡發(fā)生器的研究與進(jìn)展[J]. 煤炭加工與綜合利用， 2008， （02）： 19-21.