微细粒矿物浮选颗粒-气泡碰撞的湍涡作用机理及过程强化
李晓恒1
王海楠1
郑恺昕2
王利军2
闫小康1
张海军1
刘炯天3
1.中国矿业大学化工学院,江苏徐州 221116;中国矿业大学国家煤加工与洁净化工程技术研究中心,江苏徐州 2211162.中国矿业大学国家煤加工与洁净化工程技术研究中心,江苏徐州 221116;中国矿业大学低碳能源与动力工程学院,江苏徐州 2211163.中国矿业大学国家煤加工与洁净化工程技术研究中心,江苏徐州 221116;郑州大学河南资源与材料产业河南省协同创新中心,河南郑州 450000
摘要：微细矿物分选一直是困扰业界的难题,浮选是分选细粒矿物的主要方法,微细粒矿物质量小、惯性低、动能低,遇气泡易随流线绕流气泡而过,难以摆脱流线与气泡发生接触,与气泡的碰撞概率极低,是导致微细颗粒浮选回收困难的重要原因之一.强湍流流动因能提高颗粒动能以及颗粒-气泡碰撞频次,成为微细粒浮选的必要条件,然而,受制于湍流高频脉动及多尺度涡特征,颗粒、气泡在湍流环境中的运动及矿化过程与层流中差异极大,碰撞机理并不明晰.利用高频粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry,PIV)和高速显微摄像技术测量了各向同性湍流场中流体、颗粒及气泡的微尺度动力学行为,借助小波变换等数学手段,对湍流场的多尺度涡特性进行数学分解,从微观湍流层面解析了湍流小尺度涡运动对颗粒、气泡运动及碰撞过程的影响规律.研究发现:湍流场中微细颗粒运动受制于湍流小尺度涡运动,两者尺度具有相关性,在研究尺度范围内,流场所能够产生的Kolmogorov涡尺度越接近颗粒尺寸,颗粒滑移速度越大,颗粒摆脱流线与气泡发生碰撞的可能性越大;湍涡也会短暂"捕获"气泡且并影响气泡速度及轨迹;与常规碰撞矿化认知不同,大多颗粒在随流场主流宏观运动的过程中,局部跟随微观小尺度涡旋转,气泡在高涡量区内随涡体旋转且自转过程中裹挟颗粒,通过剪切碰撞的方式与颗粒发生矿化.基于此,提出了冲击流、涡流发生器等高涡量小尺度涡场的构涡方法,使浮选流场湍涡运动能有效作用到微细尺度颗粒上,提高微细颗粒-气泡碰撞概率,降低浮选有效回收粒度下限;不同类型纯矿物及实际矿物的浮选试验表明,通过对流场的湍涡调控,切实有效提高了微细矿物颗粒的浮选性能.研究将微细粒矿物浮选的过程强化从"调粒/调泡/调药"扩展到"调涡",为低品质贫杂难选矿产资源的强化回收提供了新的思路和方法.
关键词：微细粒矿物气泡碰撞湍涡矿化浮选流体动力学过程强化
分类号：TQ051(一般性问题)
资助基金：国家自然科学基金(52225405)
论文发表日期：2024-12-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：13( 4964-4976 )
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