应用超声波强化泡沫浮选

图4
在精矿产率 R sc= 85% 时精矿灰分与固体分散时
供给的单位能量 Ev 和超声波处理时间之间的关系
据文献报导 , 悬浮液超声波处理后浮选结果的 改善主要归因于脱泥过程。此时, 作为要回收的精 矿物料( 如石墨) 表面干净 , 形成的细泥污染物被除 去了。超声波的空穴作用促使脱泥得以进行。 对比不同时期固体产率曲线 ( 图 3) 可以发现, 超声波处理初期时固体的浮选产率比参比浮选试验 的产率低 , 在超声波处理第二阶段其精矿产率差别 减小。超声波处理使石墨的浮选速度减慢。 试验结果表明, 在悬浮液分散中应用超声波可 以改善浮选分离结果 , 在精矿固体产率相近的情况 下获得更低灰分的精矿。前面的结果已经证明, 超 声波处理没有使物料向细粒级偏移, 因此 , 超声波处 理使物料有效碎磨的观点可以排除。
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理论与实践
应用超声波强化泡沫浮选
C 勒特马瑟
摘
等
要 从理论和试验两方面 , 研究了在浮选不同阶段中超声波处理对泡沫浮选过程的改进。本文中以石墨 为例讨论了超声 波
处理对其浮选的影响。在浮选药剂乳化、 矿浆分散、 矿浆与药剂 搅拌和浮选中 应用超声 波可在精 矿产率固 定的情况 下 提高浮选效率 , 即提高精矿纯度 , 降低精矿灰分含量。在矿浆分散时应用超声波处理 , 浮选结果的 改进幅度最大。超 声 波处理时石墨浮选速度明显降低和超声波的磨损问题是其缺点。
主要根据精矿固体产率和精矿灰分含量来讨论 浮选中应用超声波处理的效果。每套 3 个试验结果 表示在浮选曲线图中。如果不清楚 , 只将每 3 个试 验的平均值曲线表示在图中。参比浮选试验以平均 值曲线也表示在图中。 2 1 超声波乳化浮选药剂 超声波乳化药剂溶液的试验结果如图 2 所示。 试验中选择了 2 个不同的超声波功率 P = 0 7P max 和 P = Pmax = 200W( 100% Pmax ) 。超声波处理时间 不同, 以超声波处理周期 Z 的百分数表示。
图3
在超声波功率固定 ( P = P max = 200W) 时悬浮液
超声波分散处理后浮选结果与超声波处理时间的关系
24 2 3 超声波调浆
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根据超声波分散悬浮液的试验结果 , 可以预料 , 超声波调浆也可获得好的结果 , 特别是在脱泥和浮 选药剂在固体表面上固着时。在能量固定为 P = Pmax= 200W, 处理时间 t 变化时 , 超声波处 理过的 矿浆浮选结果如图 5 所示。除调浆时应用超声波处 理外 , 其它条件与超声波分散固体试验条件相同( 见 图 1) 。 正如预料中的那样 , 调浆时超声波处理时间 t 和超声波功率 P 对浮选起好的作用, 在精矿产率固 定时 , 随着调浆中超声波处理时间的增长, 精矿灰分 a g c 降低, 其结果比参比试验好很多。 系统试验表明 , 随超声波功率 P 增大 , 超声波处理时间的影响更明 显, 浮选效果更好。
关键词
超声波处理
浮选
药剂乳化
矿浆分散
调浆
石墨
Baidu Nhomakorabea
概
述
1
试验程序
可用超声波强化在离心力场中的浮选。探索性 试验表明, 这种强化浮选的方法显然可以提高分选 效率。在浮选中应用超声波的主要优点在于可以使 固体颗粒起到分散作用, 例如可有助于团聚体破碎 , 从固体表面除去杂质层 ( 清洗或脱泥 ) , 以及促进药 剂乳化。 从超声波场的特性来看 , 超声波可产生高的声 波强度 , 从而对浮选起到多种作用。能将声能聚集 的短波超声波可产生很高的强度。 早在 20 世纪 30 年代 Pet ersen W 就在浮选中广 范地试验了超声波, 试 验结果表明 , 与机械搅 拌相 比, 超声波可使浮选药剂形成更好的乳浊液。一些 其他研究者也报导了超声波对 浮选所起的促 进作 用。 在泡沫浮选强化研究中 , 可用试验证明应用超 声波获得好的作用。在实际浮选过程中, 还未直接 观察到超声波对浮选单个过程所起好的影响, 如清 洗固体表面 , 增强固体碰撞速率和液膜在气泡与疏 水颗粒之间的分散以形成三相接触角。因此, 我们 在以下浮选 4 个阶段研究了超声波的作用: 1) 浮选药剂的乳化: 2) 固体颗粒在悬浮液中的分散 ; 3) 调浆; 4) 浮选。 这儿所叙述的实验室试验集中在确定不同超声 波功率和超声波不同作用时间的影响程度。
图6 在精矿产率 R sc= 85% 时精矿灰分与调浆时供给的
超声波单位能量 Ev 和超声波处理时间之间的关系
量只是 0. 5Pmax 时的精矿灰分的一半。 超声波调浆后的浮选效率曲线是一条向右凸起 形状的曲线。由该图可以看出, 超声波调浆后获得 的精矿产率比参比浮选试验精矿产率低, 由此可知, 超声波调浆使得浮选过程变慢。 2 4 超声波浮选 在浮选中直接应用超声波的探索试验结果如图 7 所示。超声波能量为 Pmax = 200 W, 处理时间 t = 2 min。与参比试验相比, 精矿灰分降低 0 6% 。
图1
在实验室型浮选机中应用超声波的浮选试验程序框图
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试验结果
未超声波处理的参比试验是在实验室型浮选机 中用德国 标准方法 DIN 22017 进行。试验分 成 6 段, 分别刮泡, 获得 6 个精矿和 1 个尾矿。悬浮液分 散和添加药剂后调浆 , 再通气体进行浮选。在浮选 时, 用人工刮泡。每段分别 加药 和刮泡 , 共重 复 5 次。 在药剂乳化试验中, 固体分散、 药剂添加、 悬浮 液调浆和浮选各过程与参比试验程序类似。药剂在 添加到悬浮液中前, 每种药剂用超声波发生器在 15 mL 水中乳化 , 乳化在外部水冷式容器中进行。在 乳化过程中, 超声波处理时间 t 是变化的, 而超声波 处理循环时间是不变的 ta = 20 s。 循环次数为 Z 。 也 就是说每次的脉冲次数是不变的, 脉冲的长度是变 化的 , 所以 , 超声波处理时间 t = t a Z。 固体在浮选槽外边用容积为 2 L 的容器超声波 分散。为了防止潜在的再团聚 , 将超声波处理过的 悬浮液尽快地转移到浮选槽中。然后用常规的方法 进行浮选试验, 但是 , 矿浆不用转 子 - 定子系 统分 散。 在借助转子 / 定子系统分散悬浮液后, 向浮选槽 添加一定数量的药剂 , 再用超声波调浆。在每个浮 选试验中每段超声波作用时间是固定的。此后 , 对 悬浮液立即进行常规浮选。 还在浮选( 即充气和矿化 ) 中直接应用超声波进
表 1 石墨的特征粒度分布和比表面积 超声波处理前后 超声波处理前 超声波处理后 X 10, 3 / m 9 17 X50, 3 / m 121 113 X90, 3 / m 283 246 Sm / m 2 g 2 73 2 90
在实验室型浮选机中应用超声波的浮选试验程 序如图 1 所示。为了试验结果的重现性 , 对每个试
min, 温度升高 10 K 。 系统试验表明 , 随着超声波能量的降低, 超声波 处理时间对浮选的影响减弱 , 并且逐渐接近未超声 波处理 的参比 浮选试 验结果。例如 , 在 P = 20% Pmax , 处理 1 min 时, 超声波处理的效果可以忽略不 计 , 在超声波处理 2 min 后, 精矿灰分比参比试验精 矿灰分降低 0 1% 左右。 在超声波分散悬浮液中的固体时, 超声波能量 P 和处理时间 t 影响的系统结果如图 4 所示。 图中表 示了在精矿产率 R sc = 85% 时精矿灰分与供给的单 位能量 E v 之间的关系。 在 R sc = 85% 时 , 参比试验 获得的精矿灰分很高。从图 4 可看出, 随供给的能 量增大 , 精矿灰分逐渐降低 , 也就是在超声波处理时 间较短时 , 提高超声波的能量也可获得好的浮选结 果。因此 , 超声波处理时超声波的能量与处理时间 应该需要适当选择 , 以获得好的浮选结果。
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验进行了 3 次。试验时固体浓度为 10 g / L。
行试验。试验是在实验室型机械浮选机中进行, 超 声波发生器浸在浮选槽中 对角线处。根据预先试 验 , 浮选中超声波处理时间和浮选时间为 2 m in 。预 先调浆 2 min。所以浮选时间要调整。在所有浮选 段中均应用这个时间。 在对比超声波分散矿浆、 超声波调浆和超声波 浮选时, 悬浮液的体积为 V 悬浮液 = 1 6 L。在乳化 时 , 药剂溶液体积为 15 mL , 这样在超声波功率 P 和 作用时间 t 相同时 , 药剂溶液超声波作用单位能量 Ev = P t / V 为超声波分散矿浆、 超声波调浆和超 声波浮选时单位能量的 106 倍。因此, 在超声波乳 化药剂时作用最大时间为 20 s, 而在超声波调浆时 作用时间为 1~ 4 min。这时超声波乳化药剂的单位 能量是超声波调浆时单位能量的 9~ 38 倍。乳化时 的单位能量仍然大大高于超声波分散矿浆和调浆时 的能量。
图2
在超声波功率 P 和超声波作用时间 t = Z 20 s 变化时 浮选药剂溶液超声波乳化后的浮选结果
从试验 结果 可 以看 出, 只 有 在低 功 率 ( P = 0 7Pmax ) 连续作用和最大功率 ( P = Pmax ) 作用时才
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能获得比参比试验更好的浮选选择性。显然, 为了 获得好的结果, 应该选择最佳的超声波功率和作用 时间组合 , 以使浮选药剂超声波处理单位能量最小。 相反地, 在最高单位能量输入 ( E v = 367 kJ/ L ) 试验 中, 即 P = Pmax 和连续作用 ( 即 Z= 连续时间 ) 试验 中, 浮选分选效率反而降低。由此可知 , 能量输入不 能超过上限。这可能是由于团絮作用增强所致 , 从 而对乳化起相反的作用。 与参比浮选试验不同, 浮选药剂超声波乳化使 得浮选曲线凸起来。在浮选开始阶段, 即精矿产率 低的点处, 精矿灰分比后面的产率高的精矿灰分还 要高。从精矿产率最低 R sc 开始 , 随 R sc 的增大精矿 灰分降低。这方面的影响将在 2 5 中讨论。 对比浮选药剂超声波乳化试验和参比试验结果 后发现, 药剂超声波乳化后, 矿物浮选速度比参比试 验中的浮选速度慢得多。药剂超声波乳化使固体回 收率提高 0 5% , 但超声波处理需要较高的 能量输 入, 并且使浮选速度变慢。 2 2 超声波分散固体 超声波分散悬浮液中的固体浮选结果如图 3 所 示。试验中超声波发生器功率不变, 为 200W, 即功 率为 Pmax 。超声 波处理时间变 化。从图 3 可以 看 出, 随着超声波处理时间 t 的增长, 浮选结果变好 , 例如 , 在精矿产率固定时 , 精矿灰分降低。与参比试 验相比, 悬浮液超声波处理 10 min 后, 在 R sc = 85% 时, 精矿灰分降低 2 3% ~ 3% 。从温度测量可知 , 随超 声 波 处 理 时 间 不 同, 热 输 入 通 量 Q / t = Cp mDT / t 是固定的 , 约为额定功率的 60% 。在超 声波处 理 1 min 后悬 浮液 温度 升高 1 K, 处理 10
在超声波处理浮选试验研究中用容积为 1 6L 的实验室型机械浮选机进行, 用 Bandelin 公司生产 的 HD 200 型超声波发生器, 其频率为 20 kHz, 最大 功率 Pmax = 200 W 。其功率值可以精确调节。施加 到浮选过程中的超声波功率与超声波发生器最大功 率成正比。 用石墨作为 浮选试验样品。其中原始灰 分 a gf = 8 7% , 符合德国工业标准 DIN 51903。表 1 中所 列举的石墨特征粒度分布是由激光衍射粒度仪测定 出来的 , 比表面积是由 BET 法测定的。为了研究超 声波对石墨粒度分布的影响 , 用激光衍射粒度仪测 定了超声波处理的悬浮液的粒度。为此将固体含量 为 10 g/ L 的 0 5 L 液体用最大功率为 200 W 的超 声波处理 2 m in 。此时超声波发生器单位输出能量 为 48 kJ/ L。从表 1 可以看出, 超声波作用前后石墨 颗粒粒度分布只有很小的差别。超声波处理后粒度 分布范围稍稍变 窄, 粗颗 粒范围向小的方 向偏移。 - 26 m 粒级稍稍减少。BET 法比表面积测定结果 也证实了超声波处理对石墨粒度有限的影响。根据 BET 测量结果 , 超声波处理使石墨的比表面积从 S m = 2 73 m 2 / g 稍稍增至 Sm = 2 90 m 2 / g 。