規(guī)整填料膠磷礦浮選柱傳遞特性的基礎(chǔ)研究項(xiàng)目摘要

我國(guó)的礦產(chǎn)資源嚴(yán)重短缺、富礦開采過度，隨著國(guó)際礦產(chǎn)資源價(jià)格上漲，貧雜難選資源急待開發(fā)。傳統(tǒng)的浮選裝置占地面積大、浮選作業(yè)流程長(zhǎng)，消耗能量大，單槽作業(yè)浮選指標(biāo)還有待進(jìn)一步提高。隨著柱式浮選研究的深入，柱式浮選克服了以上的缺點(diǎn)，并在煤礦、鐵礦、銅鐵等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣。本課題基于新型規(guī)整填料柱式浮選提高中低品位膠磷礦富集效率的實(shí)驗(yàn)研究，根據(jù)膠磷礦的組成結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)，在藥劑制度一定的情況下，建立柱內(nèi)捕集區(qū)浮選動(dòng)力學(xué)方程。通過對(duì)柱內(nèi)捕集區(qū)浮選過程的分析，研究顆粒和氣泡間相際接觸行為，探索其內(nèi)在的傳質(zhì)機(jī)理，并將浮選動(dòng)力學(xué)與傳質(zhì)過程相關(guān)聯(lián)。在此基礎(chǔ)上，建立柱內(nèi)捕集區(qū)回收率與擴(kuò)散參數(shù)的關(guān)系，確立捕集區(qū)浮選體系的流體流動(dòng)模型，為規(guī)整填料柱式浮選柱的工程放大及應(yīng)用奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。

磷礦是不可再生資源，我國(guó)磷礦資源儲(chǔ)量位居世界第二，約占世界磷礦資源儲(chǔ)量的30%，且87%以上是中低品位磷礦。 隨著柱式浮選研究的深入，柱式浮選克服了常規(guī)浮選機(jī)選礦成本高的缺點(diǎn)，并在煤礦、鐵礦、銅鐵等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣。課題開發(fā)了中低品位磷礦規(guī)整填料柱式浮選裝置，完成了磷礦浮選柱內(nèi)捕集區(qū)混合特性、充填浮選柱捕集區(qū)氣含率、浮選動(dòng)力學(xué)、正反浮選工藝及規(guī)整填料浮選柱的工程放大研究。 建立了柱內(nèi)固體顆粒停留時(shí)間分布測(cè)試的方法，采用磷礦特征粒徑顆粒作為示蹤劑，對(duì)柱內(nèi)固體顆粒停留時(shí)間分布進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，獲得了規(guī)整填料浮選柱內(nèi)顆粒停留時(shí)間分布的影響規(guī)律，并對(duì)操作參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)與流體流動(dòng)混合參數(shù)進(jìn)行了關(guān)聯(lián)。 采用氣液兩相體系，通過動(dòng)態(tài)通氣法測(cè)定液相體積傳質(zhì)系數(shù)kLa值。研究了表觀氣體流速和捕集區(qū)液面高徑比等操作因素對(duì)規(guī)整填料浮選柱捕集區(qū)傳質(zhì)特性的影響。同時(shí)，獲得了液相體積傳質(zhì)系數(shù)kLa與操作參數(shù)的關(guān)系。 通過分析目的顆粒在氣液固三相體系中的傳遞規(guī)律，認(rèn)為浮選過程總的宏觀速率RF受擴(kuò)散傳質(zhì)速率的控制，推導(dǎo)了浮選動(dòng)力學(xué)與傳質(zhì)系數(shù)的關(guān)聯(lián)式，發(fā)現(xiàn)了浮選動(dòng)力學(xué)常數(shù)與體積傳質(zhì)系數(shù)之間的比例關(guān)系。 采用液位上升法來測(cè)量規(guī)整填料浮選柱捕集區(qū)氣含率，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的BP算法，系統(tǒng)的研究了氣體流量、起泡劑用量、床層的高徑比等對(duì)規(guī)整填料浮選柱捕集區(qū)氣含率的影響規(guī)律。以氣體流量、起泡劑用量、床層的高徑比三個(gè)因素作為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入?yún)⒘拷⒘松窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，模擬計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值相吻合，其相對(duì)誤差小于±5%。 建立了規(guī)整填料浮選柱浮選動(dòng)力學(xué)的測(cè)試方法，采用礦漿在浮選柱和攪拌槽之間以一定的流速進(jìn)行循環(huán)，模擬柱內(nèi)捕集區(qū)氣泡與礦漿的逆流接觸，采用非線性最優(yōu)化參數(shù)估計(jì)的方法，對(duì)一級(jí)浮選動(dòng)力學(xué)等5種模型進(jìn)行了分析和模擬，并對(duì)實(shí)驗(yàn)值和模型值的相對(duì)誤差進(jìn)行了分析。認(rèn)為一級(jí)浮選動(dòng)力學(xué)較適用于填料浮選柱，相對(duì)誤差5.28%。 針對(duì)中低品位磷礦規(guī)整填料柱式浮選，系統(tǒng)研究了正、反浮選工藝表觀氣體流速、表觀洗水流速和捕集區(qū)高度與柱徑比對(duì)所得磷精礦品位和回收率影響，認(rèn)為正浮選柱內(nèi)的操作在稍小的負(fù)偏流、反浮選操作在稍小的正偏流有利于提高磷礦選礦的浮選效率。 根據(jù)規(guī)整填料浮選柱的混合特性、浮選動(dòng)力學(xué)以及浮選結(jié)果，提出了浮選柱浮選的停留時(shí)間、速率常數(shù)、回收率和結(jié)構(gòu)參數(shù)放大的設(shè)計(jì)依據(jù)。 2100433B

優(yōu)點(diǎn)

浮選柱與浮選機(jī)相比有其自身優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積??；無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，安全節(jié)能；浮選動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定，氣泡相對(duì)較小，分布更為均勻，氣泡-顆粒浮選界面充足，富集比大、回收率高、適合于微細(xì)粒級(jí)礦物的選別并且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和大型化；浮選速度快，可簡(jiǎn)化浮選流程，有效降低浮選作業(yè)次數(shù)。

除上述優(yōu)點(diǎn)以外，浮選柱與浮選機(jī)相比還具有其自身局限性：設(shè)備高度大，沖洗水增加了設(shè)備運(yùn)行成本；不適合粗顆粒礦物的選別，粗顆粒與氣泡接觸幾率小；解離不充分的礦物難以發(fā)揮浮選柱提高精礦品位的優(yōu)越性，常以損失回收率為代價(jià)達(dá)到提高精礦品位的目的；對(duì)化學(xué)性質(zhì)反應(yīng)敏感、黏度大的礦漿會(huì)導(dǎo)致細(xì)粒脈石長(zhǎng)時(shí)間在柱內(nèi)停留，從而惡化選別效果；主要應(yīng)用于精選作業(yè)，在粗選作業(yè)中使用效果不夠理想。

缺點(diǎn)

浮選柱的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能耗低、占地面積小，操作控制容易，適用于處理微細(xì)粒礦物。但充氣器易結(jié)垢堵塞，礦漿在柱體內(nèi)易上下翻騰以及對(duì)各類礦石的適應(yīng)性不強(qiáng)。20世紀(jì)80年代以后，許多國(guó)家都加強(qiáng)了對(duì)浮選柱的研究工作，出現(xiàn)了一批比較新穎的的浮選柱，如柱內(nèi)充以波浪板迭置成的介質(zhì)床層，分層處于“靜態(tài)”條件，泡沫層穩(wěn)定且不用專門的發(fā)泡器的充填介質(zhì)浮選柱；在柱底采用電解發(fā)泡方式產(chǎn)生微泡的電浮選柱；在給料下方柱周加線圈，使柱軸向產(chǎn)生縱向磁場(chǎng)，有利于礦漿充分分散的磁浮選柱；內(nèi)置多孔介質(zhì)柱體，重選作用和浮選作用相結(jié)合，強(qiáng)化浮選效應(yīng)的的旋流充氣浮選柱；柱體高度低、給料與空氣預(yù)先混合給入，礦化好，浮選速度快的詹姆森（Jameson）浮選柱等。工業(yè)上應(yīng)用的浮選柱最大直徑已達(dá)5.6m，高12m。

因此，工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用好壞主要取決于充氣器的應(yīng)用是否成功。此外浮選柱柱體較高，欲使礦漿自流，則配置復(fù)雜，高差損失大，因而常需另設(shè)礦漿提升裝置。

我國(guó)磷礦資源比較豐富，已探明的資源儲(chǔ)量?jī)H次于摩洛哥和美國(guó)，居世界第3位。云南、貴州、四川、湖北和湖南5省是我國(guó)主要磷礦資源儲(chǔ)藏地區(qū)，儲(chǔ)量達(dá)98.6億t，占全國(guó)總儲(chǔ)量的74.5%。