气体射流发泡器性能参数实验研究

代云年

（中南大学能源科学与工程学院 湖南 长沙 410083 ）

1.实验仪器与物品

本实验采用定制浮选柱如图1(a)，柱高70cm，内径11cm。浮选柱距底部5cm处开孔，孔径为4cm，用于安装与拆卸更换气泡发生器。气泡发生器结构如图1(b)，主要参数有：进气管管径D，出口喉管直径d以及通气流量。采用氮气标定的量程为30slm的质量流量控制器，D08-1F的流量显示仪，气泡发生器通氮气发泡。

图1 (a)实验室浮选柱 (b)气泡发生器结构图

实验用石英砂作为浮选目标矿物，石英砂含SiO2量达到99.8%以上，满足基本的纯矿物浮选要求，石英砂物理参数如表1。

表1 石英砂物理属性

使用阳离子捕收剂十二胺（DDA）作为实验的捕收剂，分子式C14H10Cl2O2。石英的回收率随pH值升高而增加，在pH值为2~10内石英的回收率基本稳定，因此浮选实验不另加活化剂。十二胺的相关性质如表2所列。

表2 十二胺物理属性

2.实验方法

基于正交实验设计法，根据正交性准则挑选代表点，通过对实验结果进行综合分析，找寻各因素不同水平的最佳组合。由于在实际生产中对浮选效率的影响因素很多，正交实验能通过比较少的实验，找出最佳的工作参数。

通过对气泡发生器的研究及分析，考虑影响气泡发生器性能的3个因素进行分析，分别为：充气流量（因素A）、气泡发生器管径（因素B）、气泡发生器出口喉管直径（因素C）。

在安排实验时根据浮选实验可调节范围选取实验水平如下：

（1）充气流量取4个水平：10L/min、15L/min、20L/min、25L/min；

（2）气泡发生器管径取4个水平：4mm、6mm、8mm、10mm；

（3）气泡发生器出口喉管直径取3个水平：0.5mm、1.0mm、1.5mm。

其因素与水平汇总列于表3中

表3 因素水平表

由于气泡发生器出口喉管直径的水平数较少，故采用拟水平法来处理。即虚拟一些水平，使之能排在正交表的多水平列上。本文是一个4×4×3的实验，本来是不能用L16（43）来安排的。但是，如果我们给3水平因子C再“虚拟”一个水平1.5mm，使它形式上变成一个4水平因子。即C气泡发生器出口喉管直径C1=0.5mm，C2=1.0mm，C3=1.5mm，C4=1.5mm。就可以把A、B、C三个因素安排在L16（43）上。

3.实验过程

图4

实验室纯矿物浮选实验装置连接以及实验流程示意图如图4。

首先采用电子称称量一定矿物放入烘干箱烘干，以减少误差。从烘干箱中取出烘干的矿物即时称量110g，加水至4.4L进行搅拌，配制矿物的浓度为1g/40ml。称量十二胺捕收剂0.4078g加入矿物中充分搅拌五分钟，将矿浆倒入调试好气流量的实验室浮选柱，同时秒表开始计时，浮选过程开始，采用刮泡板不断地进行刮泡，将泡沫置于预先准备好的滤纸上，连续刮泡八分钟，每分钟的泡沫都对应一张编号的滤纸。

实验过程及时进行补水以方便刮泡，并且注意根据秒表按时更换存放泡沫的滤纸。所做实验在每一天的上午10时至下午3时，以减少环境温度对浮选效率的影响，得到含泡沫的滤纸放入烘干箱烘干，并称量。

表5

4.实验结果分析

根据排好的实验方案，按各序号规定的实验条件进行浮选实验，称量8分钟内浮选出矿物的总质量，与原矿物总数量进行对比，计算出回收率，主要计算结果列于表5。

根据公式计算得：2720

对工程平均估计，方差的分析结果表明：因素C的高度显著，水平C1较好；因素B高度次之，水平B1较好；因素A一般，水平A4较好。最终确定最优条件取A4B1C1。

由4水平因子B的数据II2、III2、IV2可以看出其影响因程度不明显。即气泡发生器的管径在6mm、8mm、10mm时对回收率影响较小，但降低到4mm时，对回收率有着显著性提高。根据流体力学分析，以A4B1C3与A4B2C3为例，当气泡发生器管径从6mm降为4mm时，出口孔板的局部阻力系数ζ降低近200倍，而回收率增加28%。而从8mm降为6mm时，出口孔板的局部阻力系数ζ降低仅为30倍左右。所以造成此种工况的原因应为局部阻力系数的急剧降低导致。

5.结论

采用正交实验法对影响浮选过程发泡器性能的3种因素进行了研究，主要得出以下结论:

（1）各因素中对实验室浮选柱回收率影响程度的大小顺序为:气泡发生器出口喉管直径>充气流量>气泡发生器管径；

（2）当气泡发生器管径为4mm时，回收率显著增加，浮选效果良好，此时的气泡发生器局部阻力系数降低，形成较好的浮选气泡体系。