氣體射流發泡器性能參數實驗研究

代云年

（中南大學能源科學與工程學院 湖南 長沙 410083 ）

1.實驗儀器與物品

本實驗采用定制浮選柱如圖1(a)，柱高70cm，內徑11cm。浮選柱距底部5cm處開孔，孔徑為4cm，用于安裝與拆卸更換氣泡發生器。氣泡發生器結構如圖1(b)，主要參數有：進氣管管徑D，出口喉管直徑d以及通氣流量。采用氮氣標定的量程為30slm的質量流量控制器，D08-1F的流量顯示儀，氣泡發生器通氮氣發泡。

圖1 (a)實驗室浮選柱 (b)氣泡發生器結構圖

實驗用石英砂作為浮選目標礦物，石英砂含SiO2量達到99.8%以上，滿足基本的純礦物浮選要求，石英砂物理參數如表1。

表1 石英砂物理屬性

使用陽離子捕收劑十二胺（DDA）作為實驗的捕收劑，分子式C14H10Cl2O2。石英的回收率隨pH值升高而增加，在pH值為2~10內石英的回收率基本穩定，因此浮選實驗不另加活化劑。十二胺的相關性質如表2所列。

表2 十二胺物理屬性

2.實驗方法

基于正交實驗設計法，根據正交性準則挑選代表點，通過對實驗結果進行綜合分析，找尋各因素不同水平的最佳組合。由于在實際生產中對浮選效率的影響因素很多，正交實驗能通過比較少的實驗，找出最佳的工作參數。

通過對氣泡發生器的研究及分析，考慮影響氣泡發生器性能的3個因素進行分析，分別為：充氣流量（因素A）、氣泡發生器管徑（因素B）、氣泡發生器出口喉管直徑（因素C）。

在安排實驗時根據浮選實驗可調節范圍選取實驗水平如下：

（1）充氣流量取4個水平：10L/min、15L/min、20L/min、25L/min；

（2）氣泡發生器管徑取4個水平：4mm、6mm、8mm、10mm；

（3）氣泡發生器出口喉管直徑取3個水平：0.5mm、1.0mm、1.5mm。

其因素與水平匯總列于表3中

表3 因素水平表

由于氣泡發生器出口喉管直徑的水平數較少，故采用擬水平法來處理。即虛擬一些水平，使之能排在正交表的多水平列上。本文是一個4×4×3的實驗，本來是不能用L16（43）來安排的。但是，如果我們給3水平因子C再“虛擬”一個水平1.5mm，使它形式上變成一個4水平因子。即C氣泡發生器出口喉管直徑C1=0.5mm，C2=1.0mm，C3=1.5mm，C4=1.5mm。就可以把A、B、C三個因素安排在L16（43）上。

3.實驗過程

圖4

實驗室純礦物浮選實驗裝置連接以及實驗流程示意圖如圖4。

首先采用電子稱稱量一定礦物放入烘干箱烘干，以減少誤差。從烘干箱中取出烘干的礦物即時稱量110g，加水至4.4L進行攪拌，配制礦物的濃度為1g/40ml。稱量十二胺捕收劑0.4078g加入礦物中充分攪拌五分鐘，將礦漿倒入調試好氣流量的實驗室浮選柱，同時秒表開始計時，浮選過程開始，采用刮泡板不斷地進行刮泡，將泡沫置于預先準備好的濾紙上，連續刮泡八分鐘，每分鐘的泡沫都對應一張編號的濾紙。

實驗過程及時進行補水以方便刮泡，并且注意根據秒表按時更換存放泡沫的濾紙。所做實驗在每一天的上午10時至下午3時，以減少環境溫度對浮選效率的影響，得到含泡沫的濾紙放入烘干箱烘干，并稱量。

表5

4.實驗結果分析

根據排好的實驗方案，按各序號規定的實驗條件進行浮選實驗，稱量8分鐘內浮選出礦物的總質量，與原礦物總數量進行對比，計算出回收率，主要計算結果列于表5。

根據公式計算得：2720

對工程平均估計，方差的分析結果表明：因素C的高度顯著，水平C1較好；因素B高度次之，水平B1較好；因素A一般，水平A4較好。最終確定最優條件取A4B1C1。

由4水平因子B的數據II2、III2、IV2可以看出其影響因程度不明顯。即氣泡發生器的管徑在6mm、8mm、10mm時對回收率影響較小，但降低到4mm時，對回收率有著顯著性提高。根據流體力學分析，以A4B1C3與A4B2C3為例，當氣泡發生器管徑從6mm降為4mm時，出口孔板的局部阻力系數ζ降低近200倍，而回收率增加28%。而從8mm降為6mm時，出口孔板的局部阻力系數ζ降低僅為30倍左右。所以造成此種工況的原因應為局部阻力系數的急劇降低導致。

5.結論

采用正交實驗法對影響浮選過程發泡器性能的3種因素進行了研究，主要得出以下結論:

（1）各因素中對實驗室浮選柱回收率影響程度的大小順序為:氣泡發生器出口喉管直徑>充氣流量>氣泡發生器管徑；

（2）當氣泡發生器管徑為4mm時，回收率顯著增加，浮選效果良好，此時的氣泡發生器局部阻力系數降低，形成較好的浮選氣泡體系。