浮選工藝中氣泡發(fā)生器的研究與進展

程敏

摘 要：氣泡發(fā)生器作為浮選柱中最為關鍵的部件，它的結構與性能直接影響到氣泡的尺寸、分布以及數密度，進而影響到浮選效率。隨著浮選工藝的發(fā)展，氣泡發(fā)生器的結構和類型也發(fā)生了較大的變化。本文綜述了不同類型氣泡發(fā)生器的發(fā)泡原理及性能差異，并對氣泡發(fā)生器今后的發(fā)展進行了展望。

關鍵詞：浮選；氣泡發(fā)生器；發(fā)泡方式；發(fā)泡原理

1.前言

浮選工藝是煤泥分選過程中應用最為廣泛的一種工藝，它主要是利用礦物表面理化性質的差異對礦物顆粒進行選別。氣泡發(fā)生器是浮選柱最為關鍵的部件，一臺分選效果良好的浮選柱離不開性能優(yōu)異的氣泡發(fā)生器。傳統(tǒng)的氣泡發(fā)生器多為內部氣泡發(fā)生器，在浮選過程中經常出現堵塞嚴重、更換困難、參數易變等問題而一度限制了浮選柱的發(fā)展。為了扭轉這一現狀，一些性能優(yōu)異的外部氣泡發(fā)生器應運而生，外部氣泡發(fā)生器的出現有效緩解了氣泡發(fā)生器易堵塞的問題，改善了氣泡發(fā)生器的充氣性能，為浮選柱的發(fā)展提供了新的方向。

2.氣泡發(fā)生器的分類

氣泡發(fā)生器種類繁多，按供氣方式不同可分為自吸氣式和壓氣式；按氣泡發(fā)生器安裝位置不同可分為內部氣泡發(fā)生器和外部氣泡發(fā)生器。其中內部氣泡發(fā)生器主要有立管發(fā)泡器、過濾盤式、礫石床層及電解式發(fā)泡器等幾種；外部氣泡發(fā)生器主要有自吸式微泡發(fā)生器、 旋流器式氣泡發(fā)生器、 氣 / 水型氣泡發(fā)生器 、美國礦業(yè)局型氣泡發(fā)生器、多孔文氏管氣泡發(fā)生器等[1]。

3.發(fā)泡方式

發(fā)泡方式是影響氣泡發(fā)生器性能的重要因素，發(fā)泡方式不同產生的氣泡性能也有所不同。常見的發(fā)泡方式有微孔發(fā)泡、剪切發(fā)泡、降壓或升溫發(fā)泡、射流發(fā)泡、電解發(fā)泡等。不同的發(fā)泡方式有其各自的優(yōu)缺點，其中微孔發(fā)泡設備簡單、氣體利用率高，但發(fā)泡材料易堵塞，影響正常運作；降壓或升溫發(fā)泡所需時間較長且不易控制；電解發(fā)泡對極板損耗較大，運行成本高；剪切發(fā)泡產生的氣泡尺寸受液體紊流度及持續(xù)混合時間影響較大。相比之下射流發(fā)泡產生的氣泡均勻、直徑較小，克服了傳統(tǒng)微孔發(fā)泡易堵塞的問題，是目前最常用的發(fā)泡方式。[2]

4.氣泡發(fā)生器的發(fā)泡原理及性能差異

4.1內部氣泡發(fā)生器

4.1.1立管氣泡發(fā)生器

將多孔介質材料裝于伽立管的上下端，再將其均勻分布在浮選柱底部，最后將經過裝填的伽立管與空壓機管網相連接，形成立管氣泡發(fā)生器。這種發(fā)泡器的缺點是礦漿容易在多孔材料上附著造成發(fā)泡器堵塞，因此應用受到一定限制。

4.1.2過濾盤式氣泡發(fā)生器

過濾盤式氣泡發(fā)生器是在盤式過濾機的過濾盤上蒙上一層濾布將其放于柱體底部充當發(fā)泡器。這種發(fā)泡器產生的氣泡較為均勻，但濾布容易磨損和堵塞，因此需要時常更換[3]。

4.1.3礫石床層氣泡發(fā)生器

礫石床層氣泡發(fā)生器是將直徑在8-20mm的礫石放置于上下篩子構成的網格中，形成厚度為500 ～600mm的礫石床層，氣體通過床層之間的空隙形成氣泡。這種氣泡發(fā)生器堵塞相對較輕，但是耗氣量大，氣體的尺寸不易控制且氣泡尺寸較大[4]。

4.1.4電解氣泡發(fā)生器

電解氣泡發(fā)生器通常安裝于柱體底部，通過極板電解水產生氣泡，此種氣泡發(fā)生器產生的氣泡均勻且氣泡直徑較小，但極板損耗大，能耗和費用較高。

4.2 外部氣泡發(fā)生器

4.2.1自吸式微泡發(fā)生器

自吸式氣泡發(fā)生器由噴嘴、吸氣室、喉管、擴散管四部分組成，其工作原理類似于液氣射流泵，以循環(huán)礦漿作為工作介質[5]。加壓礦漿通過噴嘴噴出后形成高速射流，此時吸氣室內呈現負壓狀態(tài)氣體不斷被吸入，射流表面與空氣之間產生摩擦，流體質點與空氣質點進行換位并被射流高速帶走。該氣泡發(fā)生器主要采用射流成泡的方式，充氣數量及質量都可得到保證且氣泡發(fā)生器不易被堵塞和失效[6]。

4.2.2旋流器式氣泡發(fā)生器

旋流器式氣泡發(fā)生器是利用礦漿高速通過噴嘴產生負壓，空氣被吸入混合腔與礦漿混合產生氣泡[7]。該氣泡發(fā)生器產生的氣泡數密度大、捕收速率快、對細粒級礦物浮選效果良好且不易堵塞，但其產生的氣泡不均勻，氣泡略有偏析現象。

4.2.3水/空氣噴射式氣泡發(fā)生器

水/空氣噴射式氣泡發(fā)生器是將空氣和水高速注入到環(huán)狀水室中混合，然后通過噴嘴排出產生大量氣泡。這種氣泡發(fā)生器產生的氣泡直徑較小，浮選效率高且無堵塞現象；但發(fā)泡器所需工作壓力大，運行時由于加入了水的緣故，使得礦漿被稀釋，其濃度和pH值有所改變[8]。

4.2.4 空氣噴射式氣泡發(fā)生器

空氣噴射式氣泡發(fā)生器主要有兩種：一種是加拿大Miov EX Technologies公司研制的空氣噴射裝置，另一種是加拿大CPT公司研制的Slam Jet？分散器。前者由針閥與氣泡噴霧孔組成，結構簡單、使用壽命長，可產生直徑為0.5-3mm的微氣泡；后者由一組空氣岐管組成，通過將壓縮空氣破碎成泡產生微氣泡[9，10]。

4.2.5 Microcel氣泡發(fā)生器

Microcel氣泡發(fā)生器是一種利用礦漿/空氣懸浮液在剪切力作用下形成微氣泡的發(fā)泡裝置[11]，其操作簡單，不易堵塞，具有易于更換和可在線調節(jié)氣泡大小的優(yōu)點，但對加工精度要求較高。

4.2.6多孔文氏管

多孔文氏管是利用多孔介質高速剪切氣液混合流而產生氣泡，當水高速流過多孔管時，管內壓力低于大氣壓，空氣被吸入管內與水混合，在多孔介質剪切力的作用下形成微泡[12]。當壓力釋放時，大量微泡析出，并沿著切線方向進入旋流段。

5.結論與展望

目前對氣泡發(fā)生器的研究還主要集中在發(fā)泡方式和發(fā)泡性能上，對發(fā)泡材料及氣泡發(fā)生器的自動化研究相對較少，后續(xù)可加大這方面的研究使氣泡發(fā)生器的發(fā)展邁上一個新的臺階。

參考文獻：

[1] 桂夏輝， 劉炯天， 曹亦俊， 等. 氣泡發(fā)生器結構性能的研究與進展[J]. 選煤技術， 2009， （2）： 66-70.

[2] 代敬龍， 謝廣元， 劉姍姍， 等. 浮選氣泡尺寸影響因素分析[J]. 選煤技術， 2007， （5）： 7-10.

[3] 王紀瑞， 焦陽. 盤式過濾機應用于浮選精礦可行性的研究[J]. 礦山機械， 2007， （11）： 95-97.

[4] 陳泉源， 張涇生. 浮選柱的研究與應用[J]. 礦冶工程， 2000， （03）： 1-5.

[5] 陸宏圻. 射流泵技術的理論及應用 [M]. 水利電力， 1989.

[6] 劉炯天， 王永田. 自吸式微泡發(fā)生器充氣性能研究[J]. 中國礦業(yè)大學學報， 1998， （1）： 27-31.

[7] 康文澤， 陳俊濤， 許占賢. 浮選旋流器氣泡發(fā)生器大型化研究[J]. 煤炭技術， 2002， 21（6）： 40-41.

[8] 今井哲男， 晨洋. 浮選柱技術的發(fā)展[J]. 國外金屬礦選礦， 2000， （8）： 17-20.

[9] 邵延海. 浮選柱氣泡發(fā)生器充氣性能及應用研究[D]； 中南大學， 2004.

[10] 陳珺， 吳杰. CPT浮選柱在錫銅硫化礦浮選中的應用[J]. 礦冶， 2017， 26（4）： 67-70.

[11] А.卡佐爾拉， J.М.希門尼斯， Т.蒙雷頓， 等. Microcel氣泡發(fā)生器在西班牙選礦廠浮選柱上的應用[J]. 礦業(yè)工程， 1997， （4）： 44-49.

[12] 陳志友， 陳湘清， 李旺興， 等. 浮選柱氣泡發(fā)生器的研究與進展[J]. 煤炭加工與綜合利用， 2008， （02）： 19-21.