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一种新型浮选柱发泡器生成气泡特性研究.pdf
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2022-02-17
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【浮选柱发泡器研究】本研究关注的是一种新型浮选柱——微泡-逆流接触式浮选柱的气泡发生器。浮选柱是矿物分选的关键设备,尤其在处理微细粒矿物时,其效率和适应性至关重要。这种新型浮选柱在设计上更完善,通过喷枪式微泡发生器产生细小均匀的气泡,增加与矿粒的接触面积,从而提高分选效率和金属回收率。 研究中,研究人员在自行设计的浮选柱模拟系统中,对气泡发生器进行了系统性的研究。通过高速摄像记录仪捕获气泡图像,并运用图像处理软件分析气泡直径和速度。研究表明,随着充气量的增加,气泡平均直径增大,气泡尺寸分布变宽,微气泡数量减少。在充气量Q=4 L/min时,气泡尺寸分布均匀且微气泡生成充足。 此外,研究揭示了气泡上升速度与充气量和气泡尺寸的关联。通过数据分析,提出了一个指数关系式来描述浮选柱气泡发生器生成的气泡上升速度与尺寸之间的关系。这为优化气泡发生器结构和提升浮选柱在实际应用中的性能提供了理论基础。 试验部分,使用了由9mm内管和Φ21mm外管组成的气泡发生器,外管表面有微米级孔洞,气体通过这些孔洞形成气泡。试验装置包括浮选柱控制台、模拟浮选柱、高速摄像记录仪等,通过调节气体流量在2~5 L/min之间,研究不同充气条件下的气泡特性和上升速度。为了减小误差,每个充气量条件下的测量次数不少于3次。 总结来说,这项研究深入探讨了浮选柱气泡发生器的气泡生成特性,尤其是在微气泡生成和气泡尺寸分布上的影响因素,为改进浮选设备和提高矿物分选效率提供了重要参考。未来的研究可以进一步探究这些发现如何应用于实际的工业生产中,以优化浮选过程并实现资源的高效回收。
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资源详情
资源评论
2020 年
·
190
·
矿产综合利用
Multipurpose Utilization of Mineral Resources
一种新型浮选柱发泡器生成气泡特性研究
梁冰,韩苗苗,韩继康,王伟之
(华北理工大学矿业工程学院,河北 唐山 063210)
摘要:在自行设计的浮选柱模拟系统中
,
对一种新型浮选柱微泡 - 逆流接触式浮选柱气泡发生器的发泡特
性进行系统研究
;
以发泡器产生的气泡为研究对象
,
通过高速摄像记录仪获取气泡图像
,
采用图像处理软件对
气泡直径及速度进行提取
、
统计
,
考察气泡发生器在不同充气条件下气泡密度及气泡尺寸分布特征
,
探索生成
气泡的尺寸和速度之间的对应关系
。
研究结果表明
,
随充气量增大
,
气泡平均直径增大
,
气泡尺寸分布由变宽
,
微气泡数量减少
;
在充气量 Q=4 L/min 时
,
气泡尺寸分布比较均匀且产生充足的微气泡
;
气泡上升速度主要取
决于充气量和气泡尺寸
,
通过试验数据分析
,
提出了该浮选柱气泡发生器生成气泡上升速度与尺寸之间的指数
关系式
。
关键词:浮选柱
;
气泡发生器器
;
充气量
doi:10.3969/j.issn.1000-6532.2020.03.033
中图分类号
:
TD951 文献标志码
:
A 文章编号
:
1000-6532
(
2020
)
03-0190-07
收稿日期
:
2019-05-28
;
改回日期
:
2019-06-20
基金项目
:
国家自然科学基金 (51804123)
;
华北理工大学研究生创新项目 (CXZZB2019128)
;
华北理工大学青年基
金项目 (Z201711)
作者简介
:
梁冰
(
1986-
),
男
,
博士研究生
,
讲师
,
主要从事矿物分选理论及工艺研究
。
通讯作者
:
王伟之 (1974-)
,
女
,
博士
,
教授
,
主要从事矿物分选理论及工艺研究
。
1 引 言
微泡 - 逆流接触式浮选柱由湖南中工矿业工
程技术有限公司研制
,
是一种分选效率高
、
适应
能力强
、
更适合微细粒矿物分选的高效分选设备
。
相比传统浮选机和常规浮选柱
,
其结构和原理更
加完善
,
不仅具有柱浮选高选择性
、
高富集比特
性
,
更重要的是该设备中引入喷枪式微泡发生器
,
使柱内气泡细小均匀
,
表面积大
,
在逆流条件下
与矿粒接触机会更多
,
消除了有用矿物在浮选过
程中的
“
短路
”
现象
,
在保证精矿品位的前提下
,
能够保证较高的金属回收率
。
课题组将其应用于
微细粒赤铁矿
(
矿物嵌布粒度
<
45
μ
m
)
浮选流程
中
,
在保证精矿品位前提下回收率显著提高
,
实
现了资源的高效回收
[1-3]
。
发泡器是浮选柱的核心部件
,
产生的气泡是
浮选过程的主要载体
,
其在矿浆中的分布直接影
响着浮选柱的浮选效率
。
而目前对于浮选柱的研
究多集中于工业应用方面
[4-7]
,
而对于发泡器产生
的气泡特性研究较少
,
本文即针对微泡 - 逆流接触
式浮选柱
,
借助高速摄像记录仪
,
在清水条件下
记录浮选柱内气泡发生器生成气泡的运动特征
,
将采集到的气泡图像利用 MATLAB 软件进行自动
分析
。
考察气泡发生器在不同充气条件下气泡的
速度及气泡尺寸分布特征
,
探索生成的气泡尺寸
和上升速度之间的对应关系
,
研究结果可为气泡
发生器的结构优化及浮选柱的工业应用提供一种
理论指导
。
万方数据
第 3 期
2020 年 6 月
·
191
·
2 试验部分
2.1 气泡发生器
试验所用发泡器见图1-(a)
,
发泡器由
9 mm 内管和
Φ
21 mm 外管组成
,
外管高 85 mm
,
由亲水型高分子材料构成
,
表面是微米级孔洞
,
从 SEM 扫描电镜图 1-(b) 可看出发泡外管孔洞形
状和大小
。
浮选柱工作时
,
气体由空气压缩机给入
,
经
由发泡器底端进入发泡器
,
由内管表面气孔释放
,
再由发泡器外管表面的微小孔洞喷出形成气泡
,
见图 1-(c)
。
图 1 气泡发生器
Fig. 1 Bubble generator
2.2 试验装置与流程
试验在浮选柱模拟系统中进行
。
试验装置包
括浮选柱控制台
、
模拟浮选柱
、
TS3-100S 高速摄
像记录仪
、
气体质量流量计
(
MF5706-N-25
)、
LED 照明系统
、
气路系统及计算机数据采集系
统 7 个部分
。
模拟浮选柱是一个长 50 mm
、
宽 50
mm
、
高 400 mm 的自制实验室方柱
,
柱上有气体
入口
,
柱底安装发泡器
。
试验在常温下进行
,
试
验过程中水由方柱上端给入
,
底端排出
,
全程液
体量保持不变
;
气体由空气压缩机给入方柱底端
的入气口
,
通过气体质量流量计调节充气量大小
,
用高速摄像记录仪记录不同充气量条件下发泡器
产生气泡的情况
。
依据浮选柱特性
,
调整给入模
拟浮选柱的气体流量 Q 为 2 ~ 5 L/min
。
2.3 数据处理
试验中采用高速摄像记录仪获取气泡图像
。
高速摄像记录仪与发泡器间保持焦距不变
,
试验
中调节充气阀直至充气量稳定
,
待发泡器稳定工
作后记录充气条件下的气泡群图片
。
为减少偶然
误差
,
试验中每个充气量条件下的测量次数在 3
次以上
。
将拍摄的原始图片使用 MATLAB 图像软件进
行处理
,
主要分为五步
:
(
1
)
使用自动阈值分割算法在所给定的图像
中计算出阈值
,
如 m 代表均值
,σ
代表方差
,
则
阈值定为 m+2
σ。
(
2
)
分割后的图像中因气泡中有较多反光或
本身中空引起的黑色区域
,
使用形态学操作对气
泡做 7 次闭运算
,
以对气泡进行修复和填补
。
(
3
)
通过联通区域查找获得与边界融合的气
泡
,
对于彼此重叠的气泡和单个气泡通过气泡的
面积或形状区分
。
(
4
)
使用霍夫变换进行椭圆检测
,
设定霍夫
变换的阈值检测出单独的气泡
。
(
5
)
分别检测连续多帧气泡图像的气泡直径
、
速度
,
根据不同气泡直径的大小进行统计分析
。
气泡等效直径 di 表示为
:
(1)
(
2
)
式中
:
Si 为气泡成像后在平面的投影面积
,
l
为原始图像的参考长度
。
参考相关文献
[8]
,
采用萨德直径表示气泡群
的平均直径 (d
32
)
,
定义为
:
(
3
)
式中
,
n 表示气泡的个数
;
di 表示气泡直
径
(
mm
)
气泡速度主要是对气泡运动特征的分析
,
核心是对气泡进行定位
。
采用几何中心法对
,
气
梁冰等
:
一种新型浮选柱发泡器生成气泡特性研究
万方数据
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Lee达森
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