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浮选泡沫的稳定性调控及粉煤灰脱炭研究

作　者: 李国胜
导　师: 刘炯天
学　校: 中国矿业大学
专　业: 矿物加工工程
关键词: 粉煤灰未燃炭浮选泡沫稳定性调控柱浮选脱炭
分类号: TD923
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

粉煤灰中的未燃炭含量过高，直接影响其作为建材产品使用时的质量指标。浮选是目前粉煤灰中未燃炭脱除的主要途径，但与自然矿物的浮选相比，却存在“未燃炭难浮、泡沫稳定性差”的难题，这给传统意义上的矿物浮选带来巨大挑战。鉴于此，本课题提出了基于泡沫稳定性调控的粉煤灰浮选脱炭研究，以期通过泡沫结构、衰变规律及其稳定机制的研究，在这种非自然矿物的浮选泡沫稳定性上实现突破，进而实现粉煤灰的高效分选。论文首先研究了粉煤灰的矿物组成、性质及其脱炭体系的浮选泡沫行为。研究表明，粉煤灰的物质组成以非晶相玻璃体为主，少量晶体相物质也是以浮选活性较低的莫来石和石英为主；相同浮选条件下，脱炭体系的泡沫稳定性远低于自然煤炭的煤泥浮选体系。基于相关分析，论文确立了通过提高泡沫稳定性以强化未燃炭浮选脱除的研究思路与目标，主要研究包括：通过泡沫结构及其衰变规律的研究揭示浮选泡沫的稳定机制；从两相泡沫的稳定性延伸至三相泡沫的稳定调控；基于泡沫稳定调控的粉煤灰高效浮选脱炭研究。以经典泡沫结构理论为基础，采用显微分析的手段，观测了液态泡沫的结构；从理论上分析了引起泡沫衰变的两个排液过程；建立了以高速显微装置为核心的泡沫观测系统，捕捉和观测了泡沫衰变过程中Plateau通道内的排液和气泡之间的兼并现象。建立了气泡兼并行为观测系统和气泡大小测试系统；研究了表面张力、气液界面弹性对气泡生成、气泡兼并及泡沫稳定性的影响规律和作用机制；基于高速显微技术研究了两相邻气泡之间的微观兼并过程。研究表明，起泡剂的表面活性越强，相同浓度下其气液界面弹性就越大，则气泡之间的宏观兼并时间就越长，泡沫的稳定性也就越强；两相邻气泡之间的微观兼并时间在几十毫秒的时间尺度上，并且其兼并过程发生类似弹性物体的伸缩变化。研究了液相粘度对泡沫稳定性的影响。通过水溶性聚合物的添加改变液相粘度，探明了体系起泡能力和泡沫稳定性随液相粘度的变化规律，并在此基础上揭示了起泡剂与增粘剂对体系气液界面弹性和泡沫稳定性的协同作用。观测了三相泡沫的显微结构；通过三相泡沫的析液试验，揭示了疏水性颗粒和亲水性颗粒在泡沫排液中的行为。研究表明：泡沫内的疏水性矿物颗粒主要以粘附在气泡表面的形式存在于泡沫结构内；亲水性矿物颗粒主要以水流夹带的形式分布在Plateau通道和节点内，并且随着泡沫的重力排液过程而随水流排出。研究了粉煤灰矿物组成中的典型颗粒对三相泡沫稳定性的影响，并拓展至不同可浮性的炭质颗粒对三相泡沫稳定性的影响。研究表明：疏水性颗粒粘附在气泡的表面，增大了气泡液膜的机械强度：对于相同颗粒尺度的炭质颗粒，其接触角越大，则稳定泡沫的能力就越强；对于同一种类的炭质颗粒，其粒度越小，则稳定泡沫的能力越强。粉煤灰中的莫来石、石英和非晶漂珠等典型的亲水性颗粒对泡沫的稳定作用有限，而脱炭选厂循环水系统的沉降细泥（-74μm占92.53%）对浮选泡沫具有一定的支撑作用，这对粉煤灰脱炭浮选的泡沫稳定调控具有重要的启示意义。进行了粉煤灰浮选脱炭的捕收剂、起泡剂和增粘剂的选择试验，研究了以强化捕收和粘性起泡为主的药剂强化分选、以细泥循环和药剂循环为主的工艺水循环模式对浮选脱炭效果的影响。开发了具有稳泡特征的粉煤灰柱式浮选脱炭工艺系统，建成了80万吨/年粉煤灰高效脱炭及资源化开发利用生产线，低炭灰产品烧失量在3%以下，达到高端市场对建材用粉煤灰的质量要求。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-7
Abstract  7-9
Extended Abstract  9-17
图清单  17-24
表清单  24-26
变量注释表  26-28
1 绪论  28-50
  1.1 课题来源及背景  28-29
  1.2 粉煤灰浮选脱炭的体系特征及课题的提出  29-35
  1.3 粉煤灰脱炭技术的研究进展  35-38
  1.4 泡沫及其稳定机制的研究进展  38-47
  1.5 研究内容、方法及技术路线  47-50
2 粉煤灰的矿物组成和性质  50-64
  2.1 试验材料及方法  50-51
  2.2 粉煤灰粒群的组成和形貌特征  51-58
  2.3 粉煤灰中的未燃炭粒  58-61
  2.4 浮选脱炭体系的溶液化学特点  61-62
  2.5 本章小结  62-64
3 泡沫体系的结构特点及其衰变机理  64-87
  3.1 泡沫结构观测系统  64-66
  3.2 泡沫体系的结构特征  66-70
  3.3 两维泡沫的显微观测  70-72
  3.4 泡沫的衰变机理  72-85
  3.5 本章小结  85-87
4 基于液相性质调控的两相泡沫稳定机制研究  87-120
  4.1 试验材料、仪器与方法  87-90
  4.2 基于液相表面张力调控的泡沫稳定机制研究  90-113
  4.3 基于液相黏度调控的泡沫稳定机制研究  113-118
  4.4 本章小结  118-120
5 浮选三相泡沫的颗粒效应及稳定机制研究  120-138
  5.1 三相泡沫中的颗粒行为  120-127
  5.2 三相泡沫的显微结构研究  127-129
  5.3 颗粒对三相泡沫稳定性的影响  129-136
  5.4 本章小结  136-138
6 基于泡沫稳定性调控的粉煤灰浮选脱炭研究与实践  138-160
  6.1 基于泡沫稳定性调控的未燃炭脱除试验  138-145
  6.2 粉煤灰高效脱炭工艺的稳泡特征  145-151
  6.3 粉煤灰柱式高效脱炭及资源化开发的工业实践  151-159
  6.4 本章小结  159-160
7 结论与展望  160-164
  7.1 主要结论  160-163
  7.2 主要创新点  163
  7.3 今后研究工作的展望  163-164
参考文献  164-176
作者简历  176-179
学位论文数据集  179

浮选泡沫的稳定性调控及粉煤灰脱炭研究

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