D0I:10.13374/i.issnl00113.2007.08.002 第29卷第8期 北京科技大学学报 Vol.29 No.8 2007年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug:2007 逆流浮选柱柱径及柱高的设计 徐进永周凌锋张强 北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083 摘要论述了柱径与柱高对逆流浮选柱浮选过程的影响，提出了气阻，面积负荷的概念·通过研究矿化气泡的受力及运动， 建立了表征矿浆运动的理论模型，并对模型的参数做了经验处理·给出了用矿浆流速确定柱径、用柱径和浮选柱容积来确定 柱高的设计方法，通过对细粒钼铋矿物的回收实验表明，在同等实验条件下，无论是精矿品位还是回收率，按该方法设计的柱 体浮选效果明显好于其他尺寸的柱体 关键词逆流浮选柱；柱径：柱高：设计 分类号TD923 旋流微泡浮选柱的结构和浮选过程已有很多资 上运动偏析，也影响浮选效果。下面从限制矿浆流 料做了详细报道山，在旋流微泡浮选柱的浮选过程 速出发来设计柱径，再以柱径及柱容积来计算柱高· 中，从柱体上部入口给进的原矿浆与从柱体下部循 环入口进入的气泡矿浆做逆向运动]，这段逆流浮 2逆流浮选柱矿浆运动的理论模型 选长度称作粗选段高度，即柱高H.在以往的浮选 2.1矿化气泡的受力及运动 柱设计中，这段逆流浮选柱的设计通常是在浮选柱 气泡和矿化气泡（简称矿泡）在矿浆中运动时， 容积确定后，按经验估算柱高H,再算出柱径D,然 主要受浮力与阻力作用，其运动规律是非常复杂的 而这种按经验的估算方法缺乏科学的依据，不能保 首先，气泡大小不一、形状变异，且不断兼并与破裂， 证数据的合理性，因而影响了浮选柱的浮选效果 导致受力不均，升速改变，运动轨迹不规则；其次，对 本文通过研究矿化气泡的受力及运动建立了表征矿 气泡群而言，其矿化程度是逐渐增加的，故矿化气泡 浆运动的理论模型，并对模型的参数做经验处理，从 的体积、密度、黏性是矿泡上升位置的函数：再次，矿 而得出以限制矿浆流速设计柱径，以柱径和浮选柱 化气泡在矿浆中的浮升运动属于干扰运动，矿化气 容积来计算柱高的设计方法，并用浮选实验对该设 泡之间、矿化气泡与矿粒之间都有相互作用，尤其 计方法进行了验证， 在接近分离槽顶部泡沫层的位置时，泡沫密集度大， 干扰作用更强，使矿化气泡升速减慢，干扰效应对矿 1柱径、柱高对逆流浮选柱浮选过程 化气泡升速的影响比气泡尺寸效应的影响更显 的影响 著].因此，在逐渐增大浆速时，气阻现象首先发生 在分离槽顶部. 对于特定的浮选柱操作，矿浆入量是一定的，充 列维治等认为附着起泡剂的气泡有点像坚固的 气量是作为服从参数调定的.因此，浮选柱直径决 球体[，赖亚在论述水中单个气泡时指出直径小于 定柱内刊矿浆的流速和矿化气泡的上升流速，当浮选 0.2mm的小气泡在水中的行为和坚实的固体一 柱直径减小时，矿浆、气泡流速必须增大才能保证一 样可，他们都给出了不同尺寸的单个气泡在纯水和 定的矿浆和气泡量顺利通过.然而，流速增大时矿 污水中的末速图，该图汇集了14位各国研究者在不 浆对气泡的黏滞阻力也增大，当黏滞阻力足够大 同时期绘制的实验曲线，王永田根据这些曲线分析 时，气泡上浮会被矿浆所阻拦，不能正常浮升，这种 了旋流微泡浮选柱的气泡柱径分布6]：当d< 现象称为气阻，此时的矿浆流速称为气阻浆速，气阻 100m时，气泡体积分数为10%；当d为100~ 会导致浮选过程失败，从该意义考虑，浮选柱直径 500m时，气泡体积分数为77.5%；当d>500m 较大为好，但柱径过大会导致矿浆与气泡在柱截面 时，气泡体积分数为9.5%：加权平均直径d。为 收稿日期：2006-03-02修回日期：2006-06-28 316m: 作者简介：徐进永(1973-)，男，博士研究生：张强(1940一)，男， 2.2矿泡等速运动方程与气阻浆速 教授，博士生导师 为使问题简单化，将矿化气泡假设为球形，其结逆流浮选柱柱径及柱高的设计 徐进永 周凌锋 张 强 北京科技大学土木与环境工程学院‚北京100083 摘 要 论述了柱径与柱高对逆流浮选柱浮选过程的影响‚提出了气阻、面积负荷的概念．通过研究矿化气泡的受力及运动‚ 建立了表征矿浆运动的理论模型‚并对模型的参数做了经验处理．给出了用矿浆流速确定柱径、用柱径和浮选柱容积来确定 柱高的设计方法．通过对细粒钼铋矿物的回收实验表明‚在同等实验条件下‚无论是精矿品位还是回收率‚按该方法设计的柱 体浮选效果明显好于其他尺寸的柱体． 关键词 逆流浮选柱；柱径；柱高；设计 分类号 TD923 收稿日期：2006-03-02 修回日期：2006-06-28 作者简介：徐进永（1973—）‚男‚博士研究生；张 强（1940—）‚男‚ 教授‚博士生导师 旋流微泡浮选柱的结构和浮选过程已有很多资 料做了详细报道［1］．在旋流微泡浮选柱的浮选过程 中‚从柱体上部入口给进的原矿浆与从柱体下部循 环入口进入的气泡矿浆做逆向运动［2］‚这段逆流浮 选长度称作粗选段高度‚即柱高 H．在以往的浮选 柱设计中‚这段逆流浮选柱的设计通常是在浮选柱 容积确定后‚按经验估算柱高 H‚再算出柱径 D．然 而这种按经验的估算方法缺乏科学的依据‚不能保 证数据的合理性‚因而影响了浮选柱的浮选效果． 本文通过研究矿化气泡的受力及运动建立了表征矿 浆运动的理论模型‚并对模型的参数做经验处理‚从 而得出以限制矿浆流速设计柱径‚以柱径和浮选柱 容积来计算柱高的设计方法‚并用浮选实验对该设 计方法进行了验证． 1 柱径、柱高对逆流浮选柱浮选过程 的影响 对于特定的浮选柱操作‚矿浆入量是一定的‚充 气量是作为服从参数调定的．因此‚浮选柱直径决 定柱内矿浆的流速和矿化气泡的上升流速．当浮选 柱直径减小时‚矿浆、气泡流速必须增大才能保证一 定的矿浆和气泡量顺利通过．然而‚流速增大时矿 浆对气泡的黏滞阻力也增大．当黏滞阻力足够大 时‚气泡上浮会被矿浆所阻拦‚不能正常浮升‚这种 现象称为气阻‚此时的矿浆流速称为气阻浆速‚气阻 会导致浮选过程失败．从该意义考虑‚浮选柱直径 较大为好‚但柱径过大会导致矿浆与气泡在柱截面 上运动偏析‚也影响浮选效果．下面从限制矿浆流 速出发来设计柱径‚再以柱径及柱容积来计算柱高． 2 逆流浮选柱矿浆运动的理论模型 2∙1 矿化气泡的受力及运动 气泡和矿化气泡（简称矿泡）在矿浆中运动时‚ 主要受浮力与阻力作用‚其运动规律是非常复杂的． 首先‚气泡大小不一、形状变异‚且不断兼并与破裂‚ 导致受力不均‚升速改变‚运动轨迹不规则；其次‚对 气泡群而言‚其矿化程度是逐渐增加的‚故矿化气泡 的体积、密度、黏性是矿泡上升位置的函数；再次‚矿 化气泡在矿浆中的浮升运动属于干扰运动‚矿化气 泡之间、矿化气泡与矿粒之间都有相互作用．尤其 在接近分离槽顶部泡沫层的位置时‚泡沫密集度大‚ 干扰作用更强‚使矿化气泡升速减慢‚干扰效应对矿 化气泡升速的影响比气泡尺寸效应的影响更显 著［3］．因此‚在逐渐增大浆速时‚气阻现象首先发生 在分离槽顶部． 列维治等认为附着起泡剂的气泡有点像坚固的 球体［4］‚赖亚在论述水中单个气泡时指出直径小于 0∙2mm 的小气泡在水中的行为和坚实的固体一 样［5］‚他们都给出了不同尺寸的单个气泡在纯水和 污水中的末速图‚该图汇集了14位各国研究者在不 同时期绘制的实验曲线．王永田根据这些曲线分析 了旋流微泡浮选柱的气泡柱径分布［6］：当 d ＜ 100μm时‚气泡体积分数为10％；当 d 为100～ 500μm时‚气泡体积分数为77∙5％；当 d＞500μm 时‚气泡体积分数为9∙5％；加权平均直径 dc 为 316μm． 2∙2 矿泡等速运动方程与气阻浆速 为使问题简单化‚将矿化气泡假设为球形‚其结 第29卷 第8期 2007年 8月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．8 Aug．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．08．002