英语原文共 9 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

---

研究磷灰石的浮选的泡沫的形成及其与性能的关系

关键词：浮选；气泡大小；磷灰石；

摘要：浮选性能与气泡碰撞概率和聚合稳定性有关。目前，采矿业的主要挑战之一是细颗粒的浮选和中型气泡（100-1000mu;m）的产生，可以很好的替代增加这些粒子的回收。因此，新的策略里确定和控制气泡大小，以达到预期的直径是非常重要的。本研究旨在描述和控制气泡尺寸分布，并考虑其与浮选性能的关系。用两种不同的方法（离线和在线）来测量气泡尺寸分布。结果表明，添加的表面活性剂可以产生高比例的中等大小的气泡气泡（80-90%）和高的空气保持值（10-12%），是个不错的选择。同时，动力学试验表明气泡尺寸分布和P₂O₅含量的关系。

1简介

磷主要是氮磷钾肥料的一个核心组成部分，但它也被用于动物饲料中的补充剂，食品防腐剂，化妆品，杀菌剂，杀虫剂，洗涤剂，陶瓷，水处理，以及在冶金和制药行业[1，4]。

磷酸盐矿物中发现磷酸岩是主要的全球磷的来源。磷矿石中含有与钙基不同比例的磷的各式各样的副矿物，主要有氟化物、碳酸盐、粘土、石英、硅酸盐和金属氧化物。组成变化组成变化从一个转移到另一个[6,7]。

随着矿床开采的逐步枯竭，联合国对世界食品的需求越来越大，这使得它必须合理使用磷酸盐矿床[8]。泡沫浮选广泛应用于选矿技术分离，细碎的有价值的矿物与脉石矿物的混合物最初出现在纸浆[9]。浮选转化效率低下换句话说就是一个巨大的收入损失和不必要的浪费这些储备[10]。在浮选装置中，浮选柱已得到相当的重视和广泛的使用，这得益于其相比传统装置具有显著的优势[6]。

在浮选过程中，固体颗粒悬浮在水中来接触空气气泡。这个过程是基于不同的矿物的理化性质。试剂添加特殊矿物选择性化学修饰表面产生浮性（疏水性）或非可浮性（亲水性）。疏水性矿物颗粒与气泡的接触和粘附是该过程的一个关键步骤[11]。因此，这个分离过程的主要子过程是泡沫颗粒碰撞，矿物颗粒与气泡的粘附，和脱离[12,13]。

由于这种矿床渐进枯竭,过度的磨矿石加工增加已经完成磷的释放[14]。在此过程中产生大量的细粉。然而,粒子大小是一个关键参数对浮选效率[15]。因此,优化浮选性能的微粒矿物的重点产业[16]。

气泡和颗粒的碰撞的效率直接相关矿物颗粒的大小,和气泡的大小。因此，了解气泡，粒子的相互作用和形式对矿物浮选的改进是非常重要。[17,18]因此，气泡尺寸分布（BSD）在浮选性能[19]起主要作用。

细颗粒物的浮选仍是一个问题，主要原因是低质量和高表面积。低质量可不利于浮选，原因有：低粒子动量与跟随水流趋势；颗粒夹带精矿；机械截留矸石颗粒浮动和低的碰撞概率[13]。另一方面，高表面积直接导致：高溶解水化学和离子对化学反应的非选择性吸附；高浆粘度；在溶液和不理想的表面涂层的有价值的颗粒由细颗粒煤矸石颗粒[13]。因此,最近的发展和改善浮选的微粒流程的基础上,增加碰撞的概率泡沫和矿物粒子间和过程的基础上更有利的气泡和颗粒的接触[19]。大气泡（较大超过1000mu;m）可以在遇到碰撞是低效的和细颗粒与气泡的附着现象。这些粗气泡产生的流体力学的剪切力，使颗粒与气泡间的粘附效率降低。因此，减少气泡大小是一个可能的选择[13]。使用非常小的气泡(小于100mu;m)溶解气体的方法(DAF)增加了碰撞概率。然而，低速度的小气泡上升严重限制了该工艺的进料流量由于[20]。因此，很细的气泡（气泡）具有较低的承载能力，所以导致分离效率降低[21]。因此，中型气泡作为一个好的溶液，与微泡相比，中型气泡具有更高的“升力”，而比粗气泡颗粒具有较高的附着效率，可以达到更好的性能浮选的细颗粒[13]。

气泡大小可以通过改变空气流量和添加表面活性剂来控制[22]。在浮选过程中表面活性剂主要是通过生产小泡沫和泡沫稳定来增加气泡和颗粒碰撞的概率[23]。表面活性剂的加入降低了泡沫聚结和推动泡沫泥浆区向泡沫阶段,由于气泡在空气中停留时间的增加，因此气泡与颗粒的碰撞概率增加[12]。

近几年已经发展了几种确定在两相系统（空气-水）和三相系统（空气-水-矿）气泡尺寸的技术[24]，但其中大多数是限于前者（空气-水），因为在矿石的存在下难以获得气泡尺寸的精确数据。[12,25-30]

考虑到实现更好的浮选性能,气泡大小分布需要特定范围的值，这个过程需要很好的理解，这项研究的目的是研究气泡尺寸的表征与控制它们与浮选性能的关系。使用文丘里管测量在浮选柱获得并产生的气泡。

2材料与方法

浮选试验是在一种丙烯酸分批浮选柱分为三段进行：一个4cm直径，150cm长的圆柱段;一个9.5cm高截头圆锥部;和具有12cm长，直径10cm的第三圆柱部分（图1）。纸浆从顶部送入，空气和洗水流速用流量计测定。水的使用在试验中有6的pH值、浊度0.88和61.2mu;S/cm电导率。

图1 实验仪器

这个实验装置的目的是要产生气泡的不同的尺寸。气泡是由文丘管从底部到12cm的距离装置连接到所述筒状部里产生的。

2.1测量泡沫的大小的方法

2.1.1离线方法

用于测量空气中气泡的离线技术水系统是基于桑塔纳等人的方法报道的[13]。测量气泡的系统中，包括一个泡沫捕捉细胞，显微镜，和一个高分辨率的数码相机，如图2所示测量单元被耦合附于柱上的取样管。因此，气泡被捕获的列在一个流动速率调整，在初步测试中，在那里没有聚结或破裂气泡。测量单元被附连所用到的显微镜数码相机和图像分析软件，立体显微镜是尼康品牌，型号SZM1000。它使用附带卤素灯灯光的显微镜。高速摄像机连接到显微镜MotionScope2000品牌风格。

图2 离线技术方案

2.1.2网上的方法

气泡生成的这两个系统空气-水系统和三相系统（水、空气、矿石），实时测定时间。这种技术包括使用双探针（提供的梅特勒-托利多）：一个射击泡泡（PVM–粒子视觉测量–模型ParticleView V19）和一个测量气泡尺寸分布（FBRM–聚焦光束反射测量模型G400）。这些探测器被改编在实验仪器的角度大约45⁰(图3)。FBRM探头发射的激光的光学模块是仔细地集中在探针显示的外部表面接触的颗粒(泡沫例)。然后，当激光划线的颗粒，脉冲参照该时间进行计算。最后，每个脉冲持续时间乘以激光扫描速度，其结果是该弦颗粒的长度测量。由于这种方法是在线数据被发送到计算机，并在同时，气泡实时处理进行测量和拍摄。

图3 网上的方法示意图

2.2测量空气的方法

Finch和Dobby用于获得空气滞留的技术是相同的[30]。在该技术中，空气通过两者之间的压力差得到滞留的泡沫柱[31]。

2.3实验设计

2.3.1空气-水系统

使用中心合成进行了实验测试设计(CCD)[32]分析操作时间的影响,表面活性剂的浓度和流量(由科莱恩Genagen)在泡沫表面气体速度大小、空气滞留中等大小的泡沫产生的百分比。轴向水平（编码）为1.483。

考虑到气泡尺寸分布[13，17–21,23,28,29]文献分类，在微泡的范围从10–100mu;m和粗泡沫是那些大于1000mu;m，在这项研究中，假设中等大小的气泡的范围100–1000mu;m。

通过离线实验设计（CCD）的各试验技术可以知道，中型气泡的百分比的计算是通过中型气泡的量之间的关系和气泡的总量（计数）的测定得到的。

为了测量气泡的大小，将水填充到柱体里。当空气流率和表面活性剂溶液的流率根据各试验的条件进行调整，再循环处于打开状态，那么气泡就被抓获，并由高分辨率的数码相机将具体操作的时间记录下来。

软件ImageJ用于处理图像数据以及在每个条件测定下大约500个气泡的气泡尺寸分布（BSD）和与此相应的Sauter平均直径分布。实验数据基于响应曲面法的分析[32]。

2.3.2空气-水-矿石系统

在此步骤中，进行运动测试和动力学常数用一阶速率方程估计：

R1=R_infin;（1-e^-kt） （1）

其中R是累计回收，R_infin;代表最终回收，t是停留时间，k是平衡常数。

气泡尺寸分布与浮选性能（P₂O₅含量和浮选回收率）相关。用网上的方法，PVM和FBRM调查显示测量气泡的泡沫区。

本研究中所用的磷酸盐矿石样品为巴雷罗碳酸盐岩复合体，由公司Vale提供（阿拉夏/米纳斯吉拉斯州–巴西）。样本包括来自工业电路的被拿来粉碎，研磨和分类的细颗粒[33]。这种矿石样本的化学组成通过X射线荧光光谱测定法测定，它是由18.98％P₂O₅，22.31％的CaO，20.25％的Fe₂O₃，15.28％组成SiO₂，3.84％的Al，0.6％MgO和3.24％的BaO。

矿石粒度分布通过使用莫尔文粒度分析仪衍射技术光测定。对实验数据进行拟合Rosin-Rammler-Bennett（RRB）模型，其估计的参数为：d63.2=22.0mu;m和n=1.62。颗粒尺寸分布如图4所示（实验数据和RRB模型）。

图4 矿石的粒度分布

其中dp是颗粒直径，X是累积分数。

在试验中所用的捕收剂是米糠油和糊化玉米淀粉是煤矸石抑制剂。两个收集器和抑制剂在水中分别稀释至2.5％和3％的浓度。用10％NaOH溶液来控制pH值。这些试剂（捕收剂和抑制剂）是根据对以往研究中的岩浆磷矿浮选得出的[34-37]。

一旦空气流速和表面活性剂溶液的流动调整后，预处理纸浆送入批量列操作。在同一时间，打开再循环的泵。下一步，洗涤水流量（0.15L/min）是激活和浮动材料收集，直到泡沫层已消失。精矿和尾矿分别为从浮选柱排出，并在110plusmn;0.5^oC烘箱干燥24h后，称重，并通过X射线荧光光谱法测定它们的化学组成。表1显示了操作保持不变的条件。

表1 固定的操作条件

3结果与讨论

3.1 CCD的结果

操作条件和所述中心组合设计（CCD）的结果示于表2中。这些结果是指利用文丘里管入口的压力操作可以产生产生3.5条气泡。

为了说明气泡大小分布的典型行为（BSD），用表面活性剂浓度分别为15 ppm和50 ppm（图5A）（图5B）可以得出如图5所示的BSD的直方图，可以看出，随着表面活性剂浓度的增加，双峰分布趋于单一，即小气泡的形成，如预期增加。

表2 中心复合设计的条件和结果(CCD)

图5 随着表面活性剂浓度得到的气泡尺寸分布（a）和（b）15 ppm 50ppm

这项研究在索特平均直径（D₃₂）从332mu;m（表示微泡的存在）到2107mu;m（粗气泡存在范围系统）的条件下可能会产生微泡，中型的气泡，和粗的气泡。同样地，空气滞留（E_O）和中型气泡（PMSB）变化范围的百分比分别为2.2％至20.4％和26％至92％，如表2所示。

应用多元回归法对实验数据进行分析量化变量的主要影响，交互和二次方程贡献的反应:空气滞留（E_O），索特平均直径（D₃₂），大中型气泡（PMSB）的百分比。在这种回归，自变量转化成因次形式（编码）[32]根据公式（3）-（6），如在表3中，其中也显示实验的范围内示出值。

表3 编码的变量和实验值的范围

在矩阵表示法中，方程（7）-（9）的是对于下面这些响应的拟合方程：空气滞留（Y1），索特平均直径（Y2），和中型气泡的百分比（Y3），分别为独立变量在编码形式中的作用（表3）。

结果表明，公式（7）、（8）解释了空气中99％的数据的变异性（R²）。反过来，由公式（9）解释92%对索特平均直径数据的变异性；和数据的87%中等泡沫的百分比变化。

表4各回归方程的统计指标。这些回归分析表明残差是独立同分布的根据均值为零的正态分布方差。

表4 影响估计和标准偏差为一列中的浮选产生的气泡

分析参数的拟合方程(方程式。(7)-(9))表明所有的独立变量影响了三个响应。作为参数值表示，表面气体速度（X₁）和表面活性剂（X₂）的浓度对空气滞留值和索特平均粒径分别有很大影响。这些结果是定性预期，但是从这些方程可以量化这些效果。

图6-8显示由式（7）-（9）分别得到的响应曲面。图6和图7分别表示表观气体的影响速度和表面活性剂上的空气滞留的浓度（E_O），并用索特平均粒径（D₃₂）表示。

图6 响应面空气滞留表面气体速度的函数和表面活性剂的浓度。

图7 D₃₂作为函数的响应面表面气体速度和表面活性剂的浓度。

图8 响应面比例的中型泡沫表面气体速度的函数和表面活性剂的浓度

图6显示了在一个区域表面气体速度之间1.2和2.4 cm/s实现的最高空气滞留的价值(12-14%)和上面的表面活性剂浓度30 ppm。在图7看来，同样值得注意的是，这一系列的表面气体速度（1.2和2.4cm/s/）对应于在低浓度的表面活性剂的粗，中等大小的气泡。在高表面活性剂浓度条件下，D₃₂值似乎表明一个BSD与高生产中型气泡。

图8显示了表观气速的影响在中型泡沫比例的表面活性剂浓度（PMSB）。表观气速的二次效应随着表面活性剂浓度及其作用（见式（9

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

---

资料编号：[147974]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word