煤炭学报

作者：李晓恒, 王海楠, 郑恺昕, 王利军, 闫小康, 张海军, 刘炯天,

关键词：微细粒矿物, 气泡碰撞, 湍涡, 矿化, 浮选, 流体动力学, 过程强化,

微细矿物分选一直是困扰业界的难题，浮选是分选细粒矿物的主要方法，微细粒矿物质量小、惯性低、动能低，遇气泡易随流线绕流气泡而过，难以摆脱流线与气泡发生接触，与气泡的碰撞概率极低，是导致微细颗粒浮选回收困难的重要原因之一。强湍流流动因能提高颗粒动能以及颗粒–气泡碰撞频次，成为微细粒浮选的必要条件，然而，受制于湍流高频脉动及多尺度涡特征，颗粒、气泡在湍流环境中的运动及矿化过程与层流中差异极大，碰撞机理并不明晰。利用高频粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry, PIV)和高速显微摄像技术测量了各向同性湍流场中流体、颗粒及气泡的微尺度动力学行为，借助小波变换等数学手段，对湍流场的多尺度涡特性进行数学分解，从微观湍流层面解析了湍流小尺度涡运动对颗粒、气泡运动及碰撞过程的影响规律。研究发现：湍流场中微细颗粒运动受制于湍流小尺度涡运动，两者尺度具有相关性，在研究尺度范围内，流场所能够产生的Kolmogorov涡尺度越接近颗粒尺寸，颗粒滑移速度越大，颗粒摆脱流线与气泡发生碰撞的可能性越大；湍涡也会短暂“捕获”气泡且并影响气泡速度及轨迹；与常规碰撞矿化认知不同，大多颗粒在随流场主流宏观运动的过程中，局部跟随微观小尺度涡旋转，气泡在高涡量区内随涡体旋转且自转过程中裹挟颗粒，通过剪切碰撞的方式与颗粒发生矿化。基于此，提出了冲击流、涡流发生器等高涡量小尺度涡场的构涡方法，使浮选流场湍涡运动能有效作用到微细尺度颗粒上，提高微细颗粒–气泡碰撞概率，降低浮选有效回收粒度下限；不同类型纯矿物及实际矿物的浮选试验表明，通过对流场的湍涡调控，切实有效提高了微细矿物颗粒的浮选性能。研究将微细粒矿物浮选的过程强化从“调粒/调泡/调药”扩展到“调涡”，为低品质贫杂难选矿产资源的强化回收提供了新的思路和方法。

来源：2024年第12期

《煤炭学报》期刊编辑部

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