摘 要

微细粒处理在多领域显示出巨大的应用前景，值得深入研究。泡沫浮选是一种很好的分离微细粒的技术，但是当颗粒尺寸小于10 μm时，浮选效率有所下降。本课题采用微气泡来提高细颗粒浮选效率。浮选柱的气泡主要通过气泡发生器产生。传统气泡发生器存在堵塞严重，气泡尺寸大的缺点，因此可以通过新型气泡发生技术来提高浮选效率。本课题采用19通道陶瓷膜分布器分散气体，制备大量微气泡，以N,N-二甲基十二烷胺为捕收剂和起泡剂，在浮选柱中对石英颗粒进行浮选，考察表观气速、错流速度、药剂用量对浮选气含率和回收率的影响。在表观气速为0.01 m/s，错流液速为0.19 m/s时，药剂用量为36 mg/L时，浮选取得最好效果。在最佳的条件下，浮选气含率达到25%以上，回收率达到98%。另外还将陶瓷膜分布器与金属丝网进行对比，发现陶瓷膜分布器的气含率远高于金属丝网。因此可以认为将膜分散技术与颗粒浮选耦合可以提高微细粒浮选效果。

关键词：陶瓷膜 石英 浮选 回收率 气含率

The Application of Membrane Dispersion in Quartz Particle Flotation

Abstract

Fine particle processing deserves further attention due to its great application prospect in many fields. Froth flotation is a great technique to separate fine particles. But when the particle size is less than 10 μm, the flotation efficiency starts to decrease. Microbubbles were used in this study to increase the flotation efficiency. Bubbles in flotation column are generated with bubble generator. The traditional bubble generator has the disadvantages of serious blockage and large bubble size. Hence the new bubble generation technology should be applied to increase the flotation performance. In this study, 19-channel ceramic membrane distributor was used to disperse the gas and form plenty microbubbles. The flotation of quartz particles was carried out in the flotation column using N,N-Dimethyldodecylamine as collector and frother. The influence of superficial gas velocity, cross-flow velocity, agent concentration on flotation gas holdup and recovery was investigated. The flotation got the best result with superficial gas velocity of 0.01 m/s, cross flow velocity of 0.19 m/s and agent concentration of 36 mg/L. Under the optimum conditions, the gas holdup over 25% and the recovery of 98% was achieved. In addition, the ceramic membrane distributor was compared with the metallic mesh. The gas holdup of the ceramic membrane distributor was much higher than that of the metallic mesh. Therefore, it can be concluded that coupling membrane dispersion with particle flotation can improve the effect of fine particle flotation.

Key Words: ceramic membrane; quartz; flotation; recovery; gas holdup

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 浮选简介 1

1.1.1 浮选技术 1

1.1.2 浮选设备 1

1.2 浮选过程中存在的困难 3

1.3 膜分散 3

1.4 研究目的和研究手段 4

第二章 实验部分 5

2.1 实验试剂与实验仪器 5

2.1.1 实验药品 5

2.1.2 实验仪器 6

2.2 考察变量 7

2.3 实验过程 8

第三章 结果与讨论 10

3.1 操作参数对浮选气含率的影响 10

3.2 操作参数对浮选回收率的影响 12

3.3 膜分散与金属丝网的对比 15

第四章 结论与展望 17

4.1结论 17

4.2展望 17

参考文献 19

致谢 23

第一章 绪论

1.1 浮选简介

1.1.1 浮选技术

浮选是根据界面的物理化学特性将不同物质分离的过程，最早应用于矿业加工。所需矿物作为精料的为正浮选，所需矿物留在悬浮液中的为反浮选。因为气泡吸附特性主要与颗粒的表面性质有关，而颗粒的表面性质基本都可以通过添加浮选药剂进行人为干预，使不同颗粒拥有足够的表面性质差异，从而进行选择性分离，所以浮选技术的应用前景十分广泛。浮选是目前分离细颗粒效果很好的技术之一^[1]。现在，浮选技术的应用已经不局限于矿物工程，在环保、化工、冶金等领域也有应用。Rubio等^[2]论述了浮选在废水处理中的应用，浮选可以用来去除水中的颗粒、纤维、大分子、金属离子。在废纸脱墨应用中，由于柔印纸张油墨的粒径过小，不能用传统的浮选方法分离，Shemi等^[3]研究了使用包含电解槽的半连续浮选槽从柔印报纸中收集油墨，用不锈钢作电极，将水进行电解，在脱墨剂存在的条件下，脱墨浮选的效率有所提升。白洋等^[4]研究了利用溶气浮选法回收ABS/PS塑料，在特制的浮选柱中实现了较高的分离效率。Hanotu等^[5]利用微泡浮选分离藻类生物质，在最佳条件下达到了99.2%的回收率。由此可见，基本所有的工业过程都涉及分离过程，而浮选作为一种适应性强的分离工艺，具有巨大的发展潜力。

1.1.2 浮选设备

浮选过程要求浮选设备的充气性能好、搅拌强度大、泡沫区厚、连续工作稳定^[6]。早期浮选设备主要是浮选机，随着技术的发展，浮选柱也开始在工业上应用。浮选柱的主要优势是分离效果好，操作成本低，价格便宜，占地面积小，易自动控制^[7]。浮选柱和浮选机都需要气泡作为载体。浮选机气泡发生方式分为自吸式和充气式。而浮选柱的气泡主要靠气泡发生器产生。

沈政昌^[8]对KYF-160充气型浮选机进行了动力学研究，发现叶轮转速和充气量对气泡直径有较大影响，但没有得出明显的规律。在不同的条件下，产生的气泡直径都在1-1.5 mm之间。要实现微细粒的高效处理需要更小的气泡直径。Zhu等^[9]研究了Jameson浮选池中气泡的分布，在不同的起泡剂浓度下，发现气泡尺寸随着雷诺数增大逐渐减小直至稳定，得到最小的气泡Sauter平均直径为0.593 mm。Girgin等^[10]考察了实验室尺度的Denver浮选池中气泡直径随叶轮转速的变化情况，Denver浮选池有自吸功能，叶轮转速对气泡参数有重要影响。结果发现随着叶轮转速增加，气泡尺寸变大，在起泡剂浓度较低时更加明显。在起泡剂浓度为50 ppm时，叶轮转速从900 rpm增加到2300 rpm，气泡的Sauter平均直径从0.46 mm增加到0.57 mm。叶轮速度增加导致气速提高，气泡尺寸会增加，这种影响抵消了叶轮速度增加带来的剪切作用。Darabi等^[11]采用 10.5 L Denver浮选池，研究了不同叶轮转速情况下表观气速对水动力参数的影响，随着表观气速增大，气含率和气泡直径都不断变大。其中气泡的Sauter平均直径变化范围为491-668 μm，气含率变化范围约为2%-5%。

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