摘 要

微泡浮选是目前针对微细粒矿物的一种较为可行的的研究方法，为了验证其对微细粒石英的浮选效果。本文利用电解法产生微泡的发泡方式的改良的Hallimond管，来研究不同粒级的微细粒石英的浮选行为。探究了三个不同粒级石英（0～38μm，38～45μm，45～74μm）电解浮选时电流强度、阴极孔径、pH值及捕收剂EDAC药剂用量等浮选条件对细粒石英浮选行为的影响。

实验结果表明，浮选石英时最佳电流为0.4A，最佳pH为pH=10，EDAC用量为70mg/L，同时我们发现石英颗粒大小与气泡的尺寸有一个最佳的匹配条件，在改条件下，回收率达到最高。0～38μm石英在在阴极孔径为38μm时浮选效果最好，回收率为74％，38～45μm石英在阴极孔径为45μm时浮选效果最好，回收率为81％，45～74μm石英在阴极孔径为74μm时浮选效果最好，回收率为84％。

通过对矿浆中气泡与颗粒间碰撞概率、粘附概率和捕集概率的拟合，发现当颗粒大小d_p一定时，气泡的雷诺数一定，碰撞概率Pc便只与气泡大小d_b有关，且呈反比例相关。当气泡大小一定时，碰撞概率Pc只与颗粒大小有关，且成正比例相关；粘附概率P_a随气泡尺寸的减小而减小，随颗粒大小的减小而增大；气泡和颗粒尺寸有一个最佳匹配关系，此时的捕集概率达到最佳。

关键词：细粒石英；气泡；电解浮选；微泡浮选

ABSTRACT

Micro bubble flotation is currently in a fine particle mineral feasible research methods, in order to verify the effect of fine particle flotation of quartz. This paper has improved foaming method of microbubbles by electrolysis of Hallimond tube, fine grain quartz of different particle sizes of the flotation behavior. On three different sizes of quartz (0 ~ 38 μm, 38 ~ 45 μm, 45 ~ 74μm) current intensity, electrolytic flotation cathode aperture, pH value and effect of collector EDAC dosage and flotation conditions of fine quartz flotation behavior.

The experimental results show that the flotation of quartz best when the current is 0.4A, the best pH was pH=10, EDAC dosage of 70mg/L, at the same time, we found that the quartz particle size and bubble size is one of the best matching conditions in the changed conditions, the recovery rate reached the highest.0 ~ 38 M quartz in the cathode aperture is 38 m flotation effect is the best, the recovery rate is 74%, 38 ~ 45 m in cathode quartz flotation was the best aperture is 45 m, the recovery rate is 81%, 45 ~ 74 m in cathode quartz flotation was the best aperture is 74 m, the recovery rate was 84%.

The pulp between the bubble and particle collision probability, probability and probability of trapping adhesion fitting, found that when the particle size of D_P, the Reynolds number of bubbles, the collision probability Pc is only related to the bubble size of D_B, and the inverse proportion. When the bubble size is only related with the particle collision probability P_c the size, which is in proportion to P_a; adhesion probability decreases with decreasing bubble size, increases with decreasing particle size and particle size of bubbles; there is an optimum matching relationship, the trapping probability reached the best.

Keywords: quartz bubble electro-flotation micro bubble flotation

目录

第一章 文献综述 1

1.1 石英的基本性质和浮选 1

1.1.1石英的基本性质 1

1.1.2石英的浮选 1

1.2微细粒矿物的研究现状 3

1.2.1 微细粒矿物的浮选难点 3

1.2.2微细粒矿物浮选的研究现状 3

1.2.3微细粒矿物浮选设备的研究现状 4

1.3 气泡与颗粒的相互作用研究 6

1.3.1 气泡的产生技术的进展 6

1.3.2气泡与颗粒的相互作用研究 7

第二章 试验方法 9

2.1试样 9

2.1.1试验样品 9

2.1.2试验药剂 9

2.1.3试验仪器和设备 10

2.2浮选设备的设计和安装 10

2.2.1电解浮选管的设计 10

2.2.2设备的安装 10

2.3试验方法 11

2.3.1电浮选实验 11

2.3.2粒度分析 11

第三章电解气泡对石英浮选的影响 12

3.1不同电流电解气泡对浮选的影响 12

3.2 不同pH 电解气泡对浮选的影响 14

3.3 药剂浓度（用量）对不同粒级石英浮选行为的影响 17

3.4 不同阴极孔径电解气泡对浮选的影响 19

3.4.1 45μm阴极孔径时不同粒级石英的浮选行为 19

3.4.2 74μm阴极孔径时不同粒级石英的浮选行为 21

3.5 本章小结 24

第四章 微细粒石英与气泡的相互作用 25

4.1 矿浆中颗粒的捕集概率 25

4.2 微细粒石英的捕集概率 25

4.2.1 石英-气泡之间的碰撞概率 25

4.2.2 石英-气泡之间的粘附概率 27

4.2.3石英-气泡之间的捕集概率 28

4.3本章小结 28

第五章 结论 30

致谢 32

第一章 文献综述

1.1 石英的基本性质和浮选

1.1.1石英的基本性质

石英的主要成分为SiO₂，物理性质和化学性质极为稳定，属于架状硅酸盐结构，三方晶系，伴生长石，云母等杂质。

石英有α-石英，β-石英，β-鳞石英，β-方石英以及熔融、气态等六种不同状态^[1]，各种状态需要不同的温度和条件，[SiO₄]^4-在不同状态下的的连接方式不同。

图1.1 SiO2相图^[2]

我们平时所称的石英即为低温态的α-石英。人类从石器时代便使用使用来制造各种器具，在现代生活中石英对人类来说也是很重要的一种资源矿物，因此对石英的回收进行研究有很大的意义。

1.1.2石英的浮选

石英矿中包含的杂质如云母，长石等均与石英的物理性质极为相似，因此重选、磁选等物理选矿方法难以分离石英与其包含的杂质，因此浮选就成为了分离石英与其杂质的一种有效的手段。

浮选是利用矿石表面对水的亲水性和疏水性的不同来对矿石进行分离，通过搅拌或者电离等方法在矿浆中产生气泡，矿物与气泡之间的碰撞和粘附受到自身各种性质的影响。浮选分为正浮选和浮选，精矿与气泡发生碰撞和粘附，并随气泡被浮出的称为正浮选，反之，脉石与气泡碰撞和粘附的称为反浮选。

石英与其脉石矿物的物理化学性质较为类似，导致表面性质也极为相似，因此浮选时选用合适的药剂以及合适的pH来控制矿物表面与气泡的作用以及点位便极为重要。

图1.2气泡与浸没在液体中固体的接触角

气泡与颗粒的粘附性由固、液、气相之间的三相界面的界面能决定。可以用 Yong’s方程表示：

γ_lvcosθ=(γ_sv–γ_sl) (1-1)

如图 1-7 所示，γ_lv表示液气界面能，

γ_sv表示固气界面能，

γ_sl表示固液界面能，

θ为接触角。

粘附功为界面能的变化量为：

Wa=γsl γlv–γsv (1-2）

联立 Yong’s方程(公式(1-1))得：

Wa=(1-cosθ)γlv ,Wagt;0 (1-3)

所以固体颗粒和气体粘附可以自发产生，而且θ接触角越大，粘附越容易进行。

1.2微细粒矿物的研究现状

1.2.1 微细粒矿物的浮选难点

浮选是选矿生产中非常重要的一项技术，但是普通浮选只能处理那些可浮或者易浮的矿物以及对浮选的技术和药剂没有特殊要求的矿物。但是随着颗粒逐渐变小，矿石自身性质便会发生变化，因为就导致了许多微细粒矿物难以回收，主要原因是随着颗粒的变小，颗粒与气泡发生碰撞的概率变小，矿石质量变小但是比表面积却在增大，表面能也在增大。微细粒物料在选别生产中会导致选别环境的恶化，严重影响浮选指标，因此如何消除微细粒物料对选别作业的影响便成为了一大难题。

图1.3微细粒物料对选别工艺产生不利影响的综合效应

1.2.2微细粒矿物浮选的研究现状

国内外选矿工作者对微细粒矿物的浮选效果研究主要集中在两个方面，一是对细粒矿物进行预处理，使矿物能够达到普通浮选的指标，二是进行细粒矿物选矿设备的研究，通过改善矿浆中气泡与细粒矿物的碰撞与粘附效果来提高对细粒矿物的浮选效果。

目前针对细粒矿物的浮选方法大致有载体浮选法，浮选柱浮选法，双液分离浮选法，絮凝浮选法，离子浮选法，沉淀浮选和吸附胶体浮选，加压浮选，电解浮选等几种^[3,4]。其中浮选柱浮选法和加压浮选法是利用了新型的浮选设备浮选柱和加压浮选机来实现对细粒矿物的分离浮选，其他几种方法则是采用在溶液中加入特定的药剂或引入新的离子，从化学角度进行计算和图解来解决微细粒矿物的浮选问题。

细粒浮选回收率低的最根本原因是传统的给定尺寸和速率的浮选气泡与颗粒间的碰撞概率低^[5]。新的浮选技术都偏向于通过减小气泡的尺寸和增大颗粒的粒径来提高气泡与颗粒之间的碰撞概率。电解浮选首先由苏联人应用于工业生产中，但效果不佳。但随着对矿物需求的增加以及传统浮选方法面对微细粒矿物时效果不佳，电解浮选便被人们再次选中。电解浮选主要是通过电解电解质溶液在矿浆中产生氢气气泡和氧气气泡。反应如下^[6]:

（1-4）