第 40 卷 2012 年第 2 期 本栏目编辑 ꢀ 工业浮选柱的气含率测定 及其影响因素研究 张代瑶 1 1,2 1 岳双凌 ，刘炯天 ，廖寅飞 1 中国矿业大学化工学院ꢀ江苏徐州ꢀ221116 2 东北大学资源与土木工程学院 分 ꢀ摘要：气含率是影响浮选柱分选效果的重要参数之一。采用压差法测定浮选柱内部的气含率，并基于 直接数字控制 (DDC) 技术和 MCGS 组态软件，设计开发了适合于工业浮选柱的气含率测试系统。通 过对循环压力、充气量和起泡剂用量 3 个因素进行试验，研究了它们对工业浮选柱气含率的影响。结 选 果表明：循环压力、充气量和起泡剂用量对气含率影响显著；在一定范围内气含率随着循环压力、充 气量和起泡剂用量增大而增大，当增大到一定程度时气含率增大的幅度逐渐减小。 关键词：工业浮选柱；气含率；循环压力；充气量；起泡剂用量 中图分类号：TD92.3ꢀꢀꢀ文献标志码：Aꢀꢀꢀ文章编号：1001-3954(2012)02-0080-05 Measurement of gas holdup of industrial flotation columns and study on influential factors 1 1,2 1 YUE Shuangling , LIU Jiongtian , LIAO Yinfei 1 School of Chemical Engineering & Technology, China University of Mining & Technology, WWW.KY114.CN Xuzhou 221116, Jiangsu, China 2 College of Resources & Civil Engineering, Northeastern University Abstract：The gas holdup is one of the important parameters that affect separation efficiency of the flotation column. The pressure difference method was used to measure the gas holdup inside the flotation column, and a system of measuring the gas holdup of the industrial flotation column was designed based on direct digital control (DDC) technology and MCGS configuration software. The influences of circulating pressure, air flow and frother dosage on the gas holdup of the industrial flotation column were studied by single-factor test. The results showed that the circulating pressure, air flow and frother dosage significantly affected the gas holdup. Within a certain range, the gas holdup increased along with the increase in the circulating pressure, air flow and frother dosage, while reaching a certain extent, the increase rate gradually decreased. Keywords：Industrial flotation column; gas holdup; circulating pressure; air flow; frother dosage 作者简介：岳双凌，男，1986 年生，硕士，主要从事细粒矿物分析方面的研究工作。 ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ 解决方案，对生产起到了一定的指导作用。选煤厂应 长期开展技术革新活动，鼓励大家发现问题，集思广 益，为进一步完善生产工艺，提高分选效率，增加经 济收入做出贡献。 [2]ꢀ谢广元．选矿学 [M]．徐州：中国矿业大学出版社，2002： 93. 4 [ 3]ꢀ娄永强，孙ꢀ江．尾煤浓缩机增设泡沫挡板的效果 [J]．煤炭 加工与综合利用，2002，30(4)：26-27. [ 4]ꢀ刘永康．选煤厂耙式浓缩机消泡系统的设计与实践 [J]．山西 焦煤科技，2000，24(9)：45-46.□ 参ꢀ考ꢀ文ꢀ献 ( 收稿日期：2011-08-27) 修订日期：2011-10-11) [ 1]ꢀ田ꢀ忠，隋光武．浮选入料预处理设备在望峰岗选煤厂的使 用 [J]．洁净煤技术，2009，15(6)：29-32. ( 80 第 40 卷 2012 年第 2 期 选柱由加拿大人布廷于 20 世纪 60 年代发明。 目前，浮选柱作为一种新型高效的选矿设备在 式中：ρa 为空气密度。 本栏目 浮 由于空气密度相对于水的密度小，其产生的压 强可以忽略不计。则 A、B 之间的压差可表示为 (由 压力传感器测量) 煤炭、有色与黑色金属矿物、非金属及化工矿物分选 领域的应用不断扩展。在浮选柱内，作为载体的气体 是重点考察对象，其中气含率表示一定容器内气体占 有空间体积的百分含量。所以，气含率直接决定了气 泡荷载上浮矿物的数量，是影响浮选柱回收能力和分 ꢀ ΔP1 =ρs gh1。 气含率ε 可表示为 (4) 张代瑶 [ 1-2] ， (5) 选效果的重要参数之一 。 近年来，气含率已经成为浮选柱研究领域的重要 2 式中：s 为浮选柱横截面积，m 。 课题，国内外许多学者在这方面做了大量工作，并得 由式 (1) 和式 (4) 可得 [ 3-4] 到许多理论成果和实践经验 。但这些研究绝大多 数都是在实验室或半工业平台上开展的，基于工业规 模的研究还比较欠缺。随着浮选柱工业化应用的不断 拓展，加强工业浮选柱的气含率研究就显得非常必要 和迫切。笔者设计了工业浮选柱的气含率测试系统， 并研究了循环压力、充气量以及起泡剂用量对浮选柱 内气含率的影响。 ； (6) 分 选 由式 (5) 和式 (6) 得 。 (7) 即 由于该试验是在清水条件下进行的，所以 ρ 为水的密度。 s 1 ꢀ气含率的测定方法 该试验采用压差法测定浮选柱内部的气含率 2ꢀ试验系统 [5-8] 。 2 .1ꢀ试验系统的硬件组成 为简化推导，假设仅考虑液相的静压，忽略动压及气 体所产生的压强，其原理如图 1 所示。 该次试验是在工业浮选柱平台上开展的。浮选 柱为中国矿业大学自主知识产权的旋流-静态微泡 。试验系统的硬件主要包括：浮选柱、循环 WWW.KY1浮选柱14.CN 泵、变频器及气含率测试系统。气含率测试系统是 基于直接数字控制 (DDC) 技术开发的，它由压力传 感器、模拟量输入模块、通信模块、模拟量输出模 块、24 V 直流电源以及工业控制计算机组成。2 支 压力变送器距离浮选柱溢流口分别为 1 m 和 3.5 m， 两者间距 2.5 m。试验过程中，循环压力通过变频 器调节循环泵转速来控制，压力由压力表显示，进 气量采用阀门调节。试验系统的硬件联系如图 2 所 图 1ꢀ压差法测气含率原理 Fig. 1 Principle of pressure difference method for measuring gas content 假设在没有充气的情况下，A、B 两点之间的压 差为ΔP ΔP =ρs gh， (1) 2 3 式中：ρs 为矿浆密度，kg/ m ；g 为重力加速度，m/ s ； h 为 A、B 两点之间的高度，m。 当浮选柱中充气时，AB 段的部分空间被空气所 占，矿浆所占的体积减少。假设矿浆所占的体积转化 为以浮选柱横截面为底面的液柱，设该液柱的高度为 h1。同样，气体所占空间的高度为 h2；由于 AB 段的 体积是一定的，因此，在相同底面积的情况下 1. 循环泵ꢀ2. 搅拌桶ꢀ3. 旋流静态微泡浮选柱ꢀ4. 1 号压力变送器 h1 + h2 = h。 此时 A、B 两点之间的压差为 ΔP1 =ρs gh1 +ρa g h2， (2) ꢀ5. 2 号压力变送器ꢀ6. I-7017C 输入模块ꢀ7. I-7520 通信模块 8. I-7024 输出模块ꢀ9. 工业控制计算机ꢀ10. 变频器ꢀ11. 尾矿泵 图 2ꢀ试验系统的硬件联系 Fig. 2 Hardware connection of experiment system (3) 81 第 40 卷 2012 年第 2 期 本栏目示编，辑主要设备参数如表 1 所列。 表 1ꢀ主要设备及参数 Tab. 1 Major equipments and their parameters ꢀ 设备 规格 数量 张代瑶浮选柱 FCSMC-4000 1 1 1 2 3 循环泵 扬程，34 m；流量，830 m / h 3 尾矿泵 扬程，26 m；流量，415 m / h 压力传感器 JYB-K 型扩散硅式压力变送器 I-7017C 输入模块 ꢀ 模拟量输入输出模 I-7024 输出模块 3 块及通信模块 I-7520 通信模块 工业控制计算机 变频器 IPC-610H 1 2 Allen-Bradley Power Flex700 (a) 不同压力下气含率随时间的变化曲线 分 ꢀ 2.2ꢀ试验系统的软件设计 选 试验系统的气含率测试软件是在 MCGS 组态软 件的平台上编写开发的，利用 OPC 技术进行数据采 集，通过内置的 OLED 数据库接口与 Microsoft Access 数据库建立连接，实时记录浮选柱内的气含率变化。 该软件提供了友好的人机交互界面，方便管理员对系 统进行监控，并可人工设定系统各项参数，保证系统 运行在最佳状态。 3 ꢀ结果与分析 WWW.KY11(b) 气 4.CN 含率稳定值与循环压力的变化关系 3.1ꢀ循环压力对气含率的影响 图 3ꢀ气含率与循环压力的关系 Fig. 3 Relationship between gas holdup and circulating pressure 循环泵是旋流-静态微泡浮选的唯一能量来源。 它为旋流分离提供离心力，为气泡发生器提供负压， 为管流矿化提供高度紊流的流体环境。因此，循环泵 3.2ꢀ充气量对气含率的影响 [9] 工况的循环压力与气含率的大小有着重要关系 。 考察循环压力对气含率影响时，不加入起泡剂， 固定进气阀门开度为 1/ 2，通过变频器调节循环压 力。选取 0.15 MPa、0.18 MPa、0.20 MPa 和 0.25 MPa 充气量是影响气含率的一个主要因素，充气量的 大小从一定程度上决定了浮选柱内的气含率的大小。 合理调节进气量，成为控制浮选柱内气含率的一个重 要手段。 4 个循环压力水平，循环压力调整到相应的水平并开 考察充气量对气含率影响时，固定循环压力为 始计时，取 1 min 内气含率的平均值代表柱体内这 1 min 的气含率，试验结果如图 3 所示。 0.22 MPa，选取充气阀门开度为 1/ 3、1/ 2、3/ 4 和全 开 4 个水平，试验结果如图 4 所示。 从图 3(a) 可以看出，循环压力调整后，气含率逐 渐趋于稳定，大约在第 4 min 达到该循环压力条件下 的气含率稳定值。由图 3(b) 可以看出，气含率稳定值 随循环压力的增大而增大，但随着循环压力的持续增 大，气含率稳定值增大的幅度逐渐变小 (斜率减小)。 循环压力的大小直接影响到充气速率的大小， 循环压力越大 (在一定充气阀门开度下)，充气量也会 越大，所以，气含率稳定值随着循环压力的增大而增 大。但充气速率不会随循环压力的增大而无限增大， 当循环压力增大到一定程度时，气含率稳定值增大的 从图 4(a) 可以看出，充气量调整后，气含率逐 渐趋于稳定，大约在第 5 min 达到该充气量条件下 的气含率稳定值。从图 4(b) 可以看出，总体上随着 充气量的增大，气含率稳定值逐渐增大。在充气量较 小时，增加幅度较大，但是随着充气量的增大，气含 率的增幅逐渐变小 (斜率减小)。这说明，气含率稳定 值随着充气量增大而增大，但不会随着充气量的增大 [11] 而无限增大 。 3.3ꢀ起泡剂用量对气含率的影响 考察起泡剂用量对气含率影响时，固定循环压力 为 0.22 MPa，充气阀门开度为 1/ 2。起泡剂选用松醇 [10] 趋势逐渐变缓，趋于平稳 。 82 第 40 卷 2012 年第 2 期 本栏目 ꢀ 张代瑶 (b) 气含率稳定值与起泡剂用量的变化关系 图 5ꢀ气含率与起泡剂用量的关系 (a) 不同气量下气含率随时间的变化曲线 分 选 Fig. 5 Relationship between gas holdup and frother dosage 药剂用量的持续增大，气含率稳定值增大的幅度逐渐 变小 (斜率减小)。这可能与起泡剂的临界胶束浓度有 关，当起泡剂浓度大于该浓度时，起泡剂用量的增大 [ 12] 对气泡的生成作用不明显 。 4ꢀ结论 ( 1) 采用压差法来测定浮选柱内部的气含率，并 基于直接数字控制 (DDC) 技术和 MCGS 组态软件， 设计开发了适合于工业浮选柱的气含率测试系统。 WWW.KY114.CN ( 2) 在工业浮选柱平台上进行试验，得到了循环 ( b) 气含率稳定值与充气量的变化关系 压力、充气量和起泡剂用量对气含率变化的影响规 律：循环压力、充气量和起泡剂用量对气含率影响显 著；在一定范围内气含率随着循环压力、充气量和起 泡剂用量增大而增大，当增大到一定程度时气含率增 大的幅度逐渐减小。 图 4ꢀ气含率与充气量的关系 Fig. 4 Relationship between gas holdup and air flow 油，用量选取 5 mg/ L、10 mg/ L、15 mg/ L 和 20 mg/ L 4 个水平，试验结果如图 5 所示。 从图 5(a) 可以看出，起泡剂用量调整后，气含率 逐渐趋于稳定，大约在第 6 min 达到该起泡剂用量 条件下的气含率稳定值；试验后期气含率有所下降 的趋势，主要是因为起泡剂的挥发。由图 5(b) 可以 看出，起泡剂有助于气泡的生成，所以在一定范围内 气含率稳定值随着起泡剂用量的增大而增大；但随着 参ꢀ考ꢀ文ꢀ献 [ 1]ꢀ李延峰，张ꢀ敏，刘炯天．浮选柱筛板充填的气含率研究 [J]. 中国矿业大学学报，2008，37(2)：255-258. [2]ꢀTAVERA F J，ESCUDERO R，FINCH J A. Gas holdup in flotation columns：laboratory measurements [J]. International Journal of Mineral Processing， 2001， 61：23-40. [ [ [ [ [ [ [ 3]ꢀ陈泉源．实验室规模高气泡表面积通量浮选柱的原理研制及 应用 [D]．长沙：中南大学资源加工与生物工程学院，2002. 4]ꢀ刘ꢀ靖，月ꢀ琼．使用电导率测定法测定浮选柱中的气体含 量 [J]．国外金属矿选矿，1992，29(12)：10-14. 5]ꢀ张ꢀ敏，张建强，刘炯天，等．浮选柱泡沫层检测控制系统 的研究 [J]．矿山机械，2010，38(19)：107-110. 6]ꢀ胡卫新，刘炯天，李延峰，等．浮选柱选用适宜起泡剂的试 验研究 [J]．矿山机械，2010，38(7)：98-101. 7]ꢀ王红新，夏文成，杨建国，等．充气量和循环量对浮选柱气 含率的影响研究 [J]．煤炭工程，2011，58(2)：85-87. 8]ꢀ胡卫新，苗真勇，冉进财．浮选柱气含率调控策略探析 [J]． 矿业研究与开发，2010，30(3)：51-54. 9]ꢀ马力强，刘炯天，岳广傲，等．旋流-静态微泡浮选柱净化含 (a) 不同起泡剂用量下气含率随时间的变化曲线 83 第 40 卷 2012 年第 2 期 本栏目编辑 ꢀ 山东金岭铁矿铁精矿过滤 系统改造实践 张代瑶 王ꢀ博，夏ꢀ军 山东金岭矿业股份有限公司ꢀ山东淄博ꢀ255081 摘要：通过对金岭铁矿铁精矿过滤系统的分析，找出了影响系统性能的原因，并结合实际情况对该系 分 ꢀ 统技术进行了改造，取得了良好的效果。 关键词：铁精矿过滤；影响因素；系统改造 + 中图分类号：TD926.2 2ꢀꢀꢀ文献标志码：Bꢀꢀꢀ文章编号：1001-3954(2012)02-0084-04 选 Reconstruction of iron concentrate filtering system in Shandong Jinling Iron Mine WANG Bo, XIA Jun Shandong Jinling Mining Industry Liability Company, Zibo 255081, Shandong, China Abstract：After the analysis of iron concentrate filtering system in Jinling Iron Mine, the factors affecting system performance were found out. Based on actual conditions, the technological innovation was conducted WWW.KY114.CN and good results were achieved. Keywords：iron concentrate filtering; influential factor; system reconstruction 2 真空过滤机面积已达 400 ~ 800 m ，带有蒸汽罩的盘式 着国民经济的飞速发展，固液分离技术日益 受到重视。精矿脱水是固液分离技术在选矿行 2 随 过滤机最大规格为 220 m ，这些高效、高产过滤机的应 业的具体应用，我国的有色、黑色、煤炭和非金属 4 种矿物加工行业中，绝大部分采用湿式分选作业，因 此，精矿脱水成为选厂不可或缺的工序，怎样降低脱 水能耗、提高效率是选矿行业面临的一大课题。随着 工业生产和技术进步，近几年国内外过滤机不断向大 型化方向发展，机体的结构不断改进和完善，新型高 效率、高产量的过滤机，如自动压滤机、大型盘式过 滤机和水平带式过滤机等相继出现，美国最大的盘式 用，促进了过滤技术和设备以较快的速度向前发展。 我国金属矿山选矿厂目前使用的过滤设备大多为筒型 真空过滤机，近几年已开始使用大型盘式、折带式和 绳带式过滤机，以及陶瓷过滤机。国产 1 000 mm 宽 的带式压滤机的研制成功，为解决我国细黏物料的脱 水问题提供了新的途径。同时，真空过滤机的配套设 施也有进一步的发展，排液装置理论的深入研究为改 造提供了理论支持。真空设备的大型化为真空过滤机 的稳定运行、提高过滤效果创造了良好的条件。山东 金岭铁矿选矿厂是以选铁为主的选矿厂，多年来，该 厂加大对精矿过滤系统的研究，努力提高整体效率。 作者简介：王ꢀ博，男，1980 年生，本科，主要从事选矿技术 管理工作。 ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ 影响因素研究 [J]．中国矿业大学学报，2010，39(4)：617- 21. 12] 张跃首．起泡剂对浮选效果的影响 [J]．洁净煤技术，2003， (3)：10-12. 油废水试验研究 [J]．中国矿业大学学报，2009，38(4)：554- 57. 6 5 [ [ [ 10] 徐志强，皇甫京华，曾ꢀ鸣，等．射流浮选柱气泡发生器及 其充气性能的研究 [J]．中国矿业大学学报，2003，32(6)： 9 □ (收稿日期：2011-09-22) 修订日期：2011-11-25) 615-619. ( 11] 胡卫新，刘炯天，李ꢀ振，等．旋流静态微泡浮选柱气含率 84