浮选工艺中气泡发生器的研究与进展

程敏

摘 要：气泡发生器作为浮选柱中最为关键的部件，它的结构与性能直接影响到气泡的尺寸、分布以及数密度，进而影响到浮选效率。随着浮选工艺的发展，气泡发生器的结构和类型也发生了较大的变化。本文综述了不同类型气泡发生器的发泡原理及性能差异，并对气泡发生器今后的发展进行了展望。

关键词：浮选；气泡发生器；发泡方式；发泡原理

1.前言

浮选工艺是煤泥分选过程中应用最为广泛的一种工艺，它主要是利用矿物表面理化性质的差异对矿物颗粒进行选别。气泡发生器是浮选柱最为关键的部件，一台分选效果良好的浮选柱离不开性能优异的气泡发生器。传统的气泡发生器多为内部气泡发生器，在浮选过程中经常出现堵塞严重、更换困难、参数易变等问题而一度限制了浮选柱的发展。为了扭转这一现状，一些性能优异的外部气泡发生器应运而生，外部气泡发生器的出现有效缓解了气泡发生器易堵塞的问题，改善了气泡发生器的充气性能，为浮选柱的发展提供了新的方向。

2.气泡发生器的分类

气泡发生器种类繁多，按供气方式不同可分为自吸气式和压气式；按气泡发生器安装位置不同可分为内部气泡发生器和外部气泡发生器。其中内部气泡发生器主要有立管发泡器、过滤盘式、砾石床层及电解式发泡器等几种；外部气泡发生器主要有自吸式微泡发生器、 旋流器式气泡发生器、 气 / 水型气泡发生器 、美国矿业局型气泡发生器、多孔文氏管气泡发生器等[1]。

3.发泡方式

发泡方式是影响气泡发生器性能的重要因素，发泡方式不同产生的气泡性能也有所不同。常见的发泡方式有微孔发泡、剪切发泡、降压或升温发泡、射流发泡、电解发泡等。不同的发泡方式有其各自的优缺点，其中微孔发泡设备简单、气体利用率高，但发泡材料易堵塞，影响正常运作；降压或升温发泡所需时间较长且不易控制；电解发泡对极板损耗较大，运行成本高；剪切发泡产生的气泡尺寸受液体紊流度及持续混合时间影响较大。相比之下射流发泡产生的气泡均匀、直径较小，克服了传统微孔发泡易堵塞的问题，是目前最常用的发泡方式。[2]

4.气泡发生器的发泡原理及性能差异

4.1内部气泡发生器

4.1.1立管气泡发生器

将多孔介质材料装于伽立管的上下端，再将其均匀分布在浮选柱底部，最后将经过装填的伽立管与空压机管网相连接，形成立管气泡发生器。这种发泡器的缺点是矿浆容易在多孔材料上附着造成发泡器堵塞，因此应用受到一定限制。

4.1.2过滤盘式气泡发生器

过滤盘式气泡发生器是在盘式过滤机的过滤盘上蒙上一层滤布将其放于柱体底部充当发泡器。这种发泡器产生的气泡较为均匀，但滤布容易磨损和堵塞，因此需要时常更换[3]。

4.1.3砾石床层气泡发生器

砾石床层气泡发生器是将直径在8-20mm的砾石放置于上下筛子构成的网格中，形成厚度为500 ～600mm的砾石床层，气体通过床层之间的空隙形成气泡。这种气泡发生器堵塞相对较轻，但是耗气量大，气体的尺寸不易控制且气泡尺寸较大[4]。

4.1.4电解气泡发生器

电解气泡发生器通常安装于柱体底部，通过极板电解水产生气泡，此种气泡发生器产生的气泡均匀且气泡直径较小，但极板损耗大，能耗和费用较高。

4.2 外部气泡发生器

4.2.1自吸式微泡发生器

自吸式气泡发生器由喷嘴、吸气室、喉管、扩散管四部分组成，其工作原理类似于液气射流泵，以循环矿浆作为工作介质[5]。加压矿浆通过喷嘴喷出后形成高速射流，此时吸气室内呈现负压状态气体不断被吸入，射流表面与空气之间产生摩擦，流体质点与空气质点进行换位并被射流高速带走。该气泡发生器主要采用射流成泡的方式，充气数量及质量都可得到保证且气泡发生器不易被堵塞和失效[6]。

4.2.2旋流器式气泡发生器

旋流器式气泡发生器是利用矿浆高速通过喷嘴产生负压，空气被吸入混合腔与矿浆混合产生气泡[7]。该气泡发生器产生的气泡数密度大、捕收速率快、对细粒级矿物浮选效果良好且不易堵塞，但其产生的气泡不均匀，气泡略有偏析现象。

4.2.3水/空气喷射式气泡发生器

水/空气喷射式气泡发生器是将空气和水高速注入到环状水室中混合，然后通过喷嘴排出产生大量气泡。这种气泡发生器产生的气泡直径较小，浮选效率高且无堵塞现象；但发泡器所需工作压力大，运行时由于加入了水的缘故，使得矿浆被稀释，其浓度和pH值有所改变[8]。

4.2.4 空气喷射式气泡发生器

空气喷射式气泡发生器主要有两种：一种是加拿大Miov EX Technologies公司研制的空气喷射装置，另一种是加拿大CPT公司研制的Slam Jet？分散器。前者由针阀与气泡喷雾孔组成，结构简单、使用寿命长，可产生直径为0.5-3mm的微气泡；后者由一组空气岐管组成，通过将压缩空气破碎成泡产生微气泡[9，10]。

4.2.5 Microcel气泡发生器

Microcel气泡发生器是一种利用矿浆/空气悬浮液在剪切力作用下形成微气泡的发泡装置[11]，其操作简单，不易堵塞，具有易于更换和可在线调节气泡大小的优点，但对加工精度要求较高。

4.2.6多孔文氏管

多孔文氏管是利用多孔介质高速剪切气液混合流而产生气泡，当水高速流过多孔管时，管内压力低于大气压，空气被吸入管内与水混合，在多孔介质剪切力的作用下形成微泡[12]。当压力释放时，大量微泡析出，并沿着切线方向进入旋流段。

5.结论与展望

目前对气泡发生器的研究还主要集中在发泡方式和发泡性能上，对发泡材料及气泡发生器的自动化研究相对较少，后续可加大这方面的研究使气泡发生器的发展迈上一个新的台阶。

参考文献：

[1] 桂夏辉， 刘炯天， 曹亦俊， 等. 气泡发生器结构性能的研究与进展[J]. 选煤技术， 2009， （2）： 66-70.

[2] 代敬龙， 谢广元， 刘姗姗， 等. 浮选气泡尺寸影响因素分析[J]. 选煤技术， 2007， （5）： 7-10.

[3] 王纪瑞， 焦阳. 盘式过滤机应用于浮选精矿可行性的研究[J]. 矿山机械， 2007， （11）： 95-97.

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[6] 刘炯天， 王永田. 自吸式微泡发生器充气性能研究[J]. 中国矿业大学学报， 1998， （1）： 27-31.

[7] 康文泽， 陈俊涛， 许占贤. 浮选旋流器气泡发生器大型化研究[J]. 煤炭技术， 2002， 21（6）： 40-41.

[8] 今井哲男， 晨洋. 浮选柱技术的发展[J]. 国外金属矿选矿， 2000， （8）： 17-20.

[9] 邵延海. 浮选柱气泡发生器充气性能及应用研究[D]； 中南大学， 2004.

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[11] А.卡佐尔拉， J.М.希门尼斯， Т.蒙雷顿， 等. Microcel气泡发生器在西班牙选矿厂浮选柱上的应用[J]. 矿业工程， 1997， （4）： 44-49.

[12] 陈志友， 陈湘清， 李旺兴， 等. 浮选柱气泡发生器的研究与进展[J]. 煤炭加工与综合利用， 2008， （02）： 19-21.