煤系高岭土旋转摩擦荷电的运动行为及脱碳试验研究

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旋转摩擦电选具有能耗低,设备简单,易操作等优点,更重要的是,全过程不需要水的参与。本课题针对煤系高岭土旋转摩擦电选动力学研究,通过数值模拟,研究荷电颗粒在静电场中的运动机制,探究不同变量对荷电颗粒运动轨迹的影响,并利用高速动态分析系统和算法进行分析验证。基于煤系高岭土荷电颗粒动力学研究基础,优化旋转摩擦电选系统,并进行最佳脱碳试验,找寻最佳脱碳参数,为煤系高岭土旋转摩擦电选脱碳工业应用奠定基础。本论文主要研究结论如下:(1)利用COMSOL模拟软件,模拟荷电颗粒在静电场中的运动轨迹,得到影响荷电颗粒运动轨迹较为明显的变量颗粒粒径、荷质比、电压、电荷量,并利用Boltzmann模型对颗粒位移进行拟合。对于高岭石与煤荷电颗粒,通过确定高岭石与煤的粒径范围(0.5-0.074mm)与荷质比参数,能够得到0.5-0.074mm粒径的有效分选区域和分选面积,对静电分选室的确定有一定的指导意义。(2)利用高速动态分析系统及图像处理软件,验证模拟结果及误差。通过分析荷电颗粒的运动特征,得到颗粒运动速度、加速度。在水平方向,受力以电场力为主,速度持续增加,但加速度减小,电场力提供的加速度量级较小;在垂直方向,以重力为主,速度持续增加,加速度持续减小。通过对荷电颗粒的运动轨迹进行分解,得到时间关于水平位移方程y1=a+b*x,垂直位移方程y2=A2+(A1-A2)/(1+exp((x-x0)/dx))以及颗粒运动时间与位移轨迹的关系,从而得到荷电颗粒在静电场中运动坐标(y1,y2),这对实际的分选具有重要意义。另外,对于细粒级荷电粒群,高电压能够增加颗粒在X-Y平面内的有效分选面积,使颗粒更加松散。(3)通过优化旋转摩擦电选系统,对煤系高岭土进行最佳脱碳研究。对煤系高岭土进行矿物学性质分析,结果表明矿石中的主要成分为铝硅酸盐,有机质,还有少量含铁、钛、硫等杂质。通过SEM分析矿物表面发现,煤系高岭土矿物表面比较粗糙,而且有许多孔隙。粗糙的表面能够增加摩擦力,这有利于矿物表面荷电,大量的孔隙能够增加高岭石颗粒的比表面积,这有利于煤系高岭土表面电荷的产生。通过分选0.5-0.25mm,0.25-0.125mm,0.125-0.074mm煤系高岭土颗粒,最佳脱碳效率分别为41.86%,45.38%,42.66%,回收率分别为98.03%,96.19%,87.42%。通过使用XRF对分选后的精矿与尾矿进行测试分析,发现对于不同粒级煤系高岭土对Fe,S,Ti等有害元素,有较好的脱除效果。论文共包含53幅图,23个表,101篇参考文献。
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