精煤灰分是煤炭行业中一个十分重要的指标,浮选精煤灰分通常高于重选而必须严格控制以实现全厂经济效益最大化。在现场,浮选操作司机只能依据经验对浮选操作参数进行实时调节,因为实验室要得到精确的浮选结果需通过长时间的采样、过滤、烘干、制样和烧灰这样一个流程。无法获得浮选精煤产品灰分精确的实时反馈限制了浮选控制的发展,一旦浮选入料发生波动会导致大量精煤产品不达标,浮选精煤灰分的实时监测亟待解决。本文将对浮选泡沫性质和精煤灰分的相关性进行研究,以找到解决上述问题的方法。煤炭浮选入料粒度和密度范围广,其中极粗(0.5 mm左右)和极疏水(接触角大于65°)的颗粒会引起与常规泡沫性质不同的规律。首先对不同粒度、密度颗粒对泡沫性质的影响进行研究。将煤炭浮选入料分为粗、中、细三个粒度级分别进行单独和混合浮选,在入料性质不同而操作条件相同的情况下,分析各粒级煤炭的浮选精煤产率和灰分,以及相应的浮选泡沫性质,包括水回收率、均一性(气泡尺寸)、破裂气泡尺寸、破裂气泡个数和泡沫速度。同时研究了不同密度级颗粒对泡沫性质和粗颗粒回收的影响。文中通过分析粗颗粒产率、水回收率、精煤重量组成、泡沫灰度和高于溢流堰高度,提出不同密度细颗粒提高粗颗粒回收的两点机理,对于疏水颗粒,颗粒疏水性和易浮颗粒总量影响动态泡沫稳定性和溢流泡沫体积,对于亲水颗粒,夹带在泡沫网络中的颗粒总量影响液体排液,这些关键的泡沫性质从不同方面影响粗颗粒的回收。浮选操作条件影响泡沫性质及其与精煤灰分的相关性。在不同起泡剂用量、充气表观气速和泡沫层厚度时,浮选精煤灰分随着水回收率、泡沫灰度和泡沫速度呈线性增加,浮选精煤灰分随着泡沫均一性呈线性降低。泡沫层薄时,各泡沫性质与精煤灰分的变化范围较泡沫层厚时更为显著。在所有操作条件均改变时,泡沫均一性与浮选精煤灰分的拟合效果最好,文中通过二次多项式进行拟合,泡沫均一性、水回收率、泡沫灰度和泡沫速度的拟合的决定系数R2分别为0.903、0.809、0.630和0.543。研究发现与泡沫几何结构相关的泡沫性质与精煤灰分的相关性最好。本文还提出了一个基于泡沫结构的精煤灰分模型,通过假设部分条件,使用Kelvin泡沫结构单元定量泡沫几何结构,表示液含量和精煤灰分。泡沫排液引起泡沫结构改变并影响产品灰分。为准确地比较两相与三相泡沫排液机制的改变,本文首先以两相泡沫为例,探讨不同强制排液试验条件对幂指数的影响,还研究了三相泡沫中颗粒在排液过程中的行为。研究发现在干燥时间较短的湿泡沫中来自普朗图边界的粘滞损失增加,对于泡沫不稳定性,研究发现随着泡沫液含量的增加,排液幂指数α从0.38增加到0.47,充分说明了泡沫不稳定性对排液幂指数的影响。本文将不同泡沫液含量时的强制排液过程分成上升区、混合区和对流区这三个分区,并针对对流不稳定性临界液含量的计算提出两种改进方法。本文建议传统强制排液试验应在较低液含量时分析排液机制才可信。在加入颗粒的三相强制排液中,泡沫普朗图边界的粘滞损失增大,泡沫通透性降低。在不同灰分颗粒的三相排液试验中,发现当排液时间短时,泡沫中残留颗粒质量随着颗粒灰分的增加而降低,说明越疏水的颗粒越容易与气泡粘附,越不易被排液的水流所影响而返回矿浆。