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随着煤炭开采程度的加大和机械化采煤技术的发展,原煤中的细粒煤含量逐渐增大,细粒煤分选逐渐成为行业内的研究热点。浮选是分选细粒煤的有效方法,行业内常用的浮选设备包括机械搅拌式浮选机、喷射式浮选机和浮选柱。本文结合传统浮选装置的特点设计一种环空射流浮选装置,利用射流吸气,含气射流冲击叶轮搅拌,以达到提高微细粒矿物浮选效率的目的。介绍该装置的结构设计和实验室模型参数,通过流体力学理论分析其吸气机理和驱动叶轮搅拌机理。在此基础上,搭建能量测试系统,研究环空射流浮选装置能量转化过程;利用高速摄像系统和量筒法研究药剂制度、能量输入和吸气量等因素对该装置内气泡特性和分散效果的影响,并通过煤泥分选试验研究气泡特性、分散效果与浮选回收率之间的对应关系,旨在寻找最佳操作条件,提高浮选效率,为这种新型浮选装置的完善提供参考。主要研究成果如下:探明了环空射流浮选装置的能量转化机理。在射流吸气段,入料泵产生的矿浆压力能和初动能转化成矿浆射流动能和空气动能;在冲击搅拌段,矿浆射流动能、空气动能和势能转化成叶轮机械能和矿浆末动能;浮选槽内有效输入能量包括叶轮搅拌的有效功率和矿浆末动能,随着输入频率的增加,装置能量转化效率减小,浮选槽内有效输入能量增加。揭示了环空射流浮选装置的气泡特性。环空射流浮选装置内气泡粒径随着仲辛醇浓度的增大而减小,在临界兼并浓度(CCC值)时出现拐点,之后气泡粒径趋于稳定;浮选槽内有效输入能量的增加促使气泡粒径减小,气泡达到相同衰变程度时,输入能量功率越大,所需药剂浓度越低,气泡表面积通量随着输入能量功率的增加而增加;吸气量的增大会导致气泡粒径增大,最佳吸气量为3.0 L/min,此时气泡表面积通量最大,为9.590 s-1。阐述了环空射流浮选装置的空气分散特性。药剂浓度的增大导致浮选槽内充气量增大,同时可以促使气泡分散;输入能量的增加不仅促使浮选槽内充气量增加,也促使空气分散;吸气量的增大导致浮选槽内充气量增大,空气分散度减小。通过煤泥浮选试验初步探究了环空射流浮选装置的最佳操作因素。药剂浓度越大,浮选回收率越大,药剂浓度达到临界兼并浓度时,浮选回收率趋于最大值,最佳药剂浓度为0.1078mmol/L(CCC值);浮选槽内的能量输入可有效提高煤泥浮选回收率,最佳输入能量功率为9.39 W,对应的入料泵的输入频率为50 Hz;药剂浓度为0.0770、0.1078、0.1386 mmol/L时最佳吸气量分别为2.5、3.0、3.0 L/min,浮选回收率分别为75.36%、77.89%和81.72%。图[48]表[13]参[109]