旋流-静态微泡浮选柱是我国自主知识产权的大型过程装备,其特有的梯级优化分选结构使其在微细粒矿物分选中表现出明显的优势。该浮选柱柱选段常设有筛板充填用以维持其静态化的分选环境。筛板结构对浮选流场的影响很大,具体的影响规律以及作用机理尚缺乏全面且系统的研究,限制了旋流静态微泡浮选柱浮选效率的提高。本文借助电阻层析成像(ERT)、粒子图像测速(PIV)及高速动态测量等技术,研究了实验室规模不同筛板结构(孔径、厚度、充填位置)对气泡运动特性(气含率、气泡速度、气泡尺寸)的作用规律,揭示了筛板对浮选流场的影响并探讨了筛板充填下的浮选动力学,主要工作及结论如下:借助ERT研究了筛板充填对柱选段气含率的影响。首先,测量了不同循环量和充气量下无充填旋流静态微泡浮选柱柱选段的气含率分布。结果表明:其气含率在径向上的分布呈现柱中心区域高,近壁面区域低的特征;充气量一定时,测量截面的气含率随循环量的增大而降低。随后,在柱选段充填不同结构的筛板(孔径、厚度、充填位置),研究筛板结构对气含率的作用规律。结果表明:在研究范围内,当开孔率一致时,筛板孔径越大,气含率在径向上的分布越均匀;筛板越厚,对向上弥散的气泡抑制作用越强,筛板上游的气含率越低;筛板充填位置距离旋流段越近,筛板上游气含率分布越均匀。最后,对比同一工况下,筛板充填前后柱选段的气含率,发现筛板的加入使柱中心区域气含率降低,近壁面区域气含率升高,表明筛板有效分散了柱中心聚集的气泡群,使气含率在径向上的分布更为均匀,更有利于气泡与矿粒发生碰撞,提高矿化效率。采用PIV、内窥镜与CCD相机相结合的方式测量了循环量1.0m~3/h、1.5m~3/h和2m~3/h三种工况下筛板充填前后柱选段横截面上的气泡切向速度变化规律。结果表明:筛板的加入使气泡切向速度的径向分布更趋于均匀且筛板对气泡切向速度的抑制作用极强。循环量为2m~3/h时,5mm厚的筛板就使气泡切向速度的峰值从0.41m/s降至0.046m/s,削弱了89%,可见经过筛板后的大部分气泡以轴向向上运动为主,有利于与垂直向下给料的矿物颗粒发生碰撞,强化了柱选段的逆流矿化。借助高速动态测量技术探明了筛板充填对气泡尺寸的影响及作用机理。其一,固定循环量1.5m~3/h,在0.7L/min、1.1L/min、1.5L/min三个充气量下,无充填浮选柱柱选段的气泡尺寸随充气量的增大而增大。其二,在柱选段充填不同结构的筛板(孔径、厚度、充填位置)后,筛板结构对气泡尺寸的作用规律表现为:气泡的平均直径随筛板孔径和厚度的增加而增加;筛板充填在距旋流段95mm(0.5D)处对应的气泡平均直径最小,旋流段次之,距旋流段190mm(1D)处最大。其三,同一工况下,通过对比筛板充填前后柱选段气泡尺寸分布规律的差异,表明了空间狭小的筛孔在切割、破碎大气泡的同时,也会迫使小气泡发生聚集、兼并,从而使得气泡尺寸更均匀。进一步,综合分析不同筛板结构对气泡运动特性参数的作用规律,从矿物分选角度,得出以下结论:(1)综合考虑筛板充填位置对气含率和气泡平均直径的影响,认为筛板充填在距离旋流段95mm(0.5D)处充填效果较佳;(2)筛板对气泡切向速度的抑制作用极强且筛板越厚,气含率越低,气泡平均直径越大,故在保证充填效果的同时,尽量选择较薄的筛板;(3)结合筛板孔径对气含率和气泡平均直径的影响,在保证筛板不会发生堵塞的前提下,尽量选择小孔径的筛板。最后,根据筛板充填后旋流静态微泡浮选柱柱选段的流场特性,探讨了与其相适宜的气泡-颗粒碰撞、粘附、脱附概率、浮选速率常数以及停留时间,推导了适用于筛板充填旋流静态微泡浮选柱柱选段的回收率计算公式。该论文包括图26幅,表13个,参考文献81篇。