一种电导法测量浮选柱气含率的可行性探究.pdf

2 0 1 6 年第3 期有色金属 选矿部分 8 3 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 6 ．0 3 ．0 1 9 一种电导法测量浮选柱气含率的可行性探究 漆坤煜，欧乐明，冯其明，王立军，王龙 中南大学资源加工与生物工程学院，长沙4 1 0 0 8 3 摘 要浮选柱中气含率的大小是参考浮选柱内流态，影响实际分选效果的重要参数之一。以麦克斯维尔模型为原理， 提出了用电导法测量气含率，简单方便又不失准确。分别用压差法以及自行设计的电导传感器测量了没有介质的浮选柱在 不同表观气速下不同位置的气含率，并进行比较，结果表明，电导法的测量值与压差法极接近，浮选柱气含率的变化趋势也符 合规律，是可行的。 关键词电导法；压差法；气含率；表观气速 中图分类号T D 4 6 3文献标志码A 文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 6 0 3 - 0 0 8 3 - 0 4 F e a s i b i l i t yS t u d yo fG a sH o l d u pM e a s u r e m e n to fF l o t a t i o nC o l u m n b yU s i n gC o n d u c t i v i t yM e t h o d Q ，K u n y u ，O U 厶m 堍，F E N GQ i m i n g ，W A N GL i j u n ，W A N G 幻，l g S c h o o lo fM i n e r a l sP r o c e s s i n ga n dB i o e n g i n e e r i n g ，C e n t r a lS o u t hU n b a r s 蚵，C h a n g s h a4 1 0 0 8 3 ，C h i n a A b s t r a c t G a sh o l d u po ff l o t a t i o nc o l u m nr e p r e s e n t si t sh y d r o d y n a m i cc o n d i t i o n sa n dp r a c t i c a lf l o t a t i o n p e r f o r m a n c e ．I nt h i sp a p e r ，b a s e do nt h eM a x w e l lm o d e l ，as i m p l ea n da c c u r a t em e t h o dt om e a s u r et h eg a sh o l d u p i nf l o t a t i o nc o l u m nb yu s i n gc o n d u c t i v i t ym e t h o dw a sp r o p o s e d ．Ac o n d u c t o ru s e dt om e a s u r et h eg a sh o l d u pW a s d e s i g n e d ．r 1 1 l eg a sh o l d u pi nd i f f e r e n tp o s i t i o n so ft h ef l o t a t i o nc o l u m nu s i n gd i f f e r e n ts u p e r f i c i a lg a sv e l o c i t i e sW a s m e a s u r e db yb o t ht h ed i f f e r e n t i a l p r e s s u r ea n dc o n d u c t i v i t ym e t h o d ．C o m p a r i s o n sa m o n gm e a s u r e m e n tr e s u l t s i n d i c a t e dt h a tb o t ht h ea b s o l u t ea n dc h a n g i n gp a t t e r no ft h eg a sh o l d u pm e a s u r e db yc o n d u c t i v i t ym e t h o da r ec l o s et o t h ep r e s s u r ed i f f e r e n t i a lm e t h o d ． K e yw o r d s c o n d u c t a n c em e t h o d ；d i f f e r e n t i a lp r e s s u r em e t h o d ；g a sh o l d u p ；s u p e r f i c i a lg a sv e l o c i t y 浮选柱在节省占地面积、节能、降低成本、实现 分选过程的自动控制方面具有显著优势⋯。浮选柱 的传质性能主要与气相和矿浆相的界面面积相关， 界面面积则取决于气含率和气泡尺寸分布旧J 。浮选 柱的气含率及其分布特点决定了浮选柱内的实际分 选效果。而气含率的测量方法普遍采用压差法 局 部 、液位上升法 整体 。虽然能比较容易得到气含 率数值，但也存在需要在柱体上预设不少测量孔以 及只能得到测量孔之间液柱的气含率不能测量其余 部位等缺陷。而电导法非常方便快捷，无须对浮选 柱做任何改变，可以随意测量需要位置的气含率。 本文使用自制传感器测量了q 1 0 0m m 20 0 0m m 水平充填介质浮选柱的局部轴向气含率，并与压差 法进行比较，结合探针法说明。为研究浮选柱结构 与性能的关系以及浮选柱的实时监测和自动控制提 基金项目国家重点基础研究发展计划 9 7 3 计划 项目 2 0 1 4 C B 6 4 3 4 0 2 收稿日期2 0 1 5 - 0 3 - 3 1修回日期2 0 1 6 - 0 3 - 1 8 作者简介漆坤煜 1 9 9 0 一 ，男，江西高安人，硕士。 供了一套简便快捷的方法。 F a n [ 3 1 得出了电导率与气含率的联系，并作出模 型说明，T a v e r a [ 4 刮证明了探针法的有效性，并探索了 表面活性剂，分布系统布置对浮选柱径向气含率的 影响哺] 。探针法将气液两相电导的差异转换成电平 信号的区别，计算气相与探针针尖接触时间与整个 测量时间的比值得出气含率一J 。沈政昌旧1 提到了利 用电导探针获取浮选柱气泡特征参数实验系统也可 以测量局部气体保有率 气含率 ，能够利用气泡通 过上下探针测量气泡直径、速度，并可以利用测量系 统开路保持时间与气泡碰撞探针的脉冲数估算气体 保有量 气含率 ，是一套非常完善方便准确的气泡 参数测量系统。与本文采用的方法相比，就气含率 测量方面，更为实用与方便，但在原理上有所不如， 当然本文只是提供了大概的思路，并没有能力做到 万方数据 8 4 有色金属 选矿部分2 0 1 6 年第3 期 完善的测量系统。本文采用的方法则是利用了 M a x w e l l [ 93 及F a n [ 3 1 的模型，而G o m e z ⋯证实了在矿 浆体系中，模型的合理性与适用性，G o m e z 和 F i n c h 【l 根据实际情况将模型具体修正为气含率与 电导率的关系式 占。 1 一．| } d ／| j } ， 1 0 ．5 k J k p 1 其中k 。为含气泡矿浆的电导率；．| } ，为不含气泡 的矿浆的电导率；占。为气含率。 本文采用的电导法完全基于公式 1 ，开放传感 器用于测量k 。，对比传感器用于测量| j } ，，采集到的是 实时比值数据，用统计学处理后代人公式 1 即得电 导法测量值。 理论上压差法是直接根据流体力学性质测量出 来的，因此准确性上无可置疑，是误差最小的，其误 差基本都来自于操作，而电导法则是利用流体力学 性质与电学性质的联系测量出来的，推导出来的转 化公式不能做到完全准确，在原理上存在一定的误 差。因此准确性上压差法更好。然而操作起来压差 法存在诸多限制，操作误差也很难控制，尤其是当测 量孔之间的距离开的不大时，小数点后一两位的变 动都会引起可以识别的明显区别，需要反复测量求 平均值，使得工作量会加大。电导法在操作上就非 常简单方便，由于是自动采集数据，每秒采集1 0 0 个，即使一分钟采集的数据也相当可观，综合起来就 可以比较客观，而因为计算机软件的存在，使得处理 数据非常方便，处理起来可以根据条件的不同做出 调整，十分方便。两种方法是互补的，可以用电导法 测量，用压差法校准。 匕』 1 、 { X - 、 蝉也 1 1 1 I I 图1 试验浮选柱示意图 F i g ．1 S c h e m a t i cd i a g r a mo ft h e e x p e r i m e n t a lf l o t a t i o nc o l u m n l 一测量孔；2 一发泡器；3 一转子流量计 1 试验装置及方法 试验在0 1 0 0m m 20 0 0m m 水平充填介质浮 选柱中进行，试验示意图见图1 和图2 。有四块水平 充填介质，底部配有发泡器，柱体开有数个测量孔， 其中位于测量区域的有两个，分别距离发泡器底部 1 4 0 与1 6 0c m 。测量区域位于柱体上部水平介质之 上。传感器分为两个部分，开放传感器直接暴露在 水中接触气泡，对比传感器固定在塑料管内，管底开 一个0 ．5m m 的口，使液体能进入但气泡无法进入， 传感器示意图见图3 。电极部分用高纯镍丝制作，整 个测量过程用高频交流电尽量减少可能的氧化，每 次测量之前在电解质溶液中校准，保证测量过程误 差尽可能小。电路通过N I 公司的多功能数据采集 卡连接在计算机上，通过l a b v i e w 软件在线监测。 万方数据 2 0 1 6 年第3 期漆坤煜等一种电导法测量浮选柱气含率的可行性探究 8 5 - 压差法气含率，％ 图4 压差法电导法测量值比较 F i g ．4C o m p a r i s i o no fc o d u c t a n e em e a s u r e m e n t a n d d i f e r e n t i a lp r e s s u r em e t h o d 2 试验结果讨论 2 ．1 压差法和电导法测量的相关性 以测量点压差法测到的结果作为横坐标，电导 法结果作为纵坐标，做一个结果比对图，如图4 所 示。可以看到，在图4 中，结果大都分布在Y 菇这 条曲线附近，说明用电导法测量的结果非常接近于 用压差法测量的值。在测量中，电导法的测量点，都 取在一对压差测量孔中点，压差测量孔的距离相对 于柱体高度来说非常小。而且，进一步比较压差孔 间距与两种方法测量数值之间的关系，发现当压差 测量孔之间的距离越小，两种方法测量值就越接近， 图4 中，位于Y z 上的几个点都毫无例外是压差孑L 间距最小的地方测到的。结果显示，电导法的测量 值是比较准确可靠的。而关于两者之间的关系，也 很容易解释传感器虽然测量的是浮选柱的 瑟 瑟 蹦 筘1 。4 1 6 4 某一位置，但并不是一个点，是一个以电极两端围绕 的区间以及一个极微小的也形成的微元区间内的 电导，而电导直接反映了流体状态和气含率，当测量 孔之间距离逐渐减小，那么压差孔之间的流体力学 性质越接近传感器的微元区间，两者的测量结果自 然会越来越接近。 2 ．2 浮选柱轴向气含率分布规律 试验在取下了充填介质的浮选柱中进行，逐步调 整表观气速的大小，分别用压差法和电导法测量浮选 柱测量孔位置的气含率，如图5 所示。从图5 可以看 出，无论是用压差法还是电导法测出的气含率在浮选 柱内的轴向分布都随着与发泡器距离的增大逐渐变 大，而这种增大的趋势受到表观气速的影响，虽然不 会改变气含率分布趋势，但可以看到表观气速增大到 一定程度之后，气含率轴向分布的变化程度都有了改 变。压差法与电导法在描述气含率轴向分布规律上 展现出了一致之处，验证气含率分布规律的同时，也 验证了电导法在操作上的可行性和准确性。 2 ．3 表观气速对气含率的影响 提高表观气速对于气含率的增大作用早已被发 现，也在各种浮选柱中被证实2 ’”J 。基于这种现象， 进一步研究表观气速对气含率分布的影响，在不同 位置调整表观气速，考察气含率的变化，结果如图6 所示。毫无疑问，表观气速能起到增加气含率的作 用，固然在不同的位置，这种增大关系曲线各有差 异，都贴近于经验公式以 口t ，其中口，b 是经验 参数[ 14 | 。无论通过压差法还是电导法测量昕得都 吻合这一趋势。 3 04 0 5 0 6 07 8 09 01 0 011 0 1 2 0 1 3 0 3 04 0 5 0 6 0 7 0 8 09 01 0 01 0 1 2 0 1 3 0 脚，发泡；} { 顶端距离”r n 距发泡器顶端距离／“，、 a 气含率轴向分布 压差法 b 气含率轴向分布 电导法 图5压差法与电导法测气含率分布 F i g ．5 D i f f e r e n t i a lp r e s s u r em e t h o da n dm e a s u r e dc o n d u c t a n c eg a sh o l d u p 如勰撕M挖加堪mM他m 0 0 4 零＼静如旷 万方数据 3结论 零 瓣 缸 旷 表现气速／ c m s 。 a 表现气速对气含率影响 压差法 冰 鞋 托 旷 表现气速， c m s 。1 ㈣表现气速对气含率影响 电导法 图6 压差法与电导法下表观气速对气含率影响 F i g ．6S u p e r f i c i a lg a sv e l o c i t yi m p a c to ng a sh o i d u po ft h et w ow a y s 1 电导法测量气含率的结果是可靠准确的，压 差法的测量孔开的距离越短，与电导法的结果越接 近。两者之间的联系相当于整体气含率与局部气含 率的关系。在实际测量中，电导法更为方便灵活，压 差则更为稳定，两者结合起来就能在各种条件下方 参考文献 [ 1 ] 程敢，曹亦俊，徐宏祥，等．浮选柱技术及设备的发展 [ J ] ．选煤技术，2 0 1 1 1 6 6 - 6 9 ． [ 2 ] 欧乐明，张文才，冯其明，等．水平充填介质中气含率研 究[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 4 2 6 5 - 6 9 ． [ 3 ] F A NLS ．G a s - S o l i d L i q u i dF l u i d i z a t i o nE n g i n e e r i n g [ M ] ． B o s t o n B u t t e r w o r t h s ，1 9 8 9 4 7 - 5 2 ． [ 4 ] T A V E R AFJ ，G O M E ZCO ，F I N C HJA ．N o v e lg a sh o l d u p p r o b ea n da p p l i c a t i o ni nf l o t a t i o nc o l u m n s [ J ] ．T r a mI n s t M i nM e t a l l ，1 9 9 6 ，1 0 5 9 9 - 1 0 4 ． [ 5 ] T A V E R AFJ ，E S C U D E R OR ，G O M E ZCO ，e ta 1 ．G a s h d d u pa n ds l u r r yc o n d u c t i v i t y a s p r o c e s sd i a g n o s t i c s i n c o l u m nf l o t a t i o n [ J ] ．P r o c e s s i n go fC o m p l e xO r e s ，1 9 9 7 3 - 2 0 ． [ 6 ] T A V E R AFJ ，G O M E ZCO ，F I N C HJA ．G a sh o l d u pi n f l o t a t i o nc o l u m n s l a b o r a t o r ym e a s u r e m e n t s [ J ] ．M i n e r a l P r o c e s s i n g ，2 0 0 1 ，6 1 1 2 3 - 4 0 ． [ 7 ] 王立军．水平介质浮选柱的流体力学特征研究及应用 便准确地测量气含率。 2 在没有介质，水／空气条件下，气含率的轴向 分布是从下到上逐渐增大的，表观气速的增加似乎 会稍微加剧这种趋势。 3 验证了表观气速对气含率的作用，增大表观 气速，整体气含率与局部气含率都将变大。 [ D ] ．长沙中南大学，2 0 1 1 ． [ 8 ] 沈政昌．柱浮选技术[ M ] ．北京冶金工业出版社，2 0 1 5 8 4 - 8 5 ． [ 9 ] M A X W E L LJc ．AT r e a t i s eo fE l e c t r i c i t ya n dM a g n e t i s m [ M ] ．L o n d o n O x f o r dU n i v e r s i t yP r e s s ，1 9 5 4 4 3 5 - 4 4 9 ． [ 1 0 ] G O M E ZCO ，P R O B S TA ，F I N C HJA ，e ta 1 ．M o n i t o r i n g t h i c k e n e ro p e r a t i o n u s i n g ac o n d u c t i v i t yp r o b e [ J ] ． M i n e r a l sa n dM e t a l l u r g i c a lP r o c e s s i n g ，1 9 9 8 ，1 5 4 ，9 - 1 5 ． [ 11 ] G O M E ZF ，F I N C HJA ．I n d u n s t f i a lt e s t i n go fag a sh o l d u p s e n s o rf o r f l o t a t i o n s y s t e m s [ J ] ．M i n r a l sE n g i n e e r i n g ， 2 0 0 3 ，1 6 4 9 3 - 5 0 1 ． [ 1 2 ] 程渝，宋永胜，李宾．旋流喷射浮选柱气含率影响 因素研究[ J ] ．金属矿山，2 0 0 8 1 2 1 1 7 - 1 2 0 ． [ 1 3 ] 李延锋，张敏，刘炯天．浮选柱筛板充填的气含率研究 [ J ] ．中国矿业大学学报，2 0 0 8 ，3 7 2 2 5 5 - 2 5 8 ． [ 1 4 ] 黄光耀．水平介质浮选柱的理论与应用研究[ D ] ．长沙 中南大学，2 0 0 9 ． 万方数据