CN109580438B - 一种评判颗粒可浮性的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种评判颗粒可浮性的系统及方法，属于颗粒浮选技术领域，解决了现有技术中仅通过诱导时间来评判样品的可浮性，导致评判不准确的问题。浮选颗粒气泡的测试系统包括运动驱动单元、视频监视单元和位移采集单元；位移采集单元用来测量颗粒从气泡脱落的临界脱附振幅；运动驱动单元用来驱动颗粒气泡气絮体做简谐振动；视频监视单元用来监视颗粒与气泡的粘附状态，当颗粒与气泡脱附时，数据采集系统采集临界脱附振幅。测试方法，包括生成气泡→气泡逼近样品→采集诱导时间的数据→样品气泡气絮体做简谐振动→数据采集系统采集此时的振幅。本发明实现了通过颗粒与气泡的粘附和脱附行为来共同表征颗粒可浮性，提高了试验的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及颗粒浮选技术领域，尤其涉及一种评判颗粒可浮性的系统及方法。
背景技术
浮选即通过不同颗粒间表面性质差异(主要是亲/疏水性差异)，在矿浆的固-液-气三相体系中，通过不同组分颗粒与气泡间的选择性粘附，实现目的组分与其余组分的分离，从而实现有用组分富集的方法。对于疏水性颗粒，颗粒气泡间的行为分为三个阶段：第一阶段，颗粒与气泡发生碰撞；第二阶段，颗粒与气泡发生碰撞后，颗粒气泡间的水化膜薄化、破裂，稳定三相周边形成；第三阶段，颗粒沿气泡表面滑移，最终粘附于气泡表面。其中，颗粒与气泡开始接触，直至水化膜变薄、破裂且稳定三相周边形成的时间即称为诱导时间。对于亲水性颗粒，颗粒气泡发生碰撞后难以形成稳定的三相周边，颗粒最终与气泡脱落。疏水性颗粒经气泡运输至泡沫层随溢流排出，亲水性颗粒则进入底流。
作为反映矿物浮选难易程度的一种矿物表面性质，可浮性广泛运用于浮选过程中技术手段的确定及产品性质的预测。在传统的可浮性评价手段中，一般用接触角、诱导时间或浮选动力学进行单独或综合的比较评价。然而，在浮选子过程的颗粒-气泡间的相互作用过程中，对浮选较大影响的第二、三阶段的较准确评判参数为诱导时间及脱附行为。在传统的手段中，仅考虑到对于诱导时间的测量评判而忽略了脱附行为，由浮选的子过程可知，粘附+脱附(即诱导时间+脱附行为)的结合测量对于颗粒可浮性的评判表征最为准确。
在传统的试验装置中，仅有单独的诱导时间测量仪，而缺乏专门的颗粒气泡脱附测量仪。若增加一套单独的颗粒气泡脱附测量仪，则诱导时间测量仪和颗粒气泡脱附测量仪为两套设备，彼此之间独立运行。在实际的测试实验中，两套独立运行的设备，对于试验样品及其测试环境的一致性及试验的简便性均有着极为不利的影响，且极大占用实验室内的空间。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种评判颗粒可浮性的系统及方法，用以解决现有技术仅通过诱导时间来评判样品的可浮性，导致评判不准确的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一方面，本发明提供了一种评判颗粒可浮性的系统，包括运动驱动单元、视频监视单元和位移采集单元；
所述位移采集单元包括位移传感器和数据采集系统，所述数据采集系统与所述位移传感器连接，所述位移采集单元用来测量颗粒从气泡脱落的临界脱附振幅；
所述运动驱动单元用来驱动颗粒气泡气絮体做简谐振动；
所述视频监视单元用来监视颗粒与气泡的粘附状态，当颗粒与气泡脱附时，数据采集系统采集临界脱附振幅。
在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：
进一步，还包括控制器，所述控制器控制所述运动驱动单元的运动。
进一步，所述控制器内置功率放大器。
进一步，所述视频监视单元包括光源和摄像机；所述运动驱动单元包括固定台、位移台、运动台和毛细管；所述控制器控制所述运动台和所述位移台的运动。
进一步，还包括气泡生成单元，所述气泡生成单元包括注射器和软管，所述软管的一端与所述注射器连接，另一端与所述毛细管连接。
进一步，所述软管上设有止流阀，通过控制所述止流阀的开闭来控制气泡的大小。
另一方面，本发明还提供了一种评判颗粒可浮性的方法，该方法评判颗粒的粘附行为以及颗粒的脱附行为，包括以下步骤：
步骤1：气泡生成单元生成气泡；
步骤2：调节运动驱动单元，使气泡逼近样品；
步骤3：逐渐增加样品与气泡的接触时间，通过视频监视单元监测粘附状态，当样品与气泡发生粘附时，数据采集系统采集诱导时间的数据；
步骤4：运动驱动单元驱动样品气泡气絮体做简谐振动；
步骤5：增加简谐振动的振幅，当视频监视单元监测到样品在气泡表面脱落时，数据采集系统采集此时的振幅；
步骤6：根据不同颗粒的诱导时间差异以及振幅的大小，评判不同颗粒之间是否能够通过浮选的方式进行分离。
在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：
进一步，步骤5中，增加振幅的过程中保持振动频率不变。
进一步，振动频率为20～30Hz。
进一步，步骤1和步骤2之间包括通过调节样品台调节样品与气泡间的相对位置。
本发明至少可实现如下有益效果之一：
(1)颗粒与气泡之间的粘附性好，并且颗粒难于从气泡上脱附下来，才表明颗粒的可浮性好。假如颗粒与气泡之间的粘附性非常好，但颗粒非常容易从气泡上脱附下来，并不能证明颗粒的可浮性好。因此，现有技术仅通过粘附性(即诱导时间)来评判颗粒的可浮性是不全面的，也是不准确的，本发明通过颗粒与气泡之间的粘附和脱附两种行为来评判，即通过诱导时间和临界脱附振幅两个参数来评判，提高了评判结果的准确性，实现了颗粒可浮性的定量评价。
(2)本发明实现了同一样品在相同的外部环境(气泡直径、液相性质等)下气泡诱导时间及临界脱附振幅的共同表征，降低外部环境的变化对实验结果的影响，提高了试验的准确性。
(3)通过在控制器内设置功率放大器，放大输出功率，将诱导时间的测试灵敏度提高至0.1ms级。
(4)实现了同一系统测试浮选颗粒气泡粘附及脱附两种行为性质，极大简化了试验操作流程，缩短试验时间，减少样品消耗。
(5)本系统所使用的设备少、体积小，可操作性强，节省外部空间，使用范围广泛。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例评判颗粒可浮性的系统的总体结构示意图；
图2为本发明实施例运动驱动单元的结构示意图。
附图标记：
1-运动驱动单元；2-光源；3-高速摄像机；4-三轴样品台；5-样品槽；6-控制器；7-电脑；8-软管；9-气体注射器；10-数据采集系统；11-位移传感器；A-L型固定台；B-位移台；C-运动台；D-T型毛细管。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
需要说明的是，两种颗粒的诱导时间相差越大，说明越容易通过浮选的方式将二者分开；临界脱附振幅越大则颗粒气泡间的脱附力越大，脱附越难以发生。
本发明的一个实施例，公开了一种评判颗粒可浮性的系统，包括气泡生成单元、运动驱动单元1、视频监视单元、位移采集单元和三轴样品台4。
位移采集单元包括位移传感器11和数据采集系统10，数据采集系统10与位移传感器11连接，位移采集单元用来测量颗粒从气泡脱落的临界脱附振幅。
运动驱动单元1包括L型固定台A、位移台B、运动台C和T型毛细管D，运动驱动单元一方面用来调节气泡下端与颗粒床层的距离，另一方面用来驱动颗粒气泡气絮体做简谐振动，如图2所示。
气泡生成单元用来生成气泡，包括气体注射器9和软管8，软管8的一端与气体注射器8连接，另一端与T型毛细管连接。
视频监视单元包括光源2和高速摄像机3，用来监视颗粒与气泡的粘附和脱附状态，数据采集系统10根据粘附和脱附状态采集相应的数据。
实施时，气泡生成单元生成气泡，气泡在运动驱动单元的驱动下以某一恒定速度逼近颗粒，逐渐增加颗粒与气泡间的接触时间，通过视频监视单元监测粘附状态，当颗粒与气泡恰好发生粘附时，数据采集系统采集诱导时间的数据。运动驱动单元驱动颗粒气泡气絮体做简谐振动，增加简谐振动的振幅，当视频监视单元监测到颗粒在气泡表面脱落时，数据采集系统采集此时的振幅。
与现有技术相比，本实施例提供的评判颗粒可浮性的系统既可以测试浮选颗粒气泡的粘附行为，又可以测试浮选颗粒气泡的脱附行为。具体来说，既可以测量颗粒与气泡间恰好发生粘附时的接触时间(诱导时间)，又可以测量颗粒从气泡脱附的临界脱附振幅。
需要说明的是，为了更加准确地控制运动驱动单元的运动，本实施例评判颗粒可浮性的系统还包括信号输出单元，信号输出单元包括控制器和用户端，用户端通过控制器控制运动驱动单元的运动。
具体来说，控制器通过控制位移台B来微调气泡下端与颗粒床层的距离，通过控制运动台C的运动(运动距离、升降速度及在最低端的接触时间)来测量诱导时间。
一般来说，诱导时间的测试灵敏度为1ms，为了提高测试灵敏度，本实施例的测试系统在控制器内部设有功率放大器，来放大输出功率，从而放大运动台C在最低端的停止时间，进而提高诱导时间的测试灵敏度。
为了方便控制气体注射器所产生的气泡的大小，本发明实施例在气泡生成单元的软管上设有止流阀。需要产生气泡时，打开止流阀，当气泡的大小达到使用要求时，关闭止流阀。
本发明的另一个实施例公开了一种评判颗粒可浮性的方法，该方法既评价颗粒的粘附行为又评价颗粒的脱附行为，包括以下步骤：
步骤1：气泡生成单元生成气泡；
步骤2：调节运动驱动单元，使气泡逼近样品；
步骤3：逐渐增加颗粒与气泡的接触时间，通过视频监视单元监测粘附状态，当颗粒与气泡恰好发生粘附时，数据采集系统采集诱导时间的数据；
步骤4：运动驱动单元驱动颗粒气泡气絮体做简谐振动；
步骤5：增加简谐振动的振幅，当视频监视单元监测到颗粒在气泡表面脱落时，数据采集系统采集此时的振幅；
步骤6：根据不同颗粒的诱导时间差异以及振幅的大小，评判不同颗粒之间是否能够通过浮选的方式进行分离。
与现有技术相比，本发明实施例评判颗粒可浮性的方法从吸附和脱附两种行为，来共同表征颗粒的可浮性，评判结果更准确。具体来说，是通过测量颗粒与气泡间恰好发生粘附时的接触时间(诱导时间)，以及颗粒从气泡脱附的临界脱附振幅来定量评价颗粒的可浮性，与现有技术仅通过粘附行为(接触角或诱导时间)来评价颗粒的可浮性相比，测试结果更准确。
考虑到气泡气絮体做简谐振动时，如果振动太快，会使气泡变形严重，振动太慢会使气泡不容易脱落，所以本实施例中振动频率控制为20～30Hz。优选为25Hz。
具体来说，步骤2中调节运动驱动单元使气泡逼近样品为微调。本实施例中在微调之前还包括粗调。示例性地，可以为在步骤1和步骤2之间通过调节样品台调节样品与气泡间的相对位置。
实施例1
如图1所示，样品槽5内盛有液相(浮选剂)，首先将待测颗粒放入样品槽5底部并保持颗粒床层的平整，将装有待测颗粒的样品槽5置于三轴样品台4上，打开并调节光源2及高速摄像机3，通过三轴样品台4手动调节颗粒与T型毛细管D下端的相对距离，以使在电脑7上得到清晰的毛细管与颗粒床层的图像。通过带有止流阀的软管8，气体注射器9产生大小合适的气泡并关闭止流阀，通过运动驱动单元1上位移台B微调气泡下端与颗粒床层的距离，打开控制器6，通过控制运动台C的运动(运动距离、升降速度及在最低端的停止时间)测出颗粒的诱导时间，待颗粒与气泡粘附牢固后，运动台C停止工作，下调三轴样品台4使单颗粒-气泡聚合体远离床层，而后开启位移采集单元(位移传感器11及数据采集系统10)，运动驱动单元1开始工作，在25Hz的正弦运动下通过调节毛细管振动振幅得到颗粒从气泡脱落的临界脱附振幅。
使用本发明的方法测得粒径为0.25～0.5mm的低阶煤的诱导时间为500～1000ms，临界脱附振幅为1～1.5mm；粒径为0.25～0.5mm的无烟煤的诱导时间为100～300ms，临界脱附振幅为1.5～3mm。由此可见，低阶煤和无烟煤两种颗粒的诱导时间和临界脱附振幅均相差较大，说明与低阶煤相比，无烟煤更容易被气泡捕获，浮选产率高。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种评判颗粒可浮性的方法，其特征在于，使用评判颗粒可浮性的系统，该方法评判颗粒的粘附行为以及颗粒的脱附行为，包括以下步骤：
步骤1：气泡生成单元生成气泡；
步骤2：调节运动驱动单元，使气泡逼近样品；
步骤3：逐渐增加样品与气泡的接触时间，通过视频监视单元监测粘附状态，当样品与气泡发生粘附时，数据采集系统采集诱导时间的数据；
步骤4：运动驱动单元驱动样品气泡气絮体做简谐振动；
步骤5：增加简谐振动的振幅，当视频监视单元监测到样品在气泡表面脱落时，数据采集系统采集此时的振幅；
步骤6：根据不同颗粒的诱导时间差异以及振幅的大小，评判不同颗粒之间是否能够通过浮选的方式进行分离；
所述评判颗粒可浮性的系统，包括运动驱动单元、视频监视单元和位移采集单元；所述系统通过诱导时间和临界脱附振幅两个参数来评判颗粒的可浮性；
所述位移采集单元包括位移传感器和数据采集系统，所述数据采集系统与所述位移传感器连接，所述位移采集单元用来测量颗粒从气泡脱落的临界脱附振幅；所述数据采集系统采集诱导时间的数据；
所述运动驱动单元用来驱动颗粒气泡气絮体做简谐振动；
所述视频监视单元用来监视颗粒与气泡的粘附状态，当颗粒与气泡脱附时，数据采集系统采集临界脱附振幅；
还包括控制器，所述控制器控制所述运动驱动单元的运动；
所述控制器内置功率放大器；
所述视频监视单元包括光源和摄像机；所述运动驱动单元包括固定台、位移台、运动台和毛细管；所述控制器控制所述运动台和所述位移台的运动；
所述控制器通过控制位移台来微调气泡下端与颗粒床层的距离，通过控制所述运动台的运动距离、升降速度及在最低端的接触时间来测量诱导时间；
所述评判颗粒可浮性的系统还包括气泡生成单元。
2.根据权利要求1所述的评判颗粒可浮性的方法，其特征在于，所述气泡生成单元包括注射器和软管，所述软管的一端与所述注射器连接，另一端与所述毛细管连接。
3.根据权利要求2所述的评判颗粒可浮性的方法，其特征在于，所述软管上设有止流阀，通过控制所述止流阀的开闭来控制气泡的大小。
4.根据权利要求1所述的评判颗粒可浮性的方法，其特征在于，步骤5中，增加振幅的过程中保持振动频率不变。
5.根据权利要求4所述的评判颗粒可浮性的方法，其特征在于，振动频率为20～30Hz。
6.根据权利要求1-5任一项所述的评判颗粒可浮性的方法，其特征在于，步骤1和步骤2之间包括通过调节样品台调节样品与气泡间的相对位置。
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