CN112098411B - 流动环境下微观浮选气泡与颗粒矿化过程观测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种流动环境下微观浮选气泡与颗粒矿化过程观测装置及方法，属于矿物浮选技术领域，包括能够产生流体交汇的湍流场发生装置，在湍流场发生装置内设有气泡发生固定装置，湍流场发生装置上设有颗粒碰撞速度可调的颗粒物投入装置，气泡发生固定装置能够钳住发生的气泡并将气泡至于湍流场发生装置的流体交汇处，颗粒碰撞速度可调的颗粒物投入装置的出口设置在气泡的正上方，湍流场发生装置外侧设有视频观测装置。本装置结构简单，观测方法容易掌握，操作性强，可为流动环境中的微观浮选气泡与颗粒矿化过程的研究提供帮助。

Description

流动环境下微观浮选气泡与颗粒矿化过程观测方法
技术领域
本发明涉及一种观测装置及方法，尤其适用于工矿研究中使用的一种流动环境下微观浮选气泡与颗粒矿化过程观测装置及方法。
背景技术
泡沫浮选是一种高效的矿物分选技术，其根据颗粒表面疏水性的差异从原矿中回收有价值的矿物。在浮选矿化过程中，颗粒在湍流作用下与气泡碰撞，疏水性颗粒易粘附在气泡表面，以形成气固聚集体，并随着气泡上浮至泡沫层，而亲水性颗粒则留在矿浆中形成尾矿排出。
通常，浮选矿化过程分为三个不同的子过程，即碰撞，粘附和脱落。明晰浮选矿化过程有利于调控浮选操作条件，强化浮选过程，以提高浮选效率。在行业内，许多浮选矿化过程观测装置被发明，但是这些装置均是在静态环境下对浮选过程进行观测。此外，这些装置产生的气泡一般为球形。实际浮选过程是一个湍流流动体系，而且气泡在浮选槽中处于不停的变形演变过程中。现有的浮选矿化过程观测装置无法满足实际浮选过程研究的需要，因此，需要提出一种适合流动环境下的微观浮选气泡与颗粒矿化过程观测装置。
发明内容
针对上述技术的不足之处，提供一种结构简单，简化了微观浮选气泡与颗粒矿化过程观测方法，能够实现在流动环境下观测不同碰撞速度的颗粒与不同变形程度的气泡之间的矿化过程，与实际浮选矿化过程相符合，观测结果准确可靠的流动环境下微观浮选气泡与颗粒矿化过程观测装置及方法。
为实现上述目的，本发明的一种流动环境下微观浮选气泡与颗粒矿化过程观测装置，包括能够产生流体交汇的湍流场发生装置，在湍流场发生装置内设有气泡发生固定装置，湍流场发生装置上设有颗粒碰撞速度可调的颗粒物投入装置，气泡发生固定装置能够钳住发生的气泡并将气泡至于湍流场发生装置的流体交汇处，颗粒碰撞速度可调的颗粒物投入装置的出口设置在气泡的正上方，湍流场发生装置外侧设有视频观测装置。
湍流场发生装置、气泡发生固定装置、颗粒物投入装置和视频观测装置均设置在蜂窝平衡板上，气泡发生固定装置包括气泡发生装置和气泡固定装置，湍流场发生装置底部与蜂窝平衡板之间设有第四三维位移器，气泡发生装置底部与蜂窝平衡板之间设有第三三维位移器，气泡固定装置与蜂窝平衡板之间设有第二三维位移器，颗粒物投入装置与蜂窝平衡板之间设有第一三维位移器，第一三维位移器与蜂窝平衡板之间设有第一支撑杆，第一支撑杆上设有支撑杆高度调节器。
所述湍流场发生装置包括矩形透明结构的观测槽和第一蠕动泵、第二蠕动泵，观测槽的四个侧面上分别设有第一循环管、第二循环管、第三循环管和第四循环管，其中第一循环管和第二循环管分别设置在观测槽相对的侧面上，第三循环管和第四循环管分别设置在观测槽另外两个相对的侧面上，第一循环管和第二循环管分别通过第一连接管分别与第一蠕动泵的进出口连接，第三循环管和第四循环管分别通过第二连接管分别与第二蠕动泵的进出口连接。
所述的气泡发生装置包括气泡微量注射泵和与之连接的气泡发生管，气泡发生管的管路出口延伸入观测槽内，所述的气泡固定装置包括设置在第二三维位移器上的第二支撑杆，以及一端管口设置在观测槽内，另一端管口与第二支撑杆的顶端连接的气泡固定管；所述气泡发生管的管路出口与气泡固定管在观测槽内的管口相对设置并且两者之间留有可调节的间隙，通过调节间隙的距离从而固定产生的气泡，同时通过调节第二三维位移器来调节与气泡发生管之间的间隙距离，还可以调节气泡的形变。
所述颗粒物投入装置包括通过连接杆与第一三维位移器连接设置的移液管，移液管内设有入料管，入料管通过连接管连接有颗粒微量注射泵，颗粒微量注射泵内设有注射管，移液管的底端出口设置在观测槽内，其中移液管的管径在1.2-2mm,入料管的出口管径比移液管细，为投入颗粒粒径的8-15倍，以保证颗粒是一粒一粒的下落。
视频观测装置包括所述CCD相机和光源，其中CCD相机底部设有相机调整架，光源底部设有光源调整架，相机调整架和光源调整架分别对称设置在观测槽的两侧，且保证光源提供的光线透过观测槽尽可能被 CCD相机采集。
气泡发生管为毛细管，利用与其连接的气泡微量注射泵在观测槽中产生直径约为0.5-3mm的气泡。
一种流动环境下微观浮选气泡与颗粒矿化过程观测方法，其步骤如下：
S1、首先在颗粒微量注射泵内的注射管注满通过磁力搅拌器充分分散且浓度为0.1％的颗粒溶液，并开启颗粒微量注射泵，使连接管和入料管内充满颗粒溶液后停止颗粒微量注射泵，观测槽内注满溶液或水，利用气泡微量注射泵通过气泡发生管在观测槽内的溶液或水中产生气泡并附着在管口，通过移动第三三维位移器从而调节气泡发生管的出口，使产生的气泡正好稳定位于观测槽的中心位置；
S2、打开CCD相机和光源，调整相机调整架和光源调整架，调节CCD相机的焦距，使通过光源辅助拍摄到的气泡图片清晰；
S3、通过调节第二三维位移器使气泡固定管的管口在观测槽内接触附着在气泡发生管管口的气泡，并通过气泡固定管的管口挤压气泡以达到试验要求的气泡变形程度，然后固定气泡固定管的位置使达到合适变形程度的气泡固定稳定；
S4、打开第一蠕动泵和第二蠕动泵，使观测槽内的溶液循环流动从而生成两股交汇的流体，通过调节第一蠕动泵和第二蠕动泵的流量使两股交汇的流体在观测槽内产生湍流场，气泡的位置正好位于两股流体交汇处，在气泡的周围形成一个模拟浮选环境；
S5、通过调节支撑杆高度调节器和第一三维位移器使移液管的管口位于观测槽液面下方，气泡的正上方；
S6、开启颗粒微量注射泵，给所有颗粒一个加速度后经过移液管落入观测槽；
S7、颗粒溶液中的颗粒在颗粒微量注射泵的作用下注入观测槽内的溶液或水中，注入溶液或水中后的颗粒溶液中任一颗粒与气泡之间发生碰撞粘附现象，利用与CCD相机观测并记录颗粒与气泡的矿化过程，最终获得在湍流环境下不同沉降速度的颗粒与气泡的碰撞粘附过程信息完成一次观测；
清洁设备，再次产生新的气泡，重复步骤S1进行新的观测。
通过气泡固定管的管口挤压附着在气泡发生管管口的气泡，从而得到不同的变形程度，从而能够观测到不同变形程度的气泡与颗粒的碰撞粘附过程，所述的颗粒为多种不同成分颗粒的混合体，也可以是单一种类的颗粒，具体包括不同粒径大小的煤、玻璃微珠、石英砂。
利用颗粒微量注射泵给颗粒提供不同的加速度，从而使颗粒在下落进入溶液后与气泡产生不同的碰撞速度，颗粒微量注射泵的试验注射范围为1μL/s-30μL/s。
有益效果：
1)本发明中所以部件均设置在蜂窝平衡板上，保证所有部件均处于水平位置，提高观测精度；此外移液管、气泡发生管、气泡固定管和观测槽均安装在各自的三维位移器，可以实现高精度的位移，使颗粒与气泡位置精确可调；使用气泡微量注射泵产生气泡，使气泡粒径可控；
2)移液管通过连接杆与第一三维位移器连接设置，通过连接管与颗粒微量注射泵连接设置的入料管管径较移液管细，并伸入移液管内部且出口底端出口设置在观测槽内，移液管的底端出口也设置在观测槽内，将调配好的颗粒溶液加入颗粒微量注射泵自带的注射管，可以通过打开颗粒微量注射泵，促使颗粒进入观测槽，通过调节颗粒微量注射泵的注射量给予颗粒不同的碰撞速度，实现具有不同碰撞速度的颗粒与气泡的碰撞；
3)气泡固定管在观测槽内设于与气泡发生管同一平面的同一直线的相对位置，通过调节第二三维位移器，使气泡固定管接触并挤压气泡，以产生具有不同变形程度的气泡，此外可以通过气泡固定管固定该变形程度的气泡稳定，满足不同变形程度的气泡与颗粒矿化过程观测的需求；
4)通过蠕动泵使观测槽内溶液循环流动，可以调节第一蠕动泵和第二蠕动泵的流量，使其产生不同组合的流量，在观测槽内产生可控湍流场，实现在流动环境下观测微观浮选气泡与颗粒矿化过程。
5)本装置结构简单，安装及维修方便，观测方法容易掌握，操作性强，可为流动环境中的微观浮选气泡与颗粒矿化过程的研究提供帮助。
附图说明
图1为本发明流动环境下微观浮选气泡与颗粒矿化过程观测装置的结构示意图；
图2为本发明观测槽的主视图；
图3为本发明观测槽的俯视图。
图中：10-蜂窝平衡板，
20-第一支撑杆，21-支撑杆高度调节器，22-第一三维位移器，23-连接杆，24-颗粒微量注射泵，25- 连接管，26-入料管，27-移液管，
30-第二三维位移器，31-第三三维位移器，32-第四三维位移器，33-气泡微量注射泵，34-气泡发生管，35-第二支撑杆，36-气泡固定管，
40-观测槽，41-第一循环管，42-第二循环管，43-第三循环管，44-第四循环管，45-第一连接管，46- 第一蠕动泵，47-第二连接管，48-第二蠕动泵，
50-CCD相机，51-相机调整架，52-光源，53-光源调整架。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的流动环境下微观浮选气泡与颗粒矿化过程观测装置，包括能够产生流体交汇的湍流场发生装置，在湍流场发生装置内设有气泡发生固定装置，湍流场发生装置上设有颗粒碰撞速度可调的颗粒物投入装置，气泡发生固定装置能够钳住发生的气泡并将气泡至于湍流场发生装置的流体交汇处，颗粒碰撞速度可调的颗粒物投入装置的出口设置在气泡的正上方，湍流场发生装置外侧设有视频观测装置。湍流场发生装置、气泡发生固定装置、颗粒物投入装置和视频观测装置均设置在蜂窝平衡板10上，气泡发生固定装置包括气泡发生装置和气泡固定装置，湍流场发生装置底部与蜂窝平衡板10之间设有第四三维位移器32，气泡发生装置底部与蜂窝平衡板10之间设有第三三维位移器31，气泡固定装置与蜂窝平衡板10之间设有第二三维位移器30，颗粒物投入装置与蜂窝平衡板10之间设有第一三维位移器22，第一三维位移器22与蜂窝平衡板10之间设有第一支撑杆20，第一支撑杆20上设有支撑杆高度调节器21。
如图2和图3所示，湍流场发生装置包括矩形透明结构的观测槽40和第一蠕动泵46、第二蠕动泵48，观测槽40的四个侧面上分别设有第一循环管41、第二循环管42、第三循环管43和第四循环管44，其中第一循环管41和第二循环管42分别设置在观测槽40相对的侧面上，第三循环管43和第四循环管44分别设置在观测槽40另外两个相对的侧面上，第一循环管41和第二循环管42分别通过第一连接管45分别与第一蠕动泵46的进出口连接，第三循环管43和第四循环管44分别通过第二连接管47分别与第二蠕动泵48的进出口连接。
所述的气泡发生装置包括气泡微量注射泵33和与之连接的气泡发生管34，气泡发生管34的管路出口延伸入观测槽40内，所述的气泡固定装置包括设置在第二三维位移器30上的第二支撑杆35，以及一端管口设置在观测槽40内，另一端管口与第二支撑杆35的顶端连接的气泡固定管36；所述气泡发生管34的管路出口与气泡固定管36在观测槽40内的管口相对设置并且两者之间留有可调节的间隙，通过调节间隙的距离从而固定产生的气泡，同时通过调节第二三维位移器30来调节与气泡发生管之间的间隙距离，还可以调节气泡的形变。
所述颗粒物投入装置包括通过连接杆23与第一三维位移器22连接设置的移液管27，移液管27内设有入料管26，入料管26通过连接管25连接有颗粒微量注射泵24，颗粒微量注射泵24内设有注射管，移液管27的底端出口设置在观测槽40内，其中移液管27的管径在1.2-2mm,入料管26的出口管径比移液管细27，为投入颗粒粒径的8-15倍，以保证颗粒是一粒一粒的下落。
视频观测装置包括所述CCD相机50和光源52，其中CCD相机50底部设有相机调整架51，光源52底部设有光源调整架53，相机调整架51和光源调整架53分别对称设置在观测槽40的两侧，且保证光源52 提供的光线透过观测槽40尽可能被CCD相机50采集。
气泡发生管34为毛细管，利用与其连接的气泡微量注射泵33在观测槽40中产生直径约为0.5-3mm 的气泡。
一种流动环境下微观浮选气泡与颗粒矿化过程观测方法，其步骤如下：
S1、首先在颗粒微量注射泵24内的注射管注满通过磁力搅拌器充分分散且浓度为0.1％的颗粒溶液，颗粒为多种不同成分颗粒的混合体，也可以是单一种类的颗粒，具体包括不同粒径大小的煤、玻璃微珠、石英砂；开启颗粒微量注射泵24，使连接管25和入料管26内充满颗粒溶液后停止颗粒微量注射泵24，观测槽40内注满溶液或水，利用气泡微量注射泵33通过气泡发生管34在观测槽40内的溶液或水中产生气泡并附着在管口，通过移动第三三维位移器31从而调节气泡发生管34的出口，使产生的气泡正好稳定位于观测槽40的中心位置；
S2、打开CCD相机50和光源52，调整相机调整架51和光源调整架53，调节CCD相机50的焦距，使通过光源52辅助拍摄到的气泡图片清晰；
S3、通过调节第二三维位移器30使气泡固定管36的管口在观测槽40内接触附着在气泡发生管34管口的气泡，并通过气泡固定管36的管口挤压气泡以达到试验要求的气泡变形程度，然后固定气泡固定管 36的位置使达到合适变形程度的气泡固定稳定；通过气泡固定管36的管口挤压附着在气泡发生管34管口的气泡，从而得到不同的变形程度，从而能够观测到不同变形程度的气泡与颗粒的碰撞粘附过程；
S4、打开第一蠕动泵46和第二蠕动泵48，使观测槽40内的溶液循环流动从而生成两股交汇的流体，通过调节第一蠕动泵46和第二蠕动泵48的流量使两股交汇的流体在观测槽40内产生湍流场，气泡的位置正好位于两股流体交汇处，在气泡的周围形成一个模拟浮选环境；通过调节第一蠕动泵46和第二蠕动泵48的流量，从而产生不同的流量组合；
S5、通过调节支撑杆高度调节器21和第一三维位移器22使移液管27的管口位于观测槽40液面下方，气泡的正上方；
S6、开启颗粒微量注射泵24，给所有颗粒一个加速度后经过移液管落入观测槽40；利用颗粒微量注射泵24给颗粒提供不同的加速度，从而使颗粒在下落进入溶液后与气泡产生不同的碰撞速度，颗粒微量注射泵24的试验注射范围为1μL/s-30μL/s；
S7、颗粒溶液中的颗粒在颗粒微量注射泵24的作用下注入观测槽40内的溶液或水中，注入溶液或水中后的颗粒溶液中任一颗粒与气泡之间发生碰撞粘附现象，利用与CCD相机50观测并记录颗粒与气泡的矿化过程，最终获得在湍流环境下不同沉降速度的颗粒与气泡的碰撞粘附过程信息完成一次观测；
清洁设备，再次产生新的气泡，重复步骤S1进行新的观测。

Claims (5)

1.一种流动环境下微观浮选气泡与颗粒矿化过程观测方法，其特征在于：它包括能够产生流体交汇的湍流场发生装置，在湍流场发生装置内设有气泡发生固定装置，湍流场发生装置上设有颗粒碰撞速度可调的颗粒物投入装置，气泡发生固定装置能够钳住发生的气泡并将气泡至于湍流场发生装置的流体交汇处，颗粒碰撞速度可调的颗粒物投入装置的出口设置在气泡的正上方，湍流场发生装置外侧设有视频观测装置；湍流场发生装置、气泡发生固定装置、颗粒物投入装置和视频观测装置均设置在蜂窝平衡板（10）上，气泡发生固定装置包括气泡发生装置和气泡固定装置，湍流场发生装置底部与蜂窝平衡板（10）之间设有第四三维位移器（32），气泡发生装置底部与蜂窝平衡板（10）之间设有第三三维位移器（31），气泡固定装置与蜂窝平衡板（10）之间设有第二三维位移器（30），颗粒物投入装置与蜂窝平衡板（10）之间设有第一三维位移器（22），第一三维位移器（22）与蜂窝平衡板（10）之间设有第一支撑杆（20），第一支撑杆（20）上设有支撑杆高度调节器（21）；所述湍流场发生装置包括矩形透明结构的观测槽（40）和第一蠕动泵（46）、第二蠕动泵（48），观测槽（40）的四个侧面上分别设有第一循环管（41）、第二循环管（42）、第三循环管（43）和第四循环管（44），其中第一循环管（41）和第二循环管（42）分别设置在观测槽（40）相对的侧面上，第三循环管（43）和第四循环管（44）分别设置在观测槽（40）另外两个相对的侧面上，第一循环管（41）和第二循环管（42）分别通过第一连接管（45）分别与第一蠕动泵（46）的进出口连接，第三循环管（43）和第四循环管（44）分别通过第二连接管（47）分别与第二蠕动泵（48）的进出口连接；所述的气泡发生装置包括气泡微量注射泵（33）和与之连接的气泡发生管（34），气泡发生管（34）的管路出口延伸入观测槽（40）内，所述的气泡固定装置包括设置在第二三维位移器（30）上的第二支撑杆（35），以及一端管口设置在观测槽（40）内，另一端管口与第二支撑杆（35）的顶端连接的气泡固定管（36）；所述气泡发生管（34）的管路出口与气泡固定管（36）在观测槽（40）内的管口相对设置并且两者之间留有可调节的间隙，通过调节间隙的距离从而固定产生的气泡，同时通过调节第二三维位移器（30）来调节与气泡发生管之间的间隙距离，还可以调节气泡的形变；
视频观测装置包括CCD相机（50）和光源（52），其中CCD相机（50）底部设有相机调整架（51），光源（52）底部设有光源调整架（53），相机调整架（51）和光源调整架（53）分别对称设置在观测槽（40）的两侧，且保证光源（52）提供的光线透过观测槽（40）被CCD相机（50）采集；
流动环境下微观浮选气泡与颗粒矿化过程观测方法，其步骤如下：
S1、首先在颗粒微量注射泵（24）内的注射管注满通过磁力搅拌器充分分散且浓度为0.1%的颗粒溶液，并开启颗粒微量注射泵（24），使连接管（25）和入料管（26）内充满颗粒溶液后停止颗粒微量注射泵（24），观测槽（40）内注满溶液或水，利用气泡微量注射泵（33）通过气泡发生管（34）在观测槽（40）内的溶液或水中产生气泡并附着在管口，通过移动第三三维位移器（31）从而调节气泡发生管（34）的出口，使产生的气泡正好稳定位于观测槽（40）的中心位置；
S2、打开CCD相机（50）和光源（52），调整相机调整架（51）和光源调整架（53），调节CCD相机（50）的焦距，使通过光源（52）辅助拍摄到的气泡图片清晰；
S3、通过调节第二三维位移器（30）使气泡固定管（36）的管口在观测槽（40）内接触附着在气泡发生管（34）管口的气泡，并通过气泡固定管（36）的管口挤压气泡以达到试验要求的气泡变形程度，然后固定气泡固定管（36）的位置使达到变形程度符合要求的气泡固定稳定；
S4、打开第一蠕动泵（46）和第二蠕动泵（48），使观测槽（40）内的溶液循环流动从而生成两股交汇的流体，通过调节第一蠕动泵（46）和第二蠕动泵（48）的流量使两股交汇的流体在观测槽（40）内产生湍流场，气泡的位置正好位于两股流体交汇处，在气泡的周围形成一个模拟浮选环境；
S5、通过调节支撑杆高度调节器（21）和第一三维位移器（22）使移液管（27）的管口位于观测槽（40）液面下方，气泡的正上方；
S6、开启颗粒微量注射泵（24），给所有颗粒一个加速度后经过移液管落入观测槽（40）；
S7、颗粒溶液中的颗粒在颗粒微量注射泵（24）的作用下注入观测槽（40）内的溶液或水中，注入溶液或水中后的颗粒溶液中任一颗粒与气泡之间发生碰撞粘附现象，利用与CCD相机（50）观测并记录颗粒与气泡的矿化过程，最终获得在湍流环境下不同沉降速度的颗粒与气泡的碰撞粘附过程信息完成一次观测；
清洁设备，再次产生新的气泡，重复步骤S1进行新的观测。
2.根据权利要求1所述的流动环境下微观浮选气泡与颗粒矿化过程观测方法，其特征在于：所述颗粒物投入装置包括通过连接杆（23）与第一三维位移器（22）连接设置的移液管（27），移液管（27）内设有入料管（26），入料管（26）通过连接管（25）连接有颗粒微量注射泵（24），颗粒微量注射泵（24）内设有注射管，移液管（27）的底端出口设置在观测槽（40）内，其中移液管（27）的管径在1.2-2 mm, 入料管（26）的出口管径比移液管细（27），为投入颗粒粒径的8-15倍，以保证颗粒是一粒一粒的下落。
3.根据权利要求1所述的流动环境下微观浮选气泡与颗粒矿化过程观测方法，其特征在于：气泡发生管（34）为毛细管，利用与其连接的气泡微量注射泵（33）在观测槽（40）中产生直径0.5-3 mm的气泡。
4.根据权利要求1所述的流动环境下微观浮选气泡与颗粒矿化过程观测方法，其特征在于：通过气泡固定管（36）的管口挤压附着在气泡发生管（34）管口的气泡，从而得到不同的变形程度，从而能够观测到不同变形程度的气泡与颗粒的碰撞粘附过程，所述的颗粒为多种不同成分颗粒的混合体，或者是单一种类的颗粒，具体包括不同粒径大小的煤、玻璃微珠、石英砂。
5.根据权利要求1所述的流动环境下微观浮选气泡与颗粒矿化过程观测方法，其特征在于：利用颗粒微量注射泵（24）给颗粒提供不同的加速度，从而使颗粒在下落进入溶液后与气泡产生不同的碰撞速度，颗粒微量注射泵（24）的试验注射范围为1μL/s-30μL/s。
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