梯级分布静电场强化煤系高岭土脱碳预富集的试验研究

作     者：陈浩 

作者单位：中国矿业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：贺靖峰

授予年度：2023年

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

主      题：煤系高岭土 旋转摩擦电选 梯级电场 数值模拟 脱碳性能 

摘      要：煤系高岭土是一种重要的非金属矿产资源,在我国储量丰富。由于其含碳量较高,无法对其进行直接加工利用。传统的湿法加工工艺成本高,工艺复杂,相比于现已成熟的粗粒度级矿物的干法分选的流化床技术,旋转摩擦电选能够实现解离度更高的细粒度级分离。然而,现有的静电场结构不能满足颗粒的高效精确分选需求。本论文设计了一种梯级分布静电场结构,适用于荷质比范围大的物料高效分选。采用数值模拟,研究了极板间距、极板角度和极板电压等参数对煤和高岭石颗粒在梯级分布静电场中偏移行为的影响规律。以偏移量和各集料槽内的荷质比范围为评价指标,对比两种梯级分布静电场结构的偏移效果。建立了梯级分布静电场电选系统,开展了不同粒度级煤系高岭土的分选试验,考察了不同操作参数（给料速度、转速、极板电压等）对煤系高岭土在梯级电场中脱碳性能的影响,实现了煤系高岭土的电选预富集。梯级分布静电场数值模拟的结果表明,Ⅰ型结构的电场强度的梯级分布较窄,A、B、C段电场强度仅能达到0.7?10～5～1.7?10～5、1.7?10～5～2.5?10～5、2.5?10～5～3.0?10～5V/m。而Ⅱ型结构场强梯级分布优势比Ⅰ型结构更明显,在极板间距为347 mm,极板角度为15°,A、B、C段电压梯度设置为20 k V且电压分别为-20、-40、-60k V时,各段场强分别为0～2.0?10～5、2.5～4.5?10～5、4.5～7.0?10～5V/m。煤和高岭石颗粒在Ⅱ型结构梯级静电场中偏移行为的分析结果表明,荷质比越高的偏转位移越大,1～7槽内荷电颗粒荷质比范围分别为18～14、12～6、4～2、1～-1、-2～-4、-6～-12、-14～-18 n C/g,荷电颗粒的偏移量范围为5～90 mm,有利于实现不同荷电颗粒的有效分离。此外,建立了颗粒荷质比关于偏移量的拟合方程x=-cln(（y-y）/b),预测了不同集料槽内颗粒的荷质比范围,且与高速动态系统分析的结果一致。煤系高岭土梯级摩擦电选的试验结果表明,适用不同粒度级煤系高岭土电选的A、B、C三段最佳极板电压分别为-20、-40、-60 k V。在给料速度12.49 g/min和摩擦介质转速315 rpm的条件下,0.5-0.25 mm煤系高岭土的脱碳效率为47.09%;在给料速度8.83 g/min和摩擦介质转速225 rpm条件下,0.25-0.125 mm煤系高岭土的脱碳效率为53.47%;在给料速度8.83 g/min和摩擦介质转速135 rpm条件下,0.125-0.074 mm煤系高岭土的脱碳效率为44.63%。总之,梯级摩擦电选实现了煤系高岭土的高效脱碳预富集。论文共包含82幅图,16个表,105篇参考文献。