本文關(guān)鍵詞：高強(qiáng)度浮選調(diào)漿過(guò)程碰撞速率及流體特性研究

  更多相關(guān)文章： 浮選 調(diào)漿 預(yù)處理 高強(qiáng)度調(diào)漿 PIV 湍流動(dòng)能

【摘要】：浮選是細(xì)粒礦物分選中應(yīng)用最廣、效果最好的分選方法,但是我國(guó)很多礦產(chǎn)資源地質(zhì)條件較差、礦石“貧細(xì)雜”化嚴(yán)重,浮選過(guò)程的完善程度將直接影響資源的利用效率。然而,目前的浮選過(guò)程仍然存在回收率低、精礦質(zhì)量差、工藝缺乏針對(duì)性等缺陷。迄今,為提高浮選效率,國(guó)內(nèi)外學(xué)者和工程技術(shù)人員在新型藥劑、新型浮選設(shè)備、浮選工藝優(yōu)化等方面取得了很大的進(jìn)展。然而,這些研究大多都集中在分選單元,缺少對(duì)高效調(diào)漿技術(shù)的重視和突破。加強(qiáng)對(duì)調(diào)漿過(guò)程的研究是過(guò)程強(qiáng)化與深度分選理念的契合與要求。如果細(xì)化整個(gè)浮選過(guò)程,將破碎和磨碎作為前期準(zhǔn)備工作,調(diào)漿過(guò)程才是浮選作業(yè)過(guò)程真正的起點(diǎn)。因此改善顆粒的表面物理化學(xué)性質(zhì)是實(shí)現(xiàn)細(xì)粒、微細(xì)粒礦物高效分選回收的先決條件�，F(xiàn)有調(diào)漿設(shè)備和方法難以滿足微細(xì)礦粒所特需的高分散、強(qiáng)活化、高效碰撞接觸的要求,只起到了一定的混合作用。高強(qiáng)度調(diào)漿加強(qiáng)調(diào)漿設(shè)備內(nèi)的流體特性的改進(jìn),使高強(qiáng)度攪拌產(chǎn)生的強(qiáng)紊流流態(tài)高效分散烴類油捕收劑、清洗固體顆粒表面粘附的異質(zhì)細(xì)泥,并且可以加大細(xì)粒礦物與藥滴的碰撞概率,使藥劑更多地吸附在顆粒表面,使其疏水活化,達(dá)到高效調(diào)漿的目的。本文對(duì)調(diào)漿體系中影響調(diào)漿效果的顆粒性質(zhì),主要是非極性烴類油捕收劑在高剪切調(diào)漿過(guò)程中的分散規(guī)律進(jìn)行了探究和總結(jié)；分析對(duì)比了多種細(xì)粒顆粒在高速紊流中的碰撞速率(概率)模型,如速度梯度模型、Sommerfeld模型以及Levich模型,發(fā)現(xiàn)Levich模型不僅考慮了顆粒的粒度、密度等慣性力因素,也將由于攪拌葉輪所形成的流體運(yùn)動(dòng)速度、黏度等因素考慮在內(nèi),是比較適合高強(qiáng)度調(diào)漿過(guò)程礦物顆粒和非極性烴類油藥劑油滴碰撞速率的數(shù)學(xué)模型。結(jié)合經(jīng)典Levich模型,并對(duì)其優(yōu)化和延伸,得到適應(yīng)于高剪切調(diào)漿過(guò)程的顆粒碰撞速率模型,結(jié)果顯示對(duì)于固定結(jié)構(gòu)攪拌槽,在Rep105的判定條件下,流體速度是影響碰撞速率的主要因素；通過(guò)PIV測(cè)定和CFD模擬,對(duì)高強(qiáng)度調(diào)漿槽中流場(chǎng)特性進(jìn)行了分析,結(jié)合分析結(jié)果和顆粒碰撞速率數(shù)學(xué)模型對(duì)調(diào)漿槽的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)；通過(guò)對(duì)開(kāi)灤礦區(qū)焦煤、寧東礦區(qū)焦煤、河南礦區(qū)鉬礦等礦樣的實(shí)驗(yàn)室以及工業(yè)規(guī)模試驗(yàn),得到了各自最佳調(diào)漿條件,并與不采用高強(qiáng)度調(diào)漿的浮選試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下：(1)以0號(hào)柴油為對(duì)象,對(duì)采用機(jī)械攪拌方式分散非極性烴類油捕收劑油滴的效果進(jìn)行試驗(yàn),對(duì)高強(qiáng)度調(diào)漿過(guò)程中攪拌轉(zhuǎn)速和攪拌時(shí)間對(duì)藥劑油滴的分散影響規(guī)律進(jìn)行了探究,采用激光粒度儀對(duì)不同條件下所得捕收劑粒度分布進(jìn)行測(cè)定,發(fā)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速短時(shí)間比低轉(zhuǎn)速長(zhǎng)時(shí)間能使藥劑分散更加細(xì)小,能為后續(xù)調(diào)漿過(guò)程創(chuàng)造更有利的條件。對(duì)捕收劑平均粒徑和攪拌槳轉(zhuǎn)速的關(guān)系進(jìn)行了回歸分析,發(fā)現(xiàn)在攪拌時(shí)間為2分鐘條件下其符合如下數(shù)學(xué)模型：Rf=5.55065·10-5·utip-1.2613式中,Rf為細(xì)顆粒即捕收劑藥滴的半徑,m；utip為攪拌槳葉端線速度,m/s；(2)適合于微細(xì)礦粒調(diào)漿過(guò)程的碰撞概率模型的選用與優(yōu)化。結(jié)合經(jīng)典Levich碰撞模型,并對(duì)其優(yōu)化和延伸,可認(rèn)為Rep105條件下顆粒相對(duì)流體的跟隨性僅與顆粒和液體的密度有關(guān),因此將此模型與試驗(yàn)所用調(diào)漿槽結(jié)構(gòu)和操作條件結(jié)合,對(duì)模型進(jìn)行了優(yōu)化：式中,Rc為粗顆粒半徑,即為礦物顆粒半徑,m；Rf為細(xì)顆粒半徑,即為捕收劑藥滴半徑,m；L為攪拌槽直徑,m；v為流體運(yùn)動(dòng)粘度,m2/s；nc為粗顆粒即礦物顆粒粒子濃度,1/m3；nf為細(xì)顆粒即捕收劑油滴粒子濃度,1/m3；ρ為流體密度,kg/m3；ρp為顆粒密度,kg/m3；Ul為流體運(yùn)動(dòng)速度,rn/s.此模型對(duì)細(xì)粒礦物調(diào)漿設(shè)備的設(shè)計(jì)給出了方向,即盡可能地增大槽體空間每個(gè)區(qū)域的液體流動(dòng)速度,如此可增大槽體空間整體的礦物顆粒與捕收劑油滴的碰撞概率,提高槽體空間利用率,節(jié)省捕收劑用量并為后續(xù)浮選創(chuàng)造良好的界面環(huán)境；(3)用PIV方法對(duì)直徑T=300mm不同結(jié)構(gòu)調(diào)漿槽內(nèi)流體特性進(jìn)行了系統(tǒng)的測(cè)定,對(duì)T=2200mm添加剪切盤(pán)的調(diào)漿槽內(nèi)流體特性進(jìn)行了CFD模擬,結(jié)果表明：相比普通具有豎向擋板的圓筒結(jié)構(gòu)攪拌槽,添加橫向隔板和剪切盤(pán)將攪拌槽分割為多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的調(diào)漿室,在相同攪拌轉(zhuǎn)速下,可以顯著提高流體速度值和湍流強(qiáng)度,提高槽體空間利用率；在每個(gè)調(diào)漿室內(nèi),攪拌槳甩出流體向下向外運(yùn)動(dòng)不久變分為兩股流動(dòng),一股觸底后急速向上,一股沿槽底(隔板形成假底)流向壁面；擋板處的流動(dòng)主要為向下流,向下運(yùn)行一段距離后也分為兩股,一股繼續(xù)豎直向下,一股折向槽體中心,與攪拌槳生成的兩股流動(dòng)匯合形成菱形高速交匯區(qū)域；(4)本文通過(guò)對(duì)開(kāi)灤礦區(qū)焦煤、寧東礦區(qū)焦煤、河南礦區(qū)鉬礦等礦樣的實(shí)驗(yàn)室以及工業(yè)規(guī)模試驗(yàn),得到了特定礦樣的最佳調(diào)漿條件,并與不采用高強(qiáng)度調(diào)漿的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果顯示,高強(qiáng)度調(diào)漿技術(shù)對(duì)于提高難選細(xì)粒礦物的浮選數(shù)質(zhì)量指標(biāo)效果明顯；對(duì)于具有精選的工藝,高強(qiáng)度調(diào)漿可以提高粗選段回收率和精選段的除雜效果,最終結(jié)果與傳統(tǒng)預(yù)處理方法相比可以得到精礦回收率和精礦質(zhì)量同時(shí)提高的效果。
【關(guān)鍵詞】：浮選 調(diào)漿 預(yù)處理 高強(qiáng)度調(diào)漿 PIV 湍流動(dòng)能
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TD923;TD94
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 選題依據(jù)12-18
• 1.1 選題背景12
• 1.2 研究意義12-16
• 1.3 研究?jī)?nèi)容、方法及技術(shù)路線16-18
• 第二章 文獻(xiàn)綜述18-38
• 2.1 調(diào)漿對(duì)浮選的作用18-19
• 2.2 浮選調(diào)漿技術(shù)與設(shè)備現(xiàn)狀與發(fā)展19-27
• 2.2.1 調(diào)漿技術(shù)的研究進(jìn)展19-20
• 2.2.2 現(xiàn)有浮選調(diào)漿技術(shù)與設(shè)備20-26
• 2.2.3 新型調(diào)漿設(shè)備發(fā)展趨勢(shì)26-27
• 2.3 調(diào)漿槽中循環(huán)流與剪切流的作用27-28
• 2.3.1 藥劑分散對(duì)循環(huán)流與剪切流的需求27
• 2.3.2 礦粒表面改性對(duì)循環(huán)流與剪切流的需求27-28
• 2.4 攪拌槽內(nèi)流場(chǎng)特性的研究現(xiàn)狀28-36
• 2.4.1 攪拌槽內(nèi)流場(chǎng)特性的測(cè)量28-32
• 2.4.2 攪拌槽內(nèi)流場(chǎng)特性的數(shù)值模擬32-36
• 2.5 本章小結(jié)36-38
• 第三章 調(diào)漿過(guò)程碰撞速率模型選用及相關(guān)顆粒行為研究38-66
• 3.1 調(diào)漿過(guò)程中流體流動(dòng)狀態(tài)分析38-39
• 3.2 調(diào)漿體系中顆粒性質(zhì)分析39-46
• 3.3 高強(qiáng)度調(diào)漿對(duì)煤粒表面的清洗作用分析46-48
• 3.4 碰撞速率模型適用性分析及優(yōu)化48-59
• 3.4.1 速度梯度模型48-52
• 3.4.2 Sommerfeld模型52-53
• 3.4.3 Levich模型與顆粒跟隨性53-59
• 3.5 高強(qiáng)度調(diào)漿過(guò)程顆粒其它相關(guān)行為研究59-63
• 3.5.1 高強(qiáng)度調(diào)漿過(guò)程中顆粒凝聚和破壞行為59-61
• 3.5.2 高強(qiáng)度調(diào)漿過(guò)程中顆粒間的傳質(zhì)61-62
• 3.5.3 高強(qiáng)度調(diào)漿過(guò)程中微細(xì)顆粒的繞流62-63
• 3.6 本章小結(jié)63-66
• 第四章 高強(qiáng)度調(diào)漿槽內(nèi)流場(chǎng)測(cè)定、模擬和優(yōu)化66-100
• 4.1 PIV測(cè)定與CFD模擬方法的比較66-68
• 4.1.1 PIV圖像處理方法66-67
• 4.1.2 CFD計(jì)算機(jī)模擬67-68
• 4.2 測(cè)定、模擬結(jié)果與分析68-99
• 4.2.1 單層攪拌槳離底高度對(duì)流場(chǎng)特性的影響69-72
• 4.2.2 不同攪拌轉(zhuǎn)速下攪拌槽內(nèi)流體特性測(cè)定72-76
• 4.2.3 增加攪拌槳層數(shù)對(duì)攪拌槽內(nèi)流場(chǎng)特性的影響76-79
• 4.2.4 三層槳攪拌槽內(nèi)流體特性研究79-82
• 4.2.5 多室結(jié)構(gòu)調(diào)漿槽內(nèi)流場(chǎng)測(cè)定82-90
• 4.2.6 中層槳為六直葉或六斜葉開(kāi)啟渦輪的流場(chǎng)特性對(duì)比90-94
• 4.2.7 具有剪切盤(pán)的分室調(diào)漿槽內(nèi)流場(chǎng)的CFD模擬94-97
• 4.2.8 不同結(jié)構(gòu)攪拌槽內(nèi)速度衰減情況分析97-99
• 4.3 本章小結(jié)99-100
• 第五章 高強(qiáng)度調(diào)漿對(duì)細(xì)粒礦物浮選效果影響試驗(yàn)100-128
• 5.1 實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)100-115
• 5.1.1 高強(qiáng)度調(diào)漿對(duì)煤泥浮選效果的影響實(shí)驗(yàn)101-106
• 5.1.2 高強(qiáng)度調(diào)漿硫化鉬礦的調(diào)漿浮選效果影響試驗(yàn)106-115
• 5.2 工業(yè)規(guī)模試驗(yàn)115-125
• 5.2.1 神華寧煤集團(tuán)某礦選煤廠115-117
• 5.2.2 開(kāi)灤礦區(qū)A洗煤廠117-120
• 5.2.3 開(kāi)灤礦區(qū)B洗煤廠120-125
• 5.3 本章小結(jié)125-128
• 第六章 結(jié)論及展望128-132
• 6.1 主要研究結(jié)論128-130
• 6.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)130
• 6.3 今后研究工作的展望130-132
• 參考文獻(xiàn)132-140
• 致謝140-142
• 作者簡(jiǎn)介142-143

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前7條

1 曾克文,余永富;浮選礦漿紊流強(qiáng)度對(duì)礦物浮選的影響[J];金屬礦山;2000年09期

2 馬力強(qiáng);陳清如;;煤泥調(diào)漿技術(shù)與設(shè)備的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展[J];煤炭科學(xué)技術(shù);2011年04期

3 郭德;張秀梅;石常省;吳發(fā)超;;壓強(qiáng)預(yù)處理對(duì)煤泥浮選效果的影響[J];煤炭學(xué)報(bào);2011年08期

4 楊玉華;曾付洋;石郡;陳海峰;;對(duì)XY型礦漿預(yù)處理器工作情況簡(jiǎn)要分析[J];煤質(zhì)技術(shù);2008年04期

5 劉煥芳,文輝,李強(qiáng);床面固體顆粒的圓柱繞流研究[J];石河子大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1997年02期

6 周曉華,趙朝勛,劉炯天;浮選柱研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J];選煤技術(shù);2003年06期

7 王峰,毛在砂,沈湘黔;Numerical Study of Solid-Liquid Two-Phase Flow in StirredTanks with Rushton Impeller(Ⅱ) Prediction of Critical Impeller Speed[J];Chinese Journal of Chemical Engineering;2004年05期

，

本文編號(hào)：1068151