本文關鍵詞：高強度浮選調漿過程碰撞速率及流體特性研究

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【摘要】：浮選是細粒礦物分選中應用最廣、效果最好的分選方法,但是我國很多礦產(chǎn)資源地質條件較差、礦石“貧細雜”化嚴重,浮選過程的完善程度將直接影響資源的利用效率。然而,目前的浮選過程仍然存在回收率低、精礦質量差、工藝缺乏針對性等缺陷。迄今,為提高浮選效率,國內(nèi)外學者和工程技術人員在新型藥劑、新型浮選設備、浮選工藝優(yōu)化等方面取得了很大的進展。然而,這些研究大多都集中在分選單元,缺少對高效調漿技術的重視和突破。加強對調漿過程的研究是過程強化與深度分選理念的契合與要求。如果細化整個浮選過程,將破碎和磨碎作為前期準備工作,調漿過程才是浮選作業(yè)過程真正的起點。因此改善顆粒的表面物理化學性質是實現(xiàn)細粒、微細粒礦物高效分選回收的先決條件�，F(xiàn)有調漿設備和方法難以滿足微細礦粒所特需的高分散、強活化、高效碰撞接觸的要求,只起到了一定的混合作用。高強度調漿加強調漿設備內(nèi)的流體特性的改進,使高強度攪拌產(chǎn)生的強紊流流態(tài)高效分散烴類油捕收劑、清洗固體顆粒表面粘附的異質細泥,并且可以加大細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,達到高效調漿的目的。本文對調漿體系中影響調漿效果的顆粒性質,主要是非極性烴類油捕收劑在高剪切調漿過程中的分散規(guī)律進行了探究和總結；分析對比了多種細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動速度、黏度等因素考慮在內(nèi),是比較適合高強度調漿過程礦物顆粒和非極性烴類油藥劑油滴碰撞速率的數(shù)學模型。結合經(jīng)典Levich模型,并對其優(yōu)化和延伸,得到適應于高剪切調漿過程的顆粒碰撞速率模型,結果顯示對于固定結構攪拌槽,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PIV測定和CFD模擬,對高強度調漿槽中流場特性進行了分析,結合分析結果和顆粒碰撞速率數(shù)學模型對調漿槽的結構進行了改進；通過對開灤礦區(qū)焦煤、寧東礦區(qū)焦煤、河南礦區(qū)鉬礦等礦樣的實驗室以及工業(yè)規(guī)模試驗,得到了各自最佳調漿條件,并與不采用高強度調漿的浮選試驗結果進行對比。主要研究內(nèi)容及結論如下：(1)以0號柴油為對象,對采用機械攪拌方式分散非極性烴類油捕收劑油滴的效果進行試驗,對高強度調漿過程中攪拌轉速和攪拌時間對藥劑油滴的分散影響規(guī)律進行了探究,采用激光粒度儀對不同條件下所得捕收劑粒度分布進行測定,發(fā)現(xiàn)高轉速短時間比低轉速長時間能使藥劑分散更加細小,能為后續(xù)調漿過程創(chuàng)造更有利的條件。對捕收劑平均粒徑和攪拌槳轉速的關系進行了回歸分析,發(fā)現(xiàn)在攪拌時間為2分鐘條件下其符合如下數(shù)學模型：Rf=5.55065·10-5·utip-1.2613式中,Rf為細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)適合于微細礦粒調漿過程的碰撞概率模型的選用與優(yōu)化。結合經(jīng)典Levich碰撞模型,并對其優(yōu)化和延伸,可認為Rep105條件下顆粒相對流體的跟隨性僅與顆粒和液體的密度有關,因此將此模型與試驗所用調漿槽結構和操作條件結合,對模型進行了優(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為流體運動粘度,m2/s；nc為粗顆粒即礦物顆粒粒子濃度,1/m3；nf為細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為流體運動速度,rn/s.此模型對細粒礦物調漿設備的設計給出了方向,即盡可能地增大槽體空間每個區(qū)域的液體流動速度,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方法對直徑T=300mm不同結構調漿槽內(nèi)流體特性進行了系統(tǒng)的測定,對T=2200mm添加剪切盤的調漿槽內(nèi)流體特性進行了CFD模擬,結果表明：相比普通具有豎向擋板的圓筒結構攪拌槽,添加橫向隔板和剪切盤將攪拌槽分割為多個相對獨立的調漿室,在相同攪拌轉速下,可以顯著提高流體速度值和湍流強度,提高槽體空間利用率；在每個調漿室內(nèi),攪拌槳甩出流體向下向外運動不久變分為兩股流動,一股觸底后急速向上,一股沿槽底(隔板形成假底)流向壁面；擋板處的流動主要為向下流,向下運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匯合形成菱形高速交匯區(qū)域；(4)本文通過對開灤礦區(qū)焦煤、寧東礦區(qū)焦煤、河南礦區(qū)鉬礦等礦樣的實驗室以及工業(yè)規(guī)模試驗,得到了特定礦樣的最佳調漿條件,并與不采用高強度調漿的實驗結果進行對比。結果顯示,高強度調漿技術對于提高難選細粒礦物的浮選數(shù)質量指標效果明顯；對于具有精選的工藝,高強度調漿可以提高粗選段回收率和精選段的除雜效果,最終結果與傳統(tǒng)預處理方法相比可以得到精礦回收率和精礦質量同時提高的效果。
【關鍵詞】：浮選 調漿 預處理 高強度調漿 PIV 湍流動能
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學(北京)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：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 研究內(nèi)容、方法及技術路線16-18
• 第二章 文獻綜述18-38
• 2.1 調漿對浮選的作用18-19
• 2.2 浮選調漿技術與設備現(xiàn)狀與發(fā)展19-27
• 2.2.1 調漿技術的研究進展19-20
• 2.2.2 現(xiàn)有浮選調漿技術與設備20-26
• 2.2.3 新型調漿設備發(fā)展趨勢26-27
• 2.3 調漿槽中循環(huán)流與剪切流的作用27-28
• 2.3.1 藥劑分散對循環(huán)流與剪切流的需求27
• 2.3.2 礦粒表面改性對循環(huán)流與剪切流的需求27-28
• 2.4 攪拌槽內(nèi)流場特性的研究現(xiàn)狀28-36
• 2.4.1 攪拌槽內(nèi)流場特性的測量28-32
• 2.4.2 攪拌槽內(nèi)流場特性的數(shù)值模擬32-36
• 2.5 本章小結36-38
• 第三章 調漿過程碰撞速率模型選用及相關顆粒行為研究38-66
• 3.1 調漿過程中流體流動狀態(tài)分析38-39
• 3.2 調漿體系中顆粒性質分析39-46
• 3.3 高強度調漿對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 高強度調漿過程顆粒其它相關行為研究59-63
• 3.5.1 高強度調漿過程中顆粒凝聚和破壞行為59-61
• 3.5.2 高強度調漿過程中顆粒間的傳質61-62
• 3.5.3 高強度調漿過程中微細顆粒的繞流62-63
• 3.6 本章小結63-66
• 第四章 高強度調漿槽內(nèi)流場測定、模擬和優(yōu)化66-100
• 4.1 PIV測定與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計算機模擬67-68
• 4.2 測定、模擬結果與分析68-99
• 4.2.1 單層攪拌槳離底高度對流場特性的影響69-72
• 4.2.2 不同攪拌轉速下攪拌槽內(nèi)流體特性測定72-76
• 4.2.3 增加攪拌槳層數(shù)對攪拌槽內(nèi)流場特性的影響76-79
• 4.2.4 三層槳攪拌槽內(nèi)流體特性研究79-82
• 4.2.5 多室結構調漿槽內(nèi)流場測定82-90
• 4.2.6 中層槳為六直葉或六斜葉開啟渦輪的流場特性對比90-94
• 4.2.7 具有剪切盤的分室調漿槽內(nèi)流場的CFD模擬94-97
• 4.2.8 不同結構攪拌槽內(nèi)速度衰減情況分析97-99
• 4.3 本章小結99-100
• 第五章 高強度調漿對細粒礦物浮選效果影響試驗100-128
• 5.1 實驗室試驗100-115
• 5.1.1 高強度調漿對煤泥浮選效果的影響實驗101-106
• 5.1.2 高強度調漿硫化鉬礦的調漿浮選效果影響試驗106-115
• 5.2 工業(yè)規(guī)模試驗115-125
• 5.2.1 神華寧煤集團某礦選煤廠115-117
• 5.2.2 開灤礦區(qū)A洗煤廠117-120
• 5.2.3 開灤礦區(qū)B洗煤廠120-125
• 5.3 本章小結125-128
• 第六章 結論及展望128-132
• 6.1 主要研究結論128-130
• 6.2 主要創(chuàng)新點130
• 6.3 今后研究工作的展望130-132
• 參考文獻132-140
• 致謝140-142
• 作者簡介142-143

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前7條

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

2 馬力強;陳清如;;煤泥調漿技術與設備的研究現(xiàn)狀及進展[J];煤炭科學技術;2011年04期

3 郭德;張秀梅;石常省;吳發(fā)超;;壓強預處理對煤泥浮選效果的影響[J];煤炭學報;2011年08期

4 楊玉華;曾付洋;石郡;陳海峰;;對XY型礦漿預處理器工作情況簡要分析[J];煤質技術;2008年04期

5 劉煥芳,文輝,李強;床面固體顆粒的圓柱繞流研究[J];石河子大學學報(自然科學版);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[J];選煤技術;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

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本文編號：1068151