本書以傳統(tǒng)水力旋流器為原型,在常規(guī)水力旋流器的分選理論基礎(chǔ)上進行數(shù)值模擬與優(yōu)化,掌握了旋流器中CFD模型分選的流場規(guī)律,進而建立重介質(zhì)旋流器分選機理的CFD模型。通過多因素的模擬計算對速度場、壓力場、渦流場等參數(shù)的分布趨勢進行分析,探究了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的流體力學(xué)特性影響機理,確立了最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。另外,通過小型重介質(zhì)旋流器分選試驗系統(tǒng)的建立,將雙錐重介質(zhì)旋流器在3種典型有色金屬礦石進行應(yīng)用,對硫化鉛鋅礦、氧化鉛鋅礦及稀有輕金屬鋰礦進行工業(yè)試驗推廣,結(jié)果表明新型重介質(zhì)旋流器在實際工業(yè)生產(chǎn)過程中能有效降低生產(chǎn)成本、優(yōu)化選別指標(biāo),取得了明顯的應(yīng)用成效。
不同力場下的微細(xì)粒分選是現(xiàn)代分選中極其重要的環(huán)節(jié),由于不需要或少添加化學(xué)品和微生物制劑,因此在生產(chǎn)過程中對環(huán)境保護和成本控制方面有突出的優(yōu)勢。重力場分選(重選)作為一種古老的選礦方法,以其零污染、耗能少、配置簡便、建設(shè)快等優(yōu)點,在礦物加工領(lǐng)域依然扮演著獨特而重要的角色。
如今,在分選作業(yè)的生產(chǎn)過程中,重介質(zhì)旋流器的應(yīng)用屢見不鮮。因其具備設(shè)備體積小、本身無運動部件、處理量大、分選效率高及污染小等特點,在選煤領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,特別是對微細(xì)粒級的煤礦選別效果較佳。然而,重介質(zhì)旋流器在有色金屬礦的應(yīng)用研究極少,故本書基于有色金屬資源選礦需求設(shè)計開發(fā)出一類新型重介質(zhì)旋流器,對礦產(chǎn)資源的高效利用及環(huán)境保護具有非常重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。
本書以傳統(tǒng)水力旋流器為原型,在成熟的理論基礎(chǔ)上結(jié)合計算流體力學(xué)( CFD)方法建立與實際匹配的分選模型,揭示旋流器內(nèi)部流場的分選機理。同時進行實際機械模型的創(chuàng)新設(shè)計與優(yōu)化,得到新型重介質(zhì)旋流器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化方案,實現(xiàn)新型設(shè)備的成功研發(fā)。
本書分為7章,第1章概述了微細(xì)粒分選的基本情況及重介質(zhì)旋流器的發(fā)展研究現(xiàn)狀,并簡述了本書的技術(shù)路線;第2章簡述了重介質(zhì)旋流場理論計算方法,著重闡述了旋流器內(nèi)部壓力分布與損失情況;第3章詳述了傳統(tǒng)水力旋流器基礎(chǔ)流體力學(xué)方程的建立過程,在常規(guī)水力旋流器分選理論研究的基礎(chǔ)上采用雷諾應(yīng)力湍流模型、混合模型與自由表面結(jié)合的多相流動模型對旋流器內(nèi)氣一液和液一固流場進行優(yōu)化計算;第4章闡述了雙錐重介質(zhì)旋流器的數(shù)值模擬優(yōu)化過程,研究了重介質(zhì)旋流器內(nèi)速度場、壓力場、渦流場及空氣柱等的特點,掌握了物理結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵作用因素,并根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)模擬結(jié)果確立最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案;第5章以云南某地的低品位硫化鉛鋅礦為研究對象,驗證雙錐重介質(zhì)旋流器的工藝流程方案和經(jīng)濟指標(biāo)的穩(wěn)定性與可靠性,并通過實際結(jié)果改進和完善各項結(jié)構(gòu)參數(shù),為低品位難選硫化礦開發(fā)利用提供可靠的工藝路線;第6章以含泥量大的難選氧化礦鉛鋅礦作為研究對象,詳細(xì)考查了重介質(zhì)旋流器的結(jié)構(gòu)參數(shù)及操作條件對分選指標(biāo)的影響規(guī)律;第7章以重介質(zhì)旋流器對鋰輝石的回收工業(yè)推廣應(yīng)用為例,成功實施了重介質(zhì)一浮選聯(lián)合工藝,進一步證明雙錐重介質(zhì)旋流器可用于稀有輕金屬鋰礦的高效回收,與傳統(tǒng)浮選分離的工業(yè)技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)對比具備顯著優(yōu)勢。
本書的許多研究工作得到了中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院、昆明冶金研究院有限公司及六盤水師范學(xué)院礦物加工工程專業(yè)的大力支持。感謝胡岳華教授、孫偉教授、高志勇教授、劉潤清教授、簡勝正高級工程師、楊林高級工程師等專家的指導(dǎo)和幫助。感謝貴州省一流學(xué)科(群)一礦業(yè)工程(黔教XKTJ[2020] 23)、貴州省高等學(xué)校煤系共伴生固體高效清潔利用創(chuàng)新團隊(黔教技[ 2023] 87號)六盤水復(fù)雜礦產(chǎn)資源高效清潔利用重點實驗室(項目號52020-2019-05-06)、六盤水師范學(xué)院礦物加工工程專業(yè)給予本書研究與出版工作的支持。
由于作者水平所限,書中不足之處,懇請廣大讀者批評指正。
1 緒論
1.1 微細(xì)粒分選中不同力場的研究現(xiàn)狀
1.1.1 電選
1.1.2 磁選
1.1.3 光學(xué)分選
1.1.4 重力場分選
1.2 重力場分選設(shè)備的研究現(xiàn)狀
1. 2.1 螺旋選礦機
1.2.2 跳汰機
1.2.3 搖床
1.3 重介質(zhì)旋流器的發(fā)展與應(yīng)用
1.4 本書技術(shù)路線
2 重介質(zhì)旋流場理論計算方法
2.1 基本流場理論
2.2 旋流器內(nèi)壓強分布與損失
2. 2.1 壓強分布
2.2.2 局部損失
2.2.3 黏滯損失
2.2.4 湍動能耗
2.2.5 空氣柱與損耗
3 旋流器數(shù)值模擬及計算模型
3.1 流體力學(xué)基本方程的建立
3.1.1 控制微分方程
3.1.2 湍流模型的選擇
3.2 網(wǎng)格劃分
3.3 CFD分析
3.3.1 有限體積法
3.3.2 基于壓力的求解器
3.3.3 流動參數(shù)和流體性質(zhì)
3.3.4 入口處速度
3.3.5 出口處壓力
3.3.6 離散相建模
3.4 CFD分析結(jié)果
3.4.1 旋流器的收集效率
3.4.2 底流口直徑對旋流器分離效果的影響
4 雙錐重介質(zhì)旋流器CFD數(shù)值模擬
4.1 重介質(zhì)旋流器基礎(chǔ)模型的建立
4.2 旋流器3D模型的建立
4.3 建立邊界條件與設(shè)定控制參數(shù)
4.4 模擬結(jié)果與分析
5 低品位硫化鉛鋅礦雙錐重介質(zhì)旋流器預(yù)選研究
5.1 礦石性質(zhì)
5.2 介質(zhì)密度試驗
5.3 旋流器傾角試驗
5.4 旋流器沉砂嘴直徑試驗
5.5 旋流器下錐體錐角試驗
5.6 旋流器最佳參數(shù)綜合試驗
5.7 連續(xù)給料擴大試驗
5.8 浮選驗證試驗
6 低品位氧化鉛鋅礦雙錐重介質(zhì)選別回收研究
6.1 原礦性質(zhì)
……
7 雙錐重介質(zhì)旋流器對鋰輝石回收工業(yè)推廣應(yīng)用
附錄
參考文獻