渦流場強化管流礦化機理研究

《渦流場強化管流礦化機理研究》是依託中國礦業大學，由王利軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：渦流場強化管流礦化機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王利軍
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

旋流-靜態微泡浮選柱是一種高效的細粒礦物浮選設備，其管流段的高紊流環境是難浮細粒礦物與氣泡發生碰撞並粘附的主要場所；隨著入浮礦物粒度進一步變細，需要增大管流段的紊流強度，目前提高流速增大管內紊流強度方法導致管壁的嚴重磨損。本項目將以管流段的流動環境為研究對象，以提高氣泡和顆粒之間碰撞機率及相對速度為目標，在流速不變條件下，利用內置混合元件誘發渦流流場強化管流段紊流強度。首先研究不同起泡劑種類及用量條件下單個氣泡的運動規律，修正其運動曳力係數，作為後期數值模擬正確表達流場信息的基礎；然後利用PIV技術及數值模擬方法研究混合元件誘發的渦流流場中礦物顆粒及氣泡的運動規律，建立渦流場中礦物顆粒及氣泡運動的流體動力學模型，並結合礦物分選試驗，揭示渦流流場強化管流礦化的機理，因而具有重要的理論價值；同時本項目研究成果對於其它對其他分選設備強化微細粒礦物回收也具有指導意義。

結題摘要

管流段的高紊流環境是難浮細粒礦物在旋流-靜態微泡浮選柱主要場所，為了應對礦物粒度的進一步變小這一問題，需要進一步增加管流段的湍流強度。本項目針對這一目標主要完成了以下幾部分的工作： （1）建立清水以及起泡劑作用下氣泡運動的曳力係數計算模型。單氣泡運動曳力模型的建立是後續數值模擬研究的基礎，文中採用實驗方法，研究了不同直徑氣泡在清水和起泡劑（仲辛醇）作用下運動的曳力係數計算模型，在實驗的雷諾數範圍內（550≤Re≤1000），所建立模型的預測值與實驗值的相對誤差最大值為4.3%。 （2）完成了氣泡發生器結構的最佳化。氣泡發生器結構將直接影響到管流段的流場，首先實驗測量得到氣泡發生器水流量和吸氣量之間的關係，然後利用FLUENT 14.0對其進行三維流場模擬，模擬值與實驗結果誤差最大為7.6%，驗證了所使用計算模型的正確性，利用該模型，研究了氣泡發生器關鍵參數喉嘴距對氣泡發生器性能的影響，研究結果表明，當喉嘴距為1.25 ~2.5 時候，其吸氣量、氣泡發生器出口氣泡直徑最小、氣泡分布最均勻，即最有利於細粒礦物的浮選。 （3）利用內置渦流發生器誘發渦強化管流段紊流強度。採用數值模擬的方法研究了渦發生器（VGs）對管流段紊流強度的影響，結果表明，當渦發生器的最佳間距為20mm，在不增加管內流速的情況下，管內平均紊流強度由0.015 m2/s2 增加到0.05 m2/s2當渦發生器的排數由0增加到5是，二湍流耗散率由1.99 m2/s3 增加到了11.8 m2/s3。根據礦物浮選理論可知，紊流強度和紊流耗散的增加是有利於細粒礦物的回收的。 （4）進行了礦物浮選實驗，驗證了渦流發生器對細粒礦物回收強化的效果。進行分選實驗，分別對對光管、1#管-單排布置、3#管-三排布置、5#管-5 排布置的管流段進行分選實驗，實驗結果表明：四種管流結構下的精煤產率呈現遞增趨勢由50.89%增加到55.42%，可燃體回收率有了明顯提高，且精煤灰分差異不顯著，強化了煤泥浮選效果。