铜山口铜矿水力旋流器数值优化试验研究

为提高大冶有色铜山口铜矿选矿厂FX500水力旋流器的分级精度、降低底流夹细量，通过数值模拟方法系统考察了旋流器结构参数和操作参数对旋流器分离性能的影响，结果表明：①适当增加入口流速、降低给矿浓度，可从整体上降低底流夹细量和溢流跑粗量；②适当增大柱段高度和小锥锥角，可进一步降低底流夹细量；③适当增大沉砂口上锥角角度，对底流中的微细粒级有洗涤作用，能进一步降低底流夹细量；④现场对比试验证实，旋流器结构优化后底流-75 μm粒级夹细率下降了1.78个百分点。研究结果为铜山口铜矿水力旋流器的优化与改造提供了技术支撑。     

锥角对水力旋流器流场及分离性能影响的数值试验研究

为了考察锥角对水力旋流器内部流场和分离性能的影响，针对实验室[?]50 mm水力旋流器，采用Fluent软件中RSM湍流模型、VOF和Mixture多相流模型进行了系统的数值试验研究。流场模拟结果表明，在相同操作条件下，增大锥角，空气柱直径增大，湍流强度增加，压强和压强梯度均明显增加，从而导致整体能耗增加；切向速度随锥角增大明显升高，轴向速度变化不大，但LZVV逐渐向器壁移动，分流比逐渐降低。颗粒分离模拟结果表明，增大锥角会导致分离粒度增加，各粒级分离效率降低；小锥角容易造成“底流夹细”现象，大锥角容易引起“溢流跑粗”现象。研究结果为水力旋流器锥体的结构选择和设计提供了参考。     

磁铁矿粉旋流重选提铁降硅试验

通过采用水力旋流器,大锥角水介质旋流器与旋流重选柱对屯兰选煤厂选煤用磁铁矿粉进行分选对比试验,试验结果表明：随着单锥结构水介质旋流器底锥锥角增大,底流粗粒产品全铁品位提高,SiO₂含量降低。对于粗粒级磁铁矿粉,复锥结构的旋流重选柱提铁降硅效果优于单锥120°锥角结构水介质旋流器。     

磁铁矿粉旋流重选提铁降硅试验

通过采用水力旋流器,大锥角水介质旋流器与旋流重选柱对屯兰选煤厂选煤用磁铁矿粉进行分选对比试验,试验结果表明：随着单锥结构水介质旋流器底锥锥角增大,底流粗粒产品全铁品位提高,SiO2含量降低。对于粗粒级磁铁矿粉,复锥结构的旋流重选柱提铁降硅效果优于单锥120°锥角结构水介质旋流器。     

齐大山铁矿粗细分级旋流器数值优化试验研究

为提高齐大山铁矿选矿厂[?]660 mm粗细分级水力旋流器的沉砂产率,从而增大后续重选作业的给矿量,基于数值模拟方法系统考察了水力旋流器结构参数对水力旋流器分离性能的影响。结果表明：增大沉砂口直径和柱段高度可以有效提高各粒级在沉砂中的分配率,而增加溢流管直径和小锥锥角则相反。基于数值试验结果进行了粗细分级水力旋流器工业试验,与原旋流器相比,优化后的旋流器沉砂产率提高了7.67个百分点,在保证分级效率的前提下可以有效提高沉砂产率。优化后的水力旋流器可以有效增加重选作业给矿量,并为同类型矿山的水力旋流器结构设计提供参考。     

窄粒级给矿条件下水力旋流器的结构优化

针对齐大山铁矿选矿厂二次分级作业因窄粒级给矿而导致的分级效率低的问题,在对现场水力旋流器系统考查的基础上,通过数值模拟方法,深入地研究了水力旋流器结构参数对分级效果的影响。结果表明,进料体结构改为螺旋线进料体,底流口直径由152 mm改为110 mm,溢流口直径200 mm保持不变,复合锥角为中锥锥角12°,小锥锥角20°,新结构旋流器分级效率较现场旋流器提高了7.37个百分点。新结构水力旋流器有效改善了齐大山铁矿选矿厂二次分级效率低的问题,并为同类型矿山水力旋流器结构优化提供了参考和依据。     

复锥式水力旋流器的结构参数对分选效果的影响

针对影响复锥式水力旋流器分选效果的结构参数进行了试验分析,试验结果表明:在试验范围内,复锥式水力旋流器锥角的变化对分选效果的影响最大;在入料压力为0.10 MPa、入料浓度为100 g/L的条件下,当锥角为130°/60°、溢流口直径为24 mm、底流口直径为7 mm、溢流管插入深度为100mm时,在满足精煤灰分要求的情况下,溢流产率越高,旋流器的分选效果越好。     

平底结构对水力旋流器流场特性及分离性能影响

基于数值模拟对比了渐缩平底旋流器与复合锥角旋流器流场特性以探究平底结构对水力旋流器流场的影响。数值试验结果表明：两种水力旋流器压强分布和切向速度分布基本一致,而空气柱附近压强梯度存在差异;渐缩平底旋流器溢流管下方湍流强度较低而底流口附近则相反;渐缩平底旋流器柱-锥交界面的空气柱附近轴向速度较高,导致其分流比较低。实验室旋流分离试验表明：平底结构能有有效抑制溢流跑粗和底流夹细现象,显著提高分级效率,改善水力旋流器分离性能。     

柱锥连接处扩径对水力旋流器性能的影响

研究了柱锥连接处适度扩径对水力旋流器性能的影响。在其它条件相同的条件下, 对扩径后锥角为20°和30°水力旋流器的分级效率、分级精度、处理能力、分流比和浓缩性能等进行了对比试验。试验结果表明, 相对于普通水力旋流器, 柱锥连接处适度扩径的水力旋流器分级效率总体上提高了, 但浓缩效果变差, 处理能力减小, 而且随着扩径幅度的增加而减小; 分流比随扩径幅度增大而增大。所得研究成果对选择旋流器结构参数以满足不同条件要求具有指导意义。     

邢台矿洗煤厂粗煤泥分选环节优化研究

针对入洗原煤煤泥含量不断增大,致使水力旋流器底流中细粒级物料含量增大、分级效率降低的问题,邢台矿洗煤厂从影响旋流器分级效果的结构参数、操作参数和入料性质等方面入手,逐一探索改进,并解开系统内闭路循环,优化原有工艺流程。实践表明:通过对旋流器进行改造和对工艺流程进行优化,有效改善了旋流器底流夹细问题,提高了旋流器的分级效率。在分选参数不变的情况下,CSS溢流灰分由改造前的23.08%下降到18.04%,+0.18 mm粒级产率占总溢流的比例由改造前的59.96%提高到75.29%,底流灰分增加了7.90%,效果显著。     

单、双溢流管旋流器流场特征及分离性能研究

普通旋流器完成一次分级只能得到细颗粒的溢流和粗颗粒的底流,无法实现窄粒级精细分级要求。为了使一次分级可以获得多个细粒径、窄粒级产品,提出了一种双溢流管旋流器,为探明旋流器内流场特 征及分离性能,采用数值模拟和试验研究对比研究了双溢流管旋流器和普通单溢流管旋流器内速度场、压力场、粒度场及分离性能。数值模拟结果表明：具有双溢流管结构的旋流器经过一次分离可以获取内溢流、外 溢流和底流3种粒级产品。相比于单溢流管旋流器,双溢流管旋流器的切向速度和内部静压力更大;径向速度、轴向速度和湍动能更小,说明双溢流管旋流器可以强化分离过程,有利于分离性能的提高。试验验证结果 表明：相较于单溢流管旋流器,双溢流管旋流器底流浓度降低了8.3个百分点,底流产率增大了3.25个百分点,内外溢流产品中-45 μm的颗粒累积含量增加了1.15个百分点,综合分级效率提高了1.26个百分点。研究 结果可为多产品窄粒级旋流分离装备及工艺的研发提供一定的参考。     

小锥角水力旋流器对难浮煤泥脱泥浮选工艺试验研究

针对通化地区黏土含量大、主导粒级为高灰细粒级的难浮煤泥,采用小锥角水力旋流器进行高效脱泥探索,旋流器产物进行粒度和矿物组成分析,底流进行分步释放浮选试验。结果表明,采用Φ150 mm小锥角水力旋流器作为煤泥浮选前脱泥的主要设备;Φ150 mm与Φ75 mm旋流器串联脱泥工艺中,0.045 mm粒级脱除率达到67.73%,灰分为50.10%,且高岭石、伊利石等黏土矿物在Φ75 mm旋流器溢流中实现富集;Φ150 mm与Φ75 mm旋流器底流单独或混合入料浮选,精煤产率(占本级)及可燃体回收率均比原煤泥直接浮选提高了2~3倍。     

全尾矿分级浓缩试验研究

以某细粒铁矿尾矿为研究对象,进行了全尾矿高浓度浓缩试验研究。研究表明,采用水力旋流器能够使低浓度尾矿浆得到有效浓缩,在给矿浓度为10%~28%时,φ100~150 mm水力旋流器底流浓度可以达到70%左右,底流产率可达到6500%左右。水力旋流器溢流中的微细颗粒经过高效浓密机进一步浓缩后,浓度可达到45%~50%。采用水力旋流器-浓密机二段分级浓缩流程能够实现全尾矿的高浓度浓缩,在给矿浓度为10%~28%时,尾矿综合浓度可达到60%以上。     

双涡自回流水力旋流器分级性能研究

通过对圆柱型、圆锥型水力旋流器的结构性能对比,设计了一种新型的两段组合式双涡自回流水力旋流器,并对三种类型的旋流器进行了清水和含砂试验研究。试验结果表明,双涡自回流水力旋流器相比其他两种,在分级效率上有了很大提高,消除了溢流中跑粗、控制了底流中细粒夹带,并通过理论分析,证明了双涡自回流水力旋流器的性能优势。     

Mechanism of hydrocyclone separation with water injection

In hydrocyclones, the particle separation efficiency is limited by the suspended fine particles, which are discharged with the coarse product in the underflow. It is well known that injecting water in the conical part of the cyclone reduces the fine particle fraction in the underflow.This paper presents a mathematical model that simulates the water injection in the conical component. The model accounts for the fluid flow and the particle motion. The stationary concentration distributions result from superpositioning the turbulent particle diffusion and particle settling. Particle interaction, due to hindered settling caused by increased density and viscosity of the suspension, and fine particle entrainment by settling coarse particles are included in the model. Water injection in the conical part of the hydrocyclone is performed to reduce fine particle discharge in the underflow. This added water transports the fine particles of the sediment to the center, where they are directed to the overflow. The model demonstrates the impact of the injection rate, injection velocity, and injection location on the shape of the partition curve. Under optimal conditions, the so-called “fish hook” of the curve is reduced without changing the cut size. The simulations are compared with experimental data of a 50-mm cyclone.     

基于人工神经网络的水力旋流器选型及优化

为了实现对水力旋流器的全面设计,建立了3层BP神经网络模型,该模型可根据分离粒度、生产能力、底流质量浓度等值,选择合适的水力旋流器。经10组数据测试,选型误差为:底流口直径10.43%,溢流口直径7.51%,插入深度17.86%,入料压力20.24%,选型精度高于传统方法。该模型既可用于设备选型,也可用于优化旋流器参数。选择合适的水力旋流器分级加重质,制备得到的粗、细两产品分别满足湿法、干法对加重质要求,对我国选煤业发展有重大意义。