微波照射下矿物颗粒温度分布及影响因素分析

以黄铁矿和方解石组成的矿物颗粒为研究对象, 利用ABAQUS有限元软件建立了三维数值计算模型, 分析了微波场矿物颗粒的温度分布及演化特征, 并考虑了微波照射时间、功率密度及矿物晶体尺寸的影响作用。结果表明: 微波场中矿物中心温度最高, 黄铁矿内部温差较低, 方解石内部温差较大, 不同微波照射时间下温度分布相似; 矿物颗粒的中心温度、表面温度、内外温差及升温速率都与功率密度呈线性增长关系, 与黄铁矿晶体大小呈指数增长关系。     

矿物尺寸对微波照射辅助解离效果影响研究

采用有限元—离散元耦合方法,对黄铁矿和方解石组成的单颗粒矿物进行微波照射数值模拟.在提出解离率的基础上,研究黄铁矿尺寸对微波照射效果的影响.分析了矿物内电场、温度、裂纹及解离率的演化分布的情况.研究结果表明,相同微波功率照射下,黄铁矿尺寸越大,矿石模型内部电场强度越小,产生的温度也越高;相同照射时刻,矿物内裂纹数目均随...     

基于连续-离散方法的微波照射下花岗岩力学行为与破裂特征

微波辅助破岩具有绿色、低能耗等优点，是有望实现深部煤炭资源开发中硬岩地层高效掘进的技术手段，其机理引发了工程与学术界的关注。基于花岗岩组分矿物微波吸收升温差异，借助连续介质微波电磁分析及离散元力学模型，实现了微观矿物温度离散赋值，提出了微波照射下花岗岩力学性质的计算分析方法，从温度场分布、力学性质和破坏形态验证了方法的可靠性，揭示了微波照射下花岗岩破裂规律、单/三轴加载条件下的力学行为及破裂机制。计算结果表明：(1)微波照射下，试样出现2个相对低温区域和1个热点区域。在低照射功率(≤2 kW)情况下，试样内部裂纹数量极少；高照射功率(≥3 kW)下，试样内部裂纹以晶粒边界拉伸破坏为主导逐渐发育，并以热点区域为中心向四周延拓形成裂纹网络。(2)对于单轴压缩，试样峰值应力、弹性模量和损伤阈值均随照射功率增加而降低，在高照射功率(≥3 kW)下，力学参数跌落更加明显；当照射功率较高(≥3 kW)时，微波照射后初始裂纹主导了受载试样的裂纹演化，试样呈现沿初始裂纹扩展趋势并出现显著的局部破坏。(3)对于三轴压缩，随照射功率增加，初始围压对试样强度提升效果越发强烈；低照射功率(≤2 kW)下，弹性...     

微波场中矿物颗粒裂纹分布及演化研究

以方铅矿和方解石组成的岩石颗粒为研究对象,采用离散单元法研究了在微波照射下矿物颗粒内部裂纹扩展演化过程及其分布特征,并分析了照射时间、功率密度、能耗、矿物尺寸等的影响。结果表明,矿物裂纹主要表现为拉伸裂纹,根据分布特征及所在位置可以将其分为三类:在方解石内的扩散型裂纹、在方解石和方铅矿交界处的环形裂纹和方铅矿内裂纹,前两者的形成是微波能辅助碎矿磨矿的根本原因。其中方解石内的扩散型裂纹和交界面处的环形裂纹的形成是微波辅助碎矿和磨矿的根本原因。矿物裂纹数目随微波照射时间及能量消耗增长的曲线可以分为两类:功率密度低的为三阶段增长形式,功率密度高的为两阶段增长形式。矿物形成裂纹数目相同的情况下,随着功率密度提高,能耗降低,但高于一定值后,能耗变化不大。微波辅助方法和其他碎矿磨矿的方式类似,矿物越小越难破碎。     

矿石微波预处理的数值模拟分析

以黄铁矿矿石为研究对象建模,利用ANSYS软件对模型进行有限元分析,得到矿石颗粒在微波作用下的温度、应力分布及作用规律,探究微波作用下矿石强度弱化的细观力学损伤机理。分别建立矿物单质立体模型、方解石基质包裹的单颗粒黄铁矿平面模型以及多黄铁矿颗粒平面模型,仿真结果表明:黄铁矿为微波吸收型,温度呈线性增长;方解石性质影响应力峰值以及初始裂纹的产生;黄铁矿颗粒粒度大,矿石以剪切屈服为主,反之,以拉伸屈服为主。     

微波照射后花岗岩裂纹扩展规律试验研究

硬岩裂隙的形成和扩展规律是研究岩石损伤机理的重要内容。为了探究微波照射下,岩石裂隙的扩展规律,为微波辅助破岩技术提供理论依据,利用扫描电镜(SEM)设备对花岗岩试件在微波照射及单轴抗压强度测试后进行扫描观测,分析岩石断口的形貌、裂纹的类型及断裂模型。结果表明：高功率微波照射后,试件表面出现颜色变化,并伴随有张拉裂纹出现,在压缩试验后,试件上部结构呈粉末状破碎|SEM设备观测下花岗岩断口形貌特征主要为平坦面状和条纹状断裂|花岗岩的裂纹类型主要为张拉裂纹和压剪裂纹|花岗岩的断裂模型主要为沿晶断裂、穿晶断裂以及两者叠加。     

微波照射后花岗岩裂纹扩展规律试验研究

硬岩裂隙的形成和扩展规律是研究岩石损伤机理的重要内容。为了探究微波照射下,岩石裂隙的扩展规律,为微波辅助破岩技术提供理论依据,利用扫描电镜(SEM)设备对花岗岩试件在微波照射及单轴抗压强度测试后进行扫描观测,分析岩石断口的形貌、裂纹的类型及断裂模型。结果表明：高功率微波照射后,试件表面出现颜色变化,并伴随有张拉裂纹出现,在压缩试验后,试件上部结构呈粉末状破碎|SEM设备观测下花岗岩断口形貌特征主要为平坦面状和条纹状断裂|花岗岩的裂纹类型主要为张拉裂纹和压剪裂纹|花岗岩的断裂模型主要为沿晶断裂、穿晶断裂以及两者叠加。     

微波照射对鞍山式铁矿石磨矿效果的影响

破碎磨矿能耗在选厂总能耗中占比较大,但其中仅有1%的能量用于新表面的生成,造成了资源的极大浪费。微波照射作为一种有效的预处理手段,能显著提升矿石的磨矿效果。为研究微波照射对鞍山式铁矿石磨矿效果的影响,以鞍山式赤铁矿为主要研究对象,开展了微波照射功率、微波照射时间、矿石块度以及冷却方式等条件试验,同时对比了鞍山式磁铁矿石的磨矿效果。结果表明：①微波照射能显著提升鞍山式赤铁矿石的磨矿效果,最佳的微波照射条件为：矿石块度20~25 mm、微波照射功率3 kW、照射时间45 s、水淬冷却。在此条件下,磨矿产品中-0.074 mm粒级含量为65.80%,相比未经微波处理的矿样,提高了5.57个百分点。②在相同的微波照射条件下,赤铁矿石的磨矿效果要明显优于磁铁矿。微波照射能显著降低鞍山式赤铁矿石和磁铁矿石的最大抗压强度,且赤铁矿石的降低程度要大于磁铁矿石。③SEM微观结构分析结果表明,微波照射后赤铁矿和石英之间出现明显裂痕,有助于提高选择性磨矿效果。赤铁矿石和石英的升温特性曲线表明,微波照射功率3 kW、微波照射时间60 s的赤铁矿石,其中心顶部温度可以达到600 ℃以上,而石英的温度几乎不随微波加热时间而变化,该特性有助于实现有用矿石和脉石矿物的有效分离。     

基于有限元—离散元耦合矿石强度在微波照射下变化规律研究

针对以往研究中有限元无法模拟裂纹开展以及离散元无法考虑试块中微波不均匀性的问题,采用有限元-离散元耦合方法模拟微波弱化矿物的过程,监测模型中强度、温度、裂纹变化情况,根据强度变化分析黄铁矿粒径、含量及微波功率对强度弱化效果的影响。结果显示,微波可以有效降低矿物强度;黄铁矿粒径、含量对微波弱化矿物效果的影响不大,微波功率对弱化效果有着重要影响;矿物强度降低主要发生在一段时间内。结果表明：有限元-离散元耦合方法可以更加准确地描述微波辅助矿物解离;微波辅助矿物解离可以用于含不同粒径、不同含量黄铁矿的矿物解离,提高微波功率、选择合适的照射时间可以有效提高能量利用效率。     

离散元法在矿石破碎中的应用研究进展

离散元法（Discrete Element Method,DEM）是一种非连续介质力学数值计算方法,已被广泛应用于矿物加工破碎过程的研究,用于分析和求解离散系统中颗粒的运动规律、碰撞和破碎特性,为研究矿物的破碎机理、优化破碎设备的工作参数和机械结构提供了重要的理论研究手段。介绍了离散元法数值模拟技术中两种用于模拟矿物颗粒破碎的仿真模型：键合粒子模型（Bonded Particle Model,BPM）和颗粒替换模型（Particle Replacement Model,PRM）,并对两种模型的基本原理、模型缺陷、优化进展及应用进行了概述,综述了利用DEM研究圆锥破碎机、颚式破碎机、冲击式破碎机、反击式破碎机等各类破碎设备在不同矿物特性、设备结构以及工作参数影响下的破碎性能表现的研究进展,讨论了DEM在碎矿研究领域存在的优势及局限性,并提出了基于DEM研究矿物破碎问题的发展方向。