三产品重介旋流器分选锰矿石模拟与试验研究

针对-8 mm+1 mm锰矿石分选工艺及设备不尽完善导致的分选困难等问题,提出了三产品重介旋流器分选回收精矿工艺。采用计算流体动力学软件对三产品重介旋流器内部流场及分离性能进行了数值模拟和 试验研究。模拟结果表明：在一定的入口速度区间内,三产品重介旋流器的流场比较稳定,切向速度和轴向速度均随着入口速度的增大而增大,所以适当增大入口速度,有利于锰矿石的分选。通过预测重介质悬浮液 密度场分布,获取了旋流场流动特征,为流场结构优化提供了理论依据。分选试验结果表明：采用无压给料重介质三产品旋流选矿工艺可以实现精矿与脉石的有效分选,分选效率显著提高。二段旋流器悬浮液密度为 2.6 g/cm3、压力为0.08 MPa时,精矿产率为36.00%。Mn在原矿中的品位为28.25%,分选后所得精矿中Mn品位达44.58%,回收率高达56.81%。本工艺较好地实现了难分选锰矿石的有效回收。 关键词 锰矿分选|三产品重介旋流器|数值模拟     

平硐溜井系统矿石运动状态及井壁破坏数值模拟

在露天矿平硐溜井系统中,矿车卸下的矿石落入溜槽,运动一段时间后进入溜井,并在井壁上产生严重的冲击破坏。以华新钻沟石灰岩露天矿山为例,利用PFC~(2D)软件建立平硐溜井系统的数值模型,分析矿石的运动状态,以冲量为指标,研究溜井井壁的冲击破坏特性。研究结果表明:矿石从堆积形态逐渐发育成稳定矿石流后,矿石沿着溜槽滚动。矿石进入溜井后,初始碰撞位置比较固定,由于矿石间相互作用的影响,矿石后续运动状态比较复杂。初始碰撞位置距离井口5~10 m,破坏最大,需要重点防护,其他位置井壁的破坏相对较小。     

固液两相管道瞬变流模拟研究

针对长距离固液两相输送管道中发生的瞬变流问题, 推导了固液两相浆体管道瞬变流的连续性方程与运动方程及相应的特征方程, 建立了浆体管道固液两相瞬变流的数学模型, 开发了瞬变流计算软件Hydraulic Transport, 引入多线程计算, 大大提高了计算效率, 并对某铁精矿浆体输送管线进行了计算, 计算结果与实测结果基本一致, 验证了计算模块的有效性。     

伴有滑动床的浆体倾斜管道摩阻损失研究

在水平管道扩散方程研究的基础上,提出了倾斜管道滑动床厚度的计算方法,对伴有滑动床的倾斜管道浆体摩阻损失计算模型进行了推导。用相关学者的实验数据对所提出的模型进行了简单检验,并且分析了误差产生的原因。     

铁精矿管道输送中固体运量的智能计量

由于矿浆浆体特殊的物理性质,长距离矿浆管道输送过程中流量的测量和计量一直是行业内难以解决的问题,目前世界范围内还没有一种能够对矿浆流量进行准确计量的仪表。云南大红山管道有限公司根据管道工艺及管道运行经验,结合自动控制、通信网络、软件编程、计量等技术,建立了矿浆管道输送的运量计量数学模型,并开发了昆钢大红山铁精矿管道输送计量系统。运行实践证明了该系统的有效性。     

粗颗粒在复杂空间形态管道水力输送中运动形式的研究

采用高速摄像技术,探讨了不同粒径、体积浓度和输送速度条件下,粗颗粒在复杂空间形态管道中的运动状态及临界条件。研究结果表明:粗颗粒在复杂形态管道中的运动状态表现出不同的特点,水平管道中以滑动推移为主要运动形式,倾斜上升管道中以滑动推移和悬移为主要运动形式,倾斜下降则主要存在下滑和悬移两种;粗颗粒在管道中的运动状态与颗粒粒径、管道形态等因素有关,就悬移运动状态而言,倾斜角度越大,粗颗粒越容易形成悬移。基于试验结果提出了临界条件的计算公式,实测值与计算值基本吻合。     

瑞木镍钴红土矿矿浆管道加速流消除技术

巴布亚新几内亚瑞木镍钴红土矿矿浆管道工程,建成后试通浆在K44+300~K45+400处产生了加速流,造成K43~K45+800近3 km的管段在垂直方向、水平方向发生位移,横向最大位移达1.5 m,管道附属设施锚固墩破裂,支墩倾斜;随管道敷设的光缆被拉断等破坏现象。为消除加速流,建议在此处采用S型缓弯回路来消除加速流,同时修改管道敷设工艺。管道经重新敷设后,再次试通浆没有产生加速流,且运行平稳,收到了良好效果。     

凡口矿边缘矿体充填输送研究

凡口铅锌矿边缘矿体的发现使得矿山目前的充填系统无法满足日益增长的充填需求。本文根据凡口新探明矿体与充填站的位置关系提出了施工新充填钻孔,利用原充填钻孔两种管路布置方案;计算了地表充填管路输送分级尾砂、细尾砂的最大允许充填倍线为8.56、3.47。根据理论计算与数值模拟结果,认为在充填管道的地表阶段输送分级尾砂和细尾砂时,两种方案都需要采用泵送方式输送;在充填管道地下阶段输送分级尾砂充填料浆时可以自流输送,当充填倍线降至3以下时才能自流输送细尾砂。对泵送压力的计算结果表明：充填系统需要配备最大泵送能力不小于12MPa的充填泵才能满足矿山的充填料浆输送需求。     

考虑温度影响的充填料浆水平管流特性研究

为探究不同温度下充填料浆水平管流特性,开展了流变实验以获取不同温度下充填料浆流变参数,基于流体力学理论提出了充填料浆管道输送基本假设,利用COMSOL软件建立水平管道模型,分析了温度对料浆流态、流速、管道压力及管输阻力的影响.结果表明,温度升高,充填料浆塑性黏度和屈服应力降低;料浆在管道输送过程中壁面附近呈剪切流动,中...     

某铁矿管道自流输送分析及管道磨损研究

对某铁矿充填系统的管流输送进行了输送参数确定及管道磨损研究,采用经验公式得出料浆临界流速及运输管道的临界管径,并运用Fluent进行数值模拟分析,找出料浆在输送过程中对输送管道磨损较为严重的部位。结果表明,铁矿料浆质量浓度62%~68%时,临界流速0.806~0.831 m/s、输送管道直径0.207～0.209 m条件下可实现自流输送;料浆流动过程中速度与压力最大值集中在管道中心线附近,但在各拐点处的管段料浆流速与压力会产生突增,且最大值在拐点内侧管壁;在拐点后一段管道内料浆流速与压力值先增大后减小,最大值由靠近下管壁逐渐回到管道中心线附近;整个输送管道中磨损较为严重的部位出现在弯管内侧及其接下来的一段管道的下管壁。     

CFD analysis of an induration cooler on an iron ore grate-kiln pelletising process

During the re-configuration of their grate-kiln induration system for the firing of iron ore pellets at the Whyalla Steelworks, caused by a change from an earthy hematite to a magnetite ore with considerably less flux, OneSteel commissioned a detailed thermal flow analysis of the design options on the existing cooler in support of the process change. A key objective of this investigation was to decide if and where one might locate baffle walls within the cooler to improve the process and to control the off-gas flows to earlier stages within the process.The thermo-fluid analysis comprised the development of comprehensive three dimensional computational models of gas flow through the cooler coupled with the heat transport and exchange with the cooling pellet bed. The models were implemented within the context of an open source – object based computational fluid dynamics (CFD) simulation software framework. This paper describes the development of the CFD model, its verification and application to evaluating design options to improve the flow control within the cooler. In particular, the analysis considers the role and potential location of above bed baffle walls, cooler stack butterfly lid opening and its exhaust pressure on the flow distribution to the exit flow ducts from the cooler.     

高浓度充填料浆在垂直三通管路中的流动阻力研究

根据全尾砂制备的高浓度充填料浆获取实验参数，利用Fluent数值模拟软件，对充填料浆在垂直三通管中的两种流动方式进行了模拟。根据充填料浆的速度与压力分布云图，分析了管道的局部与沿程阻力损失，通过数值计算得出了两种方式的下管道的局部阻力系数并分析其变化的原因，该研究对矿山的充填管路设计具有一定的指导意义。     

充填料浆自流输送管道磨损机理研究

为解决矿山充填管道磨损严重而影响充填系统的稳定性的技术难题,采用现场调研、理论分析和数字模拟等方法对深井充填管道磨损机理进行了深入研究。研究确定了钻孔管道的主要磨损形式,利用控制变量法定量分析了不同影响因素对管道磨损的影响程度。提出了计算垂直钻孔管道中自由下落段高度的方法,建立了料浆对钻孔入口以及底部直角弯管的冲击力与磨损量的物理力学模型,确定了相关磨损位置的磨损区域大小。从动量、能量以及料浆相变理论等多角度探讨了充填管道的磨损机理,优化了管壁单位面积耗能量的计算式,提出了垂直钻孔自由下落段空气区内气体循环流动概念,并建立气体流动物理模型。     

大垮塌原矿仓全景扫描及冲击破坏机制分析

为准确判断原矿仓受矿石冲击的破坏情况,研究井壁围岩的磨损破坏规律,保证原矿仓的安全连续稳定生产,需要对其井壁进行全景扫描,因此运用BLSS-PE矿用三维激光扫描仪实现了对原矿仓垮塌三维信息的准确获取及可视化,并在所建立模型的计算结果上,分析原矿仓井筒围岩垮塌失稳破坏的形态。基于原矿仓破坏的主要影响因素,构建了原矿仓受矿石冲击的损伤理论模型,揭示了原矿仓的冲击破坏机制。结果表明,实际扫描获取的原矿仓垮塌区域的形态与冲击破坏机制分析得到受冲击的位置方向相吻合。     

基于3DMine的露天采矿设计

采矿设计是矿山建设和运营的一个关键环节。采矿设计需要综合考虑矿山资源状况、开采技术条件、矿产品销售价格、矿石开采及处理成本等多种因素,以实现经济效益最大化。目前三维矿床模型和采矿三维设计方法的完美结合使采矿设计更为简化,并可获得良好的动态效果。以利比里亚某铁矿为例,利用3Dmine三维矿业软件,建立了地表地形、矿体实体和块体模型。在此基础上进行了露天开采境界优化、开拓运输系统布置、采剥进度计划编制等采矿设计。结果直观反映了采矿设计方案及数据变化关系。同时讨论了不同矿石价格及不同台阶对露天境界的影响,分析了不同条件下剥采比的变化情况。在实际生产中,可根据不同情况适时调整露天开采境界,以实现最优的矿山经济效益。     

外边界条件下的天然气管道顺序输送压力特性研究

为提升天然气顺序传输时的传输精准度,提出研究外边界条件下的天然气管道顺序输送压力特性。建立天然气传输管道的有限元模型,确定天然气在管道内天然气水合物密度、管道内沉积物密度、管道内空气密度等水合物外边界条件参数;针对天然气顺序传输时,管道沿线传输压力、管道轴向压力以及天然气传输流速与天然气传输管道压力损失梯度之间的关系,确定天然气管道的顺序输送压力特性。结果可知,天然气在顺序传输时,管道压力不仅会随着传输距离的增大而减小,随着传输距离的增加缓和管道轴向压力,还会随着天然气流速的增加而出现先增大后减小的现象。     

Prediction of wear and its effect on the multiphase flow and separation performance of dense medium cyclone

Dense medium cyclone (DMC) is a high-tonnage device that is widely used to upgrade run-of-mine coal in modern coal preparation plants. It is known that wear is one of the problems in the operation of DMCs, but it is not well understood. In this work, the wear rate of DMC walls due to the impact of coal particles is predicted by a combined computational fluid dynamics and discrete element method (CFD-DEM) approach, using the Finnie wear model from the literature. In the CFD-DEM model, DEM is used to model the motion of discrete coal particles by applying Newton’s laws of motion and CFD is used to model the motion of the slurry medium by numerically solving the local-averaged Navier–Stokes equations together with the volume of fluid (VOF) and mixture multiphase flow models. According to the Finnie wear model, the wear rate is calculated according to the impact angle of particles on the wall, particle velocity during an impact and the yield stress of wall material; the relevant particle-scale information can be readily obtained from the CFD-DEM simulation. The numerical results show that the severe wear locations are generally the inside wall of the spigot and the outside wall of the vortex finder. The wear rate depends on both the operational conditions and solids properties. It increases generally with the decrease of medium-to-coal (M:C) ratio. For a given constant M:C ratio, the wear rate for thermal coal is higher than that for coking coal, especially at the spigot. Large particles may cause a non-symmetric wear rate due to the gravity effect. The effect of a worn spigot wall on the multiphase flow and separation performance is also studied. This work suggests that the proposed approach could be a useful tool to study the effect of wear in DMCs under different conditions.     

西石门铁矿缓倾斜破碎矿体崩落法开采损失贫化控制

西石门铁矿北区新探矿体为缓倾斜破碎的厚-中厚矿体,地压显现严重,属于极度难采矿体。矿山采用无底柱分段崩落法开采,受矿体倾角和厚度限制,开采中损失贫化较大。为制定损失贫化控制措施,在研究矿石散体流动规律、矿岩冒落规律和损失贫化发生过程的基础上,根据垂直方向上回采分段数量的差异将矿体划分为不同开采区域,分别制定了损失贫化控制措施。针对3个分段的回采区域,因其贫化会较大,主要制定的贫化控制措施是实行当次废石混入率与单一步距总的放出量2项指标控制的低贫化放矿;针对小于3个分段的回采区域,若矿石被崩入空区,由于下部分段无回收条件,损失会较大,需控制损失,可采用双进路同步距回采的方式,促使矿岩快速冒落形成覆岩下放矿条件,减少崩入空区矿石量;另外总结了回采过程中脊部存留矿石问题的处理措施。这些措施在西石门铁矿北区新探矿体开采过程中得以应用,损失率为16.34%,贫化率为22.51%,效果良好。     

贮矿高度对主溜井矿石流动性的影响研究

为探究贮矿高度对金山店铁矿主溜井矿石流动性的影响,以质量流率比作为矿石流动性的定量评价指标,采用PFC2D颗粒流程序构建主溜井放矿数值模型,对不同贮矿高度条件下的矿石流动状态进行模拟分析;基于自主研制的溜井放矿相似试验装置,开展针对性的矿石流动性相似试验,对数值模拟结果进行检验。研究表明,质量流率比R_w可以定量表征矿石颗粒的流动状态,便于数值模拟结果与相似试验结果的对比分析;贮矿高度与矿石颗粒的流动状态密切相关,随着贮矿高度的增加,质量流率比R_w呈先增大后减小的变化趋势;当贮矿高度为27.5 m时质量流率比R_w达到最大值,此时矿石颗粒的流动性最好;在质量流率比R_w随贮矿高度变化的趋势上,相似试验结果与数值模拟结果具有一致性。