宽粒级煤泥浮选机流体动力学模拟与试验研究

针对常规浮选中粗颗粒与气泡碰撞概率低,且与气泡粘附后也会因矿浆的强烈湍流运动而极易从气泡上脱落的问题,结合粗、细粒矿物浮选特点,设计了一种适合于粗、细粒矿物分选的宽粒级煤泥浮选机。采用FLUENT软件对该浮选机进行了气液两相流场数值模拟研究,通过对浮选机内流体速度、湍流强度和气相浓度的分析,验证了该结构浮选机可为粗粒和细粒矿物浮选提供各自所需的流体力学环境。采用组建的实验室宽粒级煤泥浮选试验系统对章村矿选煤厂0～1mm煤泥进行了浮选试验。结果表明,通过选择合适的浮选工艺条件,采用该浮选机对0～1mm宽粒级煤泥浮选时,浮选精煤数量指数和可燃体回收率分别为96.33%和92.07%。     

叶轮转速对粗粒浮选机分选动力煤的影响

基于课题组前期设计了一种集细粒常规浮选和粗粒流态化浮选的宽粒级煤泥浮选机,将底部结构改造为倒锥形,避免了尾矿沉积,根据其实际尺寸构建物理模型,对其内部流场进行气液两相流数值模拟,对不同叶轮转速下的湍流结果进行对比。使用实验室试验系统对泰安煤业羊路河选煤厂所采煤样进行分选试验,得出使分选效果较为理想的叶轮转速值为1200 r/min。     

宽粒级煤泥浮选机循环量对马兰粗煤泥分选效果的影响研究

采用计算流体力学软件FLUENT对增设挡板后浮选机内流场进行了气液2相数值模拟。通过对矿浆循环量、气泡轴向速度、湍流强度的分析得出:循环量改变后浮选机流场更加合理。最后使用不同挡板面积的浮选机做了浮选试验,试验结果表明:减小高位循环量后,精煤产率增幅最高可达7.57%,尾煤灰分提高了8.46%。     

浮选机浮选金矿过程的流场分析

在黄金选冶过程中,针对浮选机内部流场比较复杂的情况,利用计算流体力学软件CFX对KYF型机械搅拌式浮选机内流场进行数值模拟,分析KYF型浮选机内部流场的特点,得到浮选机流场的速度、湍动能、湍流耗散率的分布规律,讨论前倾叶轮与后倾叶轮在不同转速下循环量与功率之间的关系。结果表明,相同转速下,后倾叶轮在较低功率下得到较大叶轮循环量,后倾叶轮更符合浮选要求。     

叶轮转速与通气量对宽粒级煤泥浮选影响的研究

以小于1.0mm的粗煤泥为研究对象,利用实验室自制的充气搅拌式浮选机进行单元浮选试验,探讨了叶轮转速和充气量对宽粒级煤泥浮选的影响。研究结果表明,当充气量为400L/h及叶轮转速为1000r/min时,浮选精煤产率和可燃体回收率最大,并可以利用MATLAB数值计算软件拟合出浮选参数的关系。同时从颗粒与气泡碰撞和附着概率的角度分析了叶轮转速和通气量对浮选过程的影响,在一定范围内充气量和转速的增大有助于宽粒级煤泥的浮选,但充气量以及叶轮转速过高时浮选效果变差。最后,采用流体动力学模拟软件FLUENT14.5模拟出该浮选槽的流场,通过对比浮选机内部气相与水相的湍流度云图后发现与试验结果相符合。     

XJM-S8型浮选机数值模拟及湍流特性分析

利用计算流体力学方法通过数值模拟分析了XJM-S8型浮选机的液流运动状态和湍流运动特征,得出如下结论:XJM-S8型浮选机槽内湍动能、湍流强度、湍流耗散率关于叶轮中心呈对称分布;XJM-S8型浮选机的搅拌区域在槽体下部0.7m以下,在0.7m以上部分是相对平稳的浮选分离区域,搅拌区域的湍流强度约为分离区域的6倍,这表明该浮选机的结构合理,矿浆运动状态符合浮选过程要求。     

浮选机内部气—液两相流场特性研究

本物浮选过程中的多相流体特征直接影响矿物分选效率,针对有效容积为0.1m~3的充气机械搅拌式浮选机,运用计算流体力学对浮选机内部气-液两相流体特性进行数值模拟计算,分析了矿物浮选过程中复杂的流体特性。基于CFX流场数值模拟软件,建立了气-液两相流场数值模拟策略,通过对比标准k-ε湍流模型和RNG k-ε湍流模型,确定了离散气相-零方程、连续液相标准k-ε湍流模型的数学模型,探究了不同表面张力、曳力相间作用力对浮选机内部气—液两相流场特性的影响,模拟了充气强度和搅拌强度对浮选机内部气—液两相流场的影响。研究结果表明:表面张力系数在浮选机内部气-液两相流场数值模拟研究中影响很小,选定较为常用的表面张力系数0.073为模拟标准;Grace曳力模型适合充气机械搅拌式浮选机气-液两相流场的数值模拟;浮选机充气速度应小于2.0 m/s时,此时气相流场速度分布较均匀,气相逸散性较好;浮选机转子转速每增加50 rpm转子和定子表面受压大约增加300 Pa,中等转速450 rpm适合该类型浮选机的浮选作业,气-液两相流体特性模拟结果将为浮选工艺参数的设定提供基础理论指导。     

旋流浮选机流场数值模拟研究

以旋流浮选机为模型,使用FLUENT数值模拟软件,运用RSM湍流模型和MIXTURE多相流模型,对旋流浮选机内部流场进行了数值模拟,并结合理论和工业试验,分析了旋流浮选机的速度场、压力场对浮选的影响。数值计算结果表明,旋流浮选机能有效地提高分离效率并减少运行能耗,双层入口结构能增强二次矿化能力。     

流态化浮选气泡直径对粗粒中煤分选效果的影响研究

流态化浮选为结合重选与浮选特点的新兴粗粒分选技术,其在传统的流态化干扰床分选中引入微泡以增大煤与矸石颗粒之间的密度差异,可有效提高粗粒煤的分选效率。气泡直径是影响分选效果的关键因素之一,通过改变气泡发生器结构以产生2种不同尺径分布的气泡群,探究气泡直径对不同粒级粗粒煤炭的分选影响。结果表明:随着中煤入料粒级的增大,流态化浮选的精煤产率和回收率逐渐减小;在不同粒度级入料条件下,减小气泡尺度有利于中间粒度级煤炭颗粒的流态化浮选回收;流态化浮选后的精尾煤粒度出现分级现象,而气泡尺度减小可有效减小粗粒度级精尾煤的分级程度。     

浮选机－浮选柱联合分选某硫铁矿尾矿试验研究

以广东云浮某硫铁矿选矿厂的浮选尾矿为样品,采用浮选机-浮选柱联合分选工艺进行分选,充分利用浮选机和浮选柱两种设备的特性,在保证粗颗粒回收的同时强化了微细颗粒的回收。对原矿样品的粒度和硫含量进行了分析,结果表明硫主要分布于+74 μm和-10 μm两个粒级中。通过浮选机两次粗选、两次扫选、粗精矿再磨后两次精选流程的闭路试验,可从含硫6.91%的浮选入料中获得品位为33.42%、回收率为63.82%的硫精矿。在相同的药剂用量下,通过浮选机-浮选柱联合分选,可获得品位为32.68%、回收率为70.84%的硫精矿。粒级回收率分析表明,与单一浮选机工艺相比,浮选机-浮选柱联合分选后,-54 μm细粒级的回收率明显提高,尤其是-20 μm粒级,回收率提高了将近10个百分点。     

液固流化床分级与分选联合工艺的研究与应用

为了解决液固流化床在粗煤泥分选过程中入料粒度范围过宽、高灰细泥进入溢流污染精煤导致的粗精煤灰分偏高,严重影响液固流化床分选效果和精煤产品质量的问题,提出了液固流化床分级与分选联合工艺,即采用液固流化床对粗、细煤泥进行分级,溢流的细煤泥采用浮选处理,底流的粗煤泥进入第二台液固流化床分选,从而使粗、细煤泥均实现了高精度的分选。液固流化床分级与分选联合工艺在梁北选煤厂的生产实践中取得了良好效果,使入料中高灰细泥减少了80.32%,粗精煤灰分下降了2.43个百分点。     

浮选机孔径大小对煤泥浮选试验的影响

为了探究浮选机孔径大小对煤泥浮选试验的影响,通过煤泥颗粒与气泡的碰撞概率及粘附作用,适当调节叶轮转速,求得不同条件下精煤产率、精煤灰分、尾煤灰分以及可燃体回收率等值,验证浮选机孔径变化的影响效应。结果表明,增大浮选机进气管孔径,矿浆内大直径的气泡较多,与粗煤泥的携载作用增大,与细粒煤泥碰撞概率降低,部分矿粒无法粘附;减小浮选机进气管的孔径,其作用与上述情况恰好相反。两种条件下选取适当且相同的叶轮转速,试验后可以看出,气泡孔径的大小对粗细煤泥作用影响不同,但究其综合因素较复杂,增加或减小气泡尺寸对试验结果无较大影响。     

炼焦中煤的尺度效应及对浮选的影响

为了考察煤泥粒度变细对浮选效果的影响,从不同细度颗粒的几何特征、润湿热及浮选行为3方面探讨了炼焦中煤的尺度效应。使用BET比表面测定仪、微量热仪分别研究了炼焦中煤粒度减小对其比表面积、总孔容和平均孔径及润湿热的影响,用Young-Laplace方程分析了基于毛细管作用捕收剂吸附的变化,通过半经验公式计算了颗粒粒径及润湿性对上浮概率的影响,并进行了不同细度超低灰精煤的浮选试验。研究表明,随着炼焦中煤粒度的变细,其比表面积和总孔容呈数倍增大,Ⅱ类孔增多,平均孔径增加;基于毛细管作用的捕收剂吸附增强,对去离子水的润湿热值急剧降低;存在最佳粒度范围使颗粒的上浮概率最大,中等紊流强度的浮选环境中,控制疏水颗粒粒径在-200+45 μm或亲水性颗粒粒径在-10 μm或+45 μm均可强化浮选回收。相同浮选药剂条件下,煤泥粒度越细,煤的回收率越难以保障,并且水回收率呈增加趋势,浮选效率降低。     

流化床选择性排渣的实验研究

根据流态化分选和终端速度差异分选原理,提出了一种采用不均等配风的选择性排渣的方法,搭建了流化床选择性排渣的可视化冷态实验台,研究了压力分布、流化风速、床料粒径分布对排渣分选效果影响。结果表明:不均等配风时,由床内压力分布特点可知床内颗粒存在循环流动特点;当高风速与低风速的比值越大,其对颗粒度分选效果越好;在相同的高风速与低风速比之下,随床内细颗粒比例的增加,由于粗细颗粒的混合程度增加,分选效果会变差;不均等配风的排渣方式能够实现对细颗粒的分选。     

难选煤泥可浮性分析及解离浮选工艺研究

以选煤厂细粒煤泥为研究对象,分析了该煤泥的煤质特征。探索了改变充气量对浮选结果的影响,结果表明该煤泥为难选煤泥,常规浮选很难得到低灰分的精煤产品。对浮选精煤产品进行粒度与密度组成分析,表明解离不充分与细泥夹带是造成精煤灰分偏高的主要原因。采用原煤分级 粗粒级磨矿浮选工艺,可有效降低精煤产品的灰分。     

粗细分级粒度对齐大山赤铁矿石分选效果的影响研究

齐大山铁矿选矿厂现场粗细分级旋流器给矿铁品位为32.43%，铁矿物在细粒级有明显的富集现象，而现场旋流器粗细分离粒度较粗（d50=0.043 mm），沉砂产率较低，重选给矿量较少，磁选-反浮选流程给矿量较大，不利于生产成本控制和企业经济效益改善。为了确定适合现场的粗细分离粒度，以现场选别流程为基础，对d50分别为0.036、0.025、0.020 mm情况下的溢流和沉砂进行了选别试验，并根据研究成果给出了工艺改造建议。试验结果表明，随着分离粒度d50的降低，总精矿铁品位先小幅下降后降幅明显，总精矿产率和铁回收率先明显上升后维持在高位，重选精矿与总精矿产率之比大幅度上升；齐大山铁矿选矿厂粗细分离粒度d50应从0.043 mm降至0.025～0.020 mm。研究最终建议：选矿厂在对粗细分离粒度d50进行优化的同时，通过实现螺旋溜槽粗选作业的3产品模式，让终将进入磁选-反浮选系统的微细粒铁矿物及粗粒脉石矿物尽早进入该系统，以改善重选作业的环境和效果；取消重选中矿中磁选抛尾作业，充分实现铁矿物连生体的单体解离度，改善铁矿物的回收效果。推荐流程突出了重选系统的地位，强化了重选系统的优势，减轻了磁选-反浮选系统的压力，有望实现选矿厂经济技术指标的全面好转。     

不同密度细粒煤泥对粗粒煤泥浮选的影响机理

分别将0.074 mm粒度以下的低密度(-1.4 g/cm3)、中间密度(1.4~1.8 g/cm3)和高密度(+1.8 g/cm3)细粒煤泥掺入到粗粒煤泥中进行浮选试验,研究不同密度细粒煤泥对粗粒煤泥浮选产率的影响,通过AFM测定低密度、高密度细粒煤泥颗粒与低灰粗颗粒煤之间的作用力,采用SEM观察浮选精煤、尾煤中粗颗粒煤的表面形貌,结合EDLVO理论对其影响机理进行了探讨。结果表明:中间密度细粒煤泥对粗粒煤泥浮选的抑制作用最大,低密度细粒煤泥次之,高密度细粒煤泥最小;粗粒煤泥的粒度越大,其浮选产率受中间密度细粒煤泥的影响越严重;AFM测定的作用力-距离曲线证实了疏水作用力的存在,颗粒疏水性越强,颗粒间的疏水力越大;通过SEM观察发现中间密度细粒煤泥在粗粒煤泥表面的罩盖现象显著。     

高气泡表面积通量浮选柱选煤参数的研究

采用高气泡表面积通量浮选柱浮选肥煤和气煤,检验浮选柱的性能, 探讨浮选规律,并根据试验结果对浮选柱的结构和操作参数进行调整。试验表明,多段发泡器的采用和布置显著增大浮选柱的气泡表面积通量, 还可以使气泡输送某些疏水颗粒的路程得到缩短, 有效地防止气泡的兼并以及疏水大颗粒因输送路程长而脱落的现象, 增加了对物料粒级的适应性, 提高了煤浮选效率。     

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。