微涡旋对尾矿絮凝沉降的影响探究

摘要

随着经济的不断发展，对矿产资源的需求不断增多，尾矿的排放量也不断增大，但是尾矿具有粒度细、自然沉降缓慢的特点，因此对尾矿的浓密沉降技术提出了更高的要求;另外，随着矿山资源的贫化，有用矿物嵌布粒度细化，造成入选矿石粒度更细，加剧了矿浆浓缩和脱水的难度。因此，为了提高生产效率，浓缩作业的效率至关重要。为更好实现固液分离，本文研究了微涡旋对矿物絮凝沉降的影响。
　　本论文主要进行了以下研究工作:
　　(1)常规尾矿絮凝沉降探索试验
　　以常见浮选尾矿为研究对象，进行了尾矿絮凝的探索研究。采用单因素试验和对比试验方法，考察了矿浆浓度、矿浆pH值、絮凝剂种类及用量等条件对尾矿的絮凝沉降效果的影响，得出了试验矿物最佳的絮凝条件，为后续研究微涡旋对矿物絮凝沉降的影响提供参考。
　　(2)计算机流体力学模拟
　　通过计算机流体力学方法(CFD)对卡门涡街和泰勒涡街的形成及特性进行了数值模拟研究，考察了卡门涡街中圆柱直径和雷诺数、泰勒涡街中环隙大小和雷诺数对涡街的形态、大小分布、方向、平均湍动能等的影响，为后续研究微涡旋对絮凝沉降的影响确定基础条件。通过模拟发现，在没有圆柱存在时不产生卡门涡街;圆柱直径越大，卡门涡街尺寸越大;在一定的雷诺数范围内，形成了具有对称性的涡街，即定常涡，其涡旋尺寸大小与圆柱直径具有一定的关系，而超过这个范围，则会出现周期性交替向下流动的涡旋，即非定常涡。
　　环隙大小对泰勒涡影响较大，在较小和较大环隙中均没有出现泰勒涡，泰勒涡的出现的环隙范围在7.5mm-15mm之间，随着环隙的逐渐增加，泰勒涡的尺寸也逐渐增加，而在同一内筒转速下，环隙越小，出现的泰勒涡对数就越多;随着内筒转速的增加，反应器内的平均湍流动能逐渐增加，而在同一内筒转速下，环隙越小，其反应器内的平均湍流动能越大。
　　(3)卡门涡街和泰勒涡街装置中的絮凝沉降试验
　　在卡门涡街和泰勒涡街的发生反应器中进行了尾矿絮凝沉降试验，在确定最佳絮凝剂种类及用量、矿浆浓度、pH值条件的情况下考察了这两种装置产生的微涡旋对絮凝沉降的影响，并在进行絮凝沉降试验的同时，通过高速摄像技术进行了微涡图像在线摄像，对絮凝后的絮体进行显微处理和图像分析，通过检测絮体的分形维数和上清液的浊度等综合分析了不同的微涡旋对絮凝沉降的影响。
　　研究发现，对于卡门涡街，有微涡的情况比没有微涡旋的絮凝沉降效果好;絮体的分形维数随着雷诺数的增加先增大后减小，在雷诺数为160时的絮凝体分形维数最大，说明流速过慢或过快均不利于絮体的形成;另外，非定常涡絮凝效果比定常涡效果好，非定常涡所形成的对称均匀交替的涡旋更有利于絮凝剂与矿物颗粒结合，分形维数较大。对于泰勒涡，随着内筒转速的增加，絮凝效果逐渐增加，转速过高或过低絮凝效果下降;环隙为10mm时的絮凝沉降效果最好，所形成的絮体形状较大，沉降速度也较快。
　　论文通过絮凝试验和数值模拟结合的方法，发现了微涡旋对尾矿颗粒絮凝沉降影响的规律，为浮选尾矿的高效絮凝和脱水工艺提供了理论和实践基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景与意义

1．2 絮凝沉降研究现状

1．3 微涡旋对絮凝沉降影响研究现状

1．3．1 卡门涡街简介及研究进展

1．3．2 泰勒涡简介及研究进展

1．4 计算流体力学

1．4．1 计算流体力学的特点

1．4．2 计算流体力学主要方法

1．4．3 计算流体力学软件

1．5 主要研究内容

第二章 浮选尾矿沉降试验研究

2．1 絮凝剂简介

2．1．1 电性中和作用

2．1．2 吸附架桥作用

2．2 絮凝沉降试验研究

2．2．1 试样

2．2．2 药剂及设备

2．2．3 絮凝沉降试验

2．3 试验结果与讨论

2．3．1 单因素试验

2．3．2 对比试验

2．4 本章小结

第三章 卡门涡街对尾矿絮凝沉降影响探究

3．1 卡门涡街数值模拟

3．1．1 模型建立

3．1．2 网格划分

3．1．3 控制方程

3．1．4 雷诺数

3．2 模拟结果与讨论

3．2．1 无圆柱的模拟结果

3．2．2 圆柱直径为5mm的涡量云图

3．2．3 圆柱直径为8mm的涡量云图

3．3 卡门涡街絮凝沉降试验

3．3．1 试验装置设计

3．3．2 试验矿样、器材及药品

3．4 试验结果与讨论

3．4．1 卡门涡街特性研究

3．4．2 涡街絮凝沉降试验

3．4．3 有无涡旋的试验结果对比

3．5 本章小结

第四章 泰勒涡对尾矿絮凝沉降影响探究

4．1 泰勒涡数值模拟

4．1．1 模型的建立

4．1．2 网格划分

4．1．3 CFD数值求解方法

4．1．4 边界条件

4．2 模拟结果与讨论

4．2．1 速度流线

4．2．2 平均湍流动能

4．3 泰勒涡絮凝沉降试验

4．3．1 试样

4．3．2 仪器与药剂

4．3．3 试验方案

4．4 试验结果与讨论

4．4．1 聚丙烯酰胺种类及用量试验

4．4．2 不同环隙及不同转速下的絮凝试验

4．5 本章小结

5．1 结论

5．2 不足与展望

参考文献

致谢

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