浮选气泡在矿浆中运动的数值模拟研究

摘要

在泡沫浮选中，气泡在悬浮流中运动过程的大小变化、几何形状变化及上升速率变化等特性直接影响着矿物浮选生产的质量和产量，因此，研究浮选气泡在矿浆中的运动规律对改进生产过程、提高产品产量与质量具有重要意义。
　　本文归纳总结了气液两相流和气泡运动的研究进展及其数值模拟的基础理论和研究现状，针对单个浮选气泡建立了相应的数学和物理模型，确定了边界初始条件。运用捕捉自由界面的VOF方法对气泡的运动界面进行了追踪，在Fluent6.3的平台基础上对浮选气泡的运动进行了数值模拟研究，并对其运动速率、轨迹、形状变化等规律进行了分析总结。
　　在不考虑气泡负载矿物颗粒的情况下，对气泡在矿浆中的运动进行了模拟，模拟结果表明:气泡初始直径越大，其在上升过程中的横向形变和垂直方向的晃动幅度越大;中等大小气泡在运动过程中变形平缓且形变程度小、浮升能力强、抗液流扰动能力强，故其对矿物粒子的运载能力较强，有利于提高浮选生产的产量和质量;搅拌程度过大会造成气泡较大的初速度，而较大的初速度使气泡的形变不理想;在不同密度的矿浆中，浮选气泡的最佳尺寸各不相同，矿浆密度越大，气泡变形程度和上升速率越小，浮选气泡的最佳尺寸越小。
　　在考虑气泡负载矿物颗粒的情况下，对矿化气泡在矿浆中的运动进行模拟，模拟结果表明:当气泡单位表面积上负载的矿粒越多时，矿化气泡在上升过程中的运动速率和形变程度越小;在不考虑矿粒脱落的情况下，计算得出矿化气泡对矿物的回收量随着气泡单位表面积负载的矿粒质量的增大先增大后减少;经过对不同尺寸的矿化气泡的矿物回收量进行比较分析得出:中等直径尺寸(3-5mm)的气泡对矿物的回收量大于其他尺寸气泡，因此中等尺寸气泡为浮选生产的最佳尺寸气泡。