浮选柱静态化分选环境筛板充填优化设计

摘要

旋流-静态微泡浮选柱（FCSMC）因其特有的梯级优化分选机制，使之在微细粒矿物分选上展现了独特的优势。该浮选柱的柱浮选段内以逆流矿化为主，要求静态化的分选环境来获得较高的分选效率。但是，由于柱浮选段与旋流段呈上下结构连接，旋流倒锥段内产生的强旋流场将上移，从而破坏柱浮选段所需的静态化分选环境。为解决这一问题，本文借鉴了筛板充填的方法，在柱浮选段引入了筛板充填，并采用计算流体力学（CFD）技术，对筛板充填进行优化设计。 首先，采用粒子图像测速（PIV）技术，获取实验室旋流-静态微泡浮选柱内的单相流场信息，然后通过单相流数值模拟，对比了不同湍流模型（Standard k-ε、 RNG k-ε、Realizable k-ε、RSM）的计算结果，结果表明RSM湍流模型的计算结果与实验值吻合最好。在此基础上，结合欧拉多相流模型，对比了不同曳力模型（Universal、Tomiyama、Schiller-naumann、Morsi and Alexander）的计算结果，发现Universal曳力模型计算结果与文献中实验数据更接近。因此，将RSM湍流模型和Universal曳力模型确定为本文后续研究的计算模型。 利用上述计算模型，分别对无筛板和有筛板充填两种情况浮选柱的内流场进行模拟。结果表明，筛板充填大幅抑制了切向速度，使得柱浮选段内的气含率分布更加均匀，筛板充填有利于静态化分选环境的实现。在此基础上，研究了循环量和充气量两种操作参数对单层筛板充填浮选柱内流场的影响规律：（1）固定循环量为1.5m3/h，充气量分别为0.5L/min、1L/min、1.5L/min、2L/min时，随着充气量的增大，切向速度变化较小，轴心区域的轴向速度由 0.073m/s 增大到0.089m/s，而近壁面区域轴向速度降低。柱浮选段内的气含率显著增加。（2）固定充气量为1L/min，循环量分别为1m3/h 、1.25m3/h 、1.5m3/h 、1.75m3/h时，随着循环量的增大，轴心区域的轴向速度由0.069m/s增大到0.083m/s，而近壁面区域轴向速度降低，柱浮选段内的气含率先增大后降低。 对五种孔径（6mm、8mm、9mm、10mm、12mm）均匀筛板充填浮选柱进行了单相流和两相流数值模拟研究，结果表明，孔径为9mm时，切向速度最小，气含率分布也更均匀，但气含率较低。为进一步提高充填效果，在9mm孔径筛板的基础上，设计并研究了两种非均匀筛板，结果表明，边缘孔径小，中间孔径大的筛板充填效果优于均匀孔径筛板。 本文的研究为浮选柱静态化分选环境的实现和筛板结构的优化设计具有一定的指导意义。

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