机械搅拌浮选机内粗颗粒矿物层析效应诱导机理研究

Compared with the mineral particles in ordinary size, the coarse mineral particles have different flotation characteristics. The later will be easily to distribute in flotation cell with concentration difference, due to much more mass and inertia, which means that it has spontaneous stratification effect. The stratification effect mentioned here is against with flotation cell design method base on the concept of uniform suspension. Taking that circumstance into consideration, it is a new idea to induce the stratification effect toward to the benefit of flotation, to improve flotation performance of coarse particle mineral. The effect of energy dissipation, gas-liquid coupling mechanism and key impeller parameters on stratification effect will be investigated and the particle collision and detachment probability on the bubble surface will be computed under stratification effect, to establish the inducing model of stratification effect. In this study, conventional concept of uniform suspension will be broken and the spontaneous stratification effect will turn to be induced, to propose new method for creating low turbulence suspension environment. The research results have very important significance and application value in upper limit expansion and relative technology development for coarse particle mineral flotation.

粗颗粒矿物具有不同于常规粒级矿物的浮选行为特性。因质量大，惯性大，粗颗粒矿物易于在浮选机空间区域内产生浓度差异，具有自发的层析效应，与常规粒级矿物浮选机均一悬浮的设计理念相违背。因势利导，让层析效应向着有利于浮选的方向发展，是解决粗颗粒矿物浮选问题的新思路。本项目采用实验流体力学、计算流体力学（CFD）、粒子成像测试（PIV）方法研究机械搅拌浮选机内粗颗粒矿物层析效应诱导机理及其与浮选动力学的关系。考察能量耗散率、气液耦合机制、叶轮关键结构与运转参数对层析效应的影响，分析层析效应作用下的粗颗粒矿物在气泡表面的碰撞概率与脱落概率，建立层析效应诱导模型。项目研究将常规浮选机内的自发层析转变为诱导层析，突破均一悬浮理念，创建营造粗颗粒矿物低紊流悬浮环境的新方法。研究结果对拓展浮选粒级上限和粗颗粒矿物高效分选相关技术开发具有重要的理论意义和应用价值。

固相颗粒在矿浆相内的有效悬浮是浮选行为高效完成的保证。粗颗粒矿物因质量大，易脱落，在浮选过程中易产生自发的层析效应。随着浮选机空间尺度的变大，层析效应更加复杂，一定程度上影响粗颗粒的回收率。因此，非常有必要弄清颗粒悬浮层析现象与浮选动力学过程之间影响关系，创新型浮选机设计理论基础，为解决粗颗粒矿物浮选高效找到思路。. 课题采用数值计算、粒子成像和高速摄像等方法，首先研究了不同工业尺度浮选机在不同分选体系下客观存在层析现象，并建立浮选机固体颗粒层析度表征和计算方法。其次，建立多相流实验室浮选机研究平台。探索了浮选机内颗粒差异化悬浮影响因素，得到了不同深度+0.25mm粗粒级悬浮差异影响显著性次序是：粒度>叶轮转速>矿浆浓度>充气速率。研究了浮选机内单颗粒运输路径和粗颗粒群的分布特性，发现细颗粒可以运行到更高的区域，而粗颗粒倾向于运行到搅拌区。两种颗粒的速度都是在刚刚射出时速度最大，然后迅速降低，最后在0.5m/s左右运行。颗粒的出射速度，仰角共同影响颗粒能否进入运输区。对于粗颗粒，仰角低于30度，初速度在1.5-2.0m/s情况下更容易进入搅拌区。对于细颗粒，仰角低于30度，初速度在1.5-3.0m/s情况下更容易进入搅拌区。研究了浮选机内的流场特征对固体颗粒层析度的影响规律，发现同样质量浓度条件下转速愈高层析效应愈弱，不同转速条件下，四个动力学区域层析表现不同，运输区和分析区层析效应最明显。叶轮空间位置和射流角可以提高层析突变的位置。最后建立了层析效应诱导模型，分析了层析效应对气泡-颗粒碰撞、粘附和脱落概率的影响,找到了浮选机关键参数诱导不同浮选机动力学区域层析效应的方法。. 本课题研究成果突破了传统均一悬浮理念，丰富了浮选机设计理论，为新一代大型浮选机和粗颗粒专用浮选机的粗颗粒回收效果的提升指明了方向并提供了理论支撑，既具有学术意义又具有工程实践应用价值。