机械式浮选机的相似放大设计方法

导读:通过对浮选机的工艺特性研究，从结构和动力学两个方面提出了充气机械搅拌式浮选机的放大方法，包括：a、槽体放大，以槽体载面积S与叶轮直径D的比值为放大因子，其放大规则为S/D=aVb；b、叶轮放大，包括叶轮形状放大和悬浮相似放大。

机械式浮选机的相似放大设计方法 新型浮选机的研制，一般地说，都是遵循结构部件的几何相似性和液流结构的流体动力学相似原则以及确保降低投资和生产费用的大容积浮选机的思路进行的。

从20世纪90年代起，大容积浮选机受到特别重视，到目前为止，生产的浮选槽容积已扩大到300~500m3。

然而在很多情况下，生产公司在扩大叶轮部件的浮选槽的尺寸时，都没有对结构进行调整，而是根据经验采用工程设计的方法解决问题。

这给人造成的印象是，浮选机叶轮装置已经相当优化了，在扩大到大容积浮选槽时只需对它们按比例放大就行了。

但实际上却行不通，往往都需要根据工业试验结构进行结构调整。

由于浮选过程复杂，影响参数繁多，使得浮选机设计一度停留在经验设计阶段，目前国内外均未形成通用的设计方法。

大型浮选机一般都是在原有的已经成功在工业中运用的小型浮选机基础上，根据浮选机的工作原理、结构特点和工艺要求，按比例放大形状参数、动力学等得到的。

形状相似，即保持浮选机的几何形状相似，形状参数包括：槽体相似的叶轮搅拌机构（叶轮和定子）几何相似。

一般地，浮选机放大时，槽体形状不一定要求相似，但叶轮一定子相似是浮选槽中流体动力学参数相似的前提。

1、槽体几何相似 根据所需的浮选机容积V，模拟放大槽体时，可以不必机械的按几何方法放大，要充分考虑到大容积浮选槽内的流体运动状态，必要时应改变槽体形状以满足工艺要求一般可按照以下放法放大。

保持叶轮直接与槽体宽度的比值不变；而在确定不同容积浮选槽的深度时，却不能机械地要求其几何相似。

沿浮选槽深度从下至上，按流动特性和浮选过程将其划分为4个区域：搅拌混合区；运输区；分离区；泡沫层。

这4个区域的总体高度决定了浮选槽的深度。

对同一系列、同种用途的工业生产规模浮选机的模拟放大设计，从工艺要求考虑，分离区高度泡沫层厚度为定值，所以分离区和泡沫层高度可简单的按体积比例放大，而混合区和运输区的高度之和可以看成叶轮直径的函数。

2、叶轮直径相似 3、叶轮转速 4、功率数 在大容积浮选机按比例放大时，需要根据已有的小型浮选机数据来估算大容积浮选机的主要操作参数，其中包括叶轮尺寸、叶轮转速、能量消耗等。

为了确定浮选机的功率、充气量、叶轮尺寸和转速，还需要进行大量的试验。

量纲分析技术和功率数可用于浮选槽设计和按比例放大，但仍然需要通过进行一些试验，以验证安装的功率、充气作用和叶片梢速度比。

对有关浮选机的研究进展进行评述后可以得出，设计工作应沿着制造大窖浮选机和提高设备的单位生产能力、降低能耗、简化结构和实现最佳充气的思路进行。

经验表明，提高浮选设备的单位生产能力就能降低单位费用。

在世界上容积达到300立方的浮选柱已在工业应用中，目前正在研制槽容积超过500立方的浮选机，以进一步提高生产能力和降低能耗，除此之外还应开展浮选机内多相流体动力学特性的研究，为浮选机工作参数与浮选动力学参数和浮选性能之间架构一个桥梁，以保证在新设计的大容积浮选机中要达到足够的充气量、最佳的矿化条件、平衡的气泡上升区以及防止粗颗粒沉降等。

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大型浮选机的放大方法

大型浮选机的放大方法 尽管国内外在浮选设备大型化研究方面花费了很大精力也做出了很大的贡献，但浮选机容积增大的速度比研究进展要快得多，浮选机的设计和按比例放大仍是以经验公式为基础，还没有具体、统一、精确的大型浮选机放大方法；此外大型浮选机放大的研究重点也多将全部或绝大部分注意力放在提高单体设备的分选性能方面，而未能兼顾浮选设备的应用场合、设备之间的配置方式及设备的控制策略宏观层面。

我国创立了以浮选机内平均叶轮搅拌雷诺数相等、基于逐步回归和相似放大为核心的趋势外推浮选设备放大理论和方法。

与自吸机械搅拌式浮选机通过叶轮旋转搅拌矿浆形成负压抽吸空气来实现充气不同，充气机械搅拌式浮选机所需的气体主要是由外力（鼓风机）强制给入，充气量大小可调，因此在放大时无需考虑充气能力的放大，充气量大小可调，因此在放大时无需考虑充气能力的放大。

就设备本身而言，除机械结构参数外，影响浮选过程的主要因素是动力学因素：决定紊流强度、颗粒悬浮、空气分散、气泡-颗粒碰撞的因素（如搅拌强度等）、影响气泡尺寸和数量、液面的稳定性因素（如充气速率）等。

因此在放大机械搅拌式浮选机时，可按以下步骤进行： 1、实现机械结构相似，即浮选机关键部件的几何相似； 2、实现浮选槽中的悬浮相似； 3、实现浮选机流体动力学相似。

在确定放大步骤后关键在于寻找各个步骤的放大因子及放大规则。

通过对浮选机的工艺特性研究，从结构和动力学两个方面提出了充气机械搅拌式浮选机的放大方法，包括： a、槽体放大，以槽体载面积S与叶轮直径D的比值为放大因子，其放大规则为S/D=aVb； b、叶轮放大，包括叶轮形状放大和悬浮相似放大。

叶轮形状放大的放大因子为叶轮直径，放大规则为D=CVd；悬浮相似放大，当浮选机容积较小时，整个系列的浮选机叶轮设计可以通过浮选槽内悬浮准数相等的原则设计，当浮选机容积较大时，以悬浮准数J为放大因子，其放大规则为J=eVf； c、槽内流体动力学相似，以S/D倍的叶轮线速度v为放大因子，其放大规则为vS/D=gVh。

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浮选机的放大技术研究

浮选机的放大技术研究 随着全球经济的发展对矿物原料质量、数量要求的不断增长以及矿产资源的品位越来越贫，浮选机已朝着大型化发展。

尽管目前在浮选研究方面花费了很大精力也做了巨大的贡献，但浮选设备容积增大的速度比研究进展要快得多，浮选设备的设计和按比例放大仍然是以经验公式为基础，现在还没有具体、统一、精确的大型浮选机放大方法。

这里对研究大型浮选机放大理论有一定的促进作用。

浮选机的放大： 浮选机放大的关键在于放大因子的选择以及放大的规则，不同的浮选机由于其工作原理、操作参数和适用范围的不同，其采用的放大因子和放大规则也不相同，研究充气机械搅拌式浮选机的放大方法要从其基本原理着手研究。

充气搅拌式浮选机的工作原理是：叶轮旋转时，槽内矿浆从四周经槽底由叶轮下端吸入叶轮叶片间，同时，由鼓风机给入的低压空气经风道、空气调节阀、空心主轴进入叶侏罗纪腔中，矿浆与空气在叶轮叶片间进行充分混合后，由叶轮上半部周边排出，排出的矿流向斜上方运动，由安装在叶轮四周斜上方的定子稳定和定向后，进入到整个槽子中。

矿化气泡上升到槽子表面形成泡沫，泡沫流到泡沫槽中，矿浆再返回叶轮区进行再循环，另一部分则通过槽间壁上的流通孔进入下槽进行再选别。

与自吸式机械搅拌浮选机通过叶轮旋转搅拌矿浆形成负压抽吸空气来实现充气不同，充气机械搅拌式浮选机浮选时所需的气体主要是由外力（鼓风机）强制给入的，其特点在于充气量调节范围大，大小精确可调，特别适用于充气量要求较大的矿物的浮选，且随着浮选的大型化，消耗的总功率较自吸气的小，易于优化设计，优化操作。

由于充气机械搅拌式浮选机充气大小可调，因此在放大时不用考虑充气量的放大。

就设备本身而言，除机械结构参数外，影响浮选过程的主要因素是动力学因素：决定紊流强度、颗粒悬浮、空气分散、气泡-颗粒的碰撞的因素（如搅拌强度等）和影响气泡尺寸和数量、液面的稳定性因素（如充气速率等）等。

因此在放大机械搅拌式浮选机时，要从分析浮选动力学入手，寻找形状和动力学放大因子及放大规则，可按比例放大形状参数和动力学参数。

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