基于数值分析的浮选机结构改型

导读:本文通过第三章对充气搅拌式浮选机内多相流动的研究，提出了以下结构优化原则和优化方案：(1)浮选机改型优化原则使浮选机内气固液三相流动流体动力学参数尽量满足机槭搅拌式浮选机浮选动力学参数根据在第三章和第四章的计算结果可以得出，原型机在设计工况中出口有较严重的短路现象；气体出口即泡沫层底部轴向速度较大，造成泡沫层波动较大，进而影响泡沫层的厚度；混合区上循环范围深入到输运区内，使矿化气泡在该区域甚至分离区内的脱附概率增加，影响到矿物的回收率。

GAUDIN烤旨出机械搅拌式浮选机能更好地适用于难分选矿石，尤其是矿物颗粒较细的情况，因此在有色、黑色 金属等选矿行业得到广泛的应用。

通过对浮选机内矿粒速度、湍流强度等研究，指出浮选机内流场特性以及浮选动力学环境对浮选效率乃至整个浮选工业过程的顺利进行都有着重要的影响。

由于机械搅拌充气式浮选机内部气固液 三相流场的复杂性，其设计基本都基于简化的相似放大理论以及经验系数进行。

近年来，随着计算流体力学和计算 机技术的发展，使得通过浮选机内流场的数值计算对浮选机进行改型或优化设计成为可能。

　　通过对机械搅拌式浮选机内气固液三相流动的研究表明，作为有色金属矿物浮选的主要设备，机械搅拌充气式浮选机内存流场在一定的缺陷。

如何尽量克服现存缺陷，是优化矿物浮选过程，提高浮选产品产量和质量需要解决 的问题。

　　https://www.flowerba.com/一150型充气机械搅拌式浮选机工业试验中存在的问题。

　　有效容积为150m3的JFC一150型大型机械搅拌充气式浮选机在工业试验中发现存在以下主要问题:液面有较严重的翻花现象、泡沫层厚度薄且不稳定、矿粒的回收率较低以及浮选机底有短路现象等。

针对上述问题，利用三维几何造型软件以及CFD软件Fluent对该型浮选机进行实体建模、网格划分和内流场数值计算，通过分析浮选机内气固液 三相流流场和矿粒浮选动力学环境对该浮选机进行改型设计，从而得到浮选机内分布更合理的内流场和浮选动力学 环境，使浮选机的浮选性能达到更优。

　　https://www.flowerba.com/一150浮选机原型机工作改型原则和方案。

　　结构参数的优化方案主要是针对JFC一150型充气机械搅拌式浮选机工业试验和生产实践中液面波动较大、泡沫层厚度薄且不稳定、矿粒的回收率较低以及浮选机底有短路现象等提出的，期望通过浮选机结构的优化来进一步改 善流场，进而更利于矿物浮选过程的进行。

　　通过第三章对充气搅拌式浮选机内多相流动的研究，提出了以下结构优化原则和优化方案: 　　(1)改型优化原则使浮选机内气固液三相流动流体动力学参数尽量满足机械搅拌式浮选机浮选动力学参数要求。

　　根据在第三章和第四章的计算结果可以得出，原型机在设计工况中出口有较严重的短路现象;气体出口即泡沫层底部轴向速度较大，造成泡沫层波动较大，进而影响泡沫层的厚度;混合区上循环范围深入到输运区内，使矿化气泡 在该区域甚至分离区内的脱附概率增加，影响到矿物的回收率。

　　造成这些现象的原因有以下几个方面: 　　l)原叶轮反作用度较小，使叶轮出口速度过大，而且出流方向受下部循环的影响有向上的趋势，致使上部循环的速度较大，增加了输运区和分离区的湍流强度，使输运区和分离区的稳定性以及矿化概率减小。

因此建议对叶片 进出口角进行适当减小。

　　2)原叶轮比转速较小，这也是造成叶轮下部循环量较小，而上循环强度过大的原因之一，因此建议将比转速更高的叶片型式改变，以增加下部循环量和循环强度。

　　3)原型机压浆板压浆效果较差，建议将压浆板距槽底位置下调且由上扬10°改为水平放置。

　　4)原型机进出口位置影响了下循环的流动，下循环的涡流一部分甚至进入进出段，这不仅削弱了下循环的强度，而且还影响到了原矿浆的入流和尾矿浆的出流，使一部分尾矿继续参与槽内矿浆的循环，使原矿浆中矿粒被气泡 捕获的概率减小，因此建议将矿浆进出口位置下移并适当减小尺寸。

　　(2)改型方案: 　　l)叶轮结构由直叶片改为弯曲叶片，叶片进出口角进行减小;2)压浆板距槽底位置下调且由上扬10°改为水平放置;3)下移矿浆进出口位置，并适当减小其尺寸。

　　3.改型设计。

　　针对该型浮选机内部流场存在的问题，对叶轮叶片改型设计包括以下方面:叶片进出口角、叶片型线形状，对过流部件位置的调整主要包括导叶、叶轮、压浆板和导流板相对槽体的位置尺寸(见表)。

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浮选机内矿浆流动的数值模拟分析

浮选机内矿浆流动的数值模拟分析 机械搅拌式浮选机是实现矿物分选应用最广泛的物理手段，其最显著特点是机械驱动叶轮搅拌矿浆，并将进入的空气分散成小气泡。

机械搅拌式浮选机能更好地适用于难分选矿石，尤其是矿物颗粒较细时。

工艺要求的多样性，使得建造可靠的浮选机结构，用于在不同处理阶段中有效浮选各种矿物原料的任务变得更加复杂化了。

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性原则进行的。

为了大型和超大型浮选机寻求理想的工作参数，人们开始对机械搅拌式浮选机作了大量的研究，其中最重要的就是对浮选机动力学特性和浮选机内部流场的研究，由于浮选机内气固液三相湍流体系的复杂性和较差的可视性，人们对浮选机内部流去吧实验的研究进展不大。

计算流体力学作为一种有效的流场数值计算方法已经被国内外学者广泛采用，为了从浮选机内部气固液三相流动机理上研究矿粒浮选动力学特性，例如气泡与矿粒的碰撞、粘附与脱落特性、气泡在浮选槽内的停留时间与分散程度、矿浆在槽内的循环型式、循环强度等。

这里利用三维造型软件对大型充气机械搅拌式浮选机进行三维和数值计算。

着重研究了叶轮转速和充气压力的变化对各相速度场、运动轨迹和体积分数的影响，分析了流动变化对浮选机动力学特性的影响。

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JFC-150浮选机原型机结构参数的改型方案

JFC-150浮选机原型机结构参数的改型方案 结构参数的优化方案主要是针对JFC-150型充气机械搅拌式浮选机工业试验和生产实践中液面波动较大、泡沫层厚度薄且不稳定、矿粒的回收率较低以及浮选机底有短路现象等提出的，期望通过浮选机结构的优化来进一步改善流场，进而更利于矿物浮选过程的进行。

本文通过第三章对充气搅拌式浮选机内多相流动的研究，提出了以下结构优化原则和优化方案： (1)浮选机改型优化原则 使浮选机内气固液三相流动流体动力学参数尽量满足机槭搅拌式浮选机浮选动力学参数根据在第三章和第四章的计算结果可以得出，原型机在设计工况中出口有较严重的短路现象；气体出口即泡沫层底部轴向速度较大，造成泡沫层波动较大，进而影响泡沫层的厚度；混合区上循环范围深入到输运区内，使矿化气泡在该区域甚至分离区内的脱附概率增加，影响到矿物的回收率。

造成这些现象的原因有以下几个方面： 1)原叶轮反作用度较小，使叶轮出口速度过大，而且出流方向受下部循环的影响有向上的趋势，致使上部循环的速度较大，增加了输运区和分离区的端流强度，使输运区和分离区的稳定性以及矿化概率减小。

因此建议对叶片进出口角进行适当减小。

2)原叶轮比转速较小，这也是造成叶轮下部循环量较小，而上循环强度过大的原因之一，因此建议将比转速更高的叶片型式政变，以增加下部循环量和循环强度。

3)原型机压浆板压浆效果较差，建议将压浆扳距槽底位置下调且由上扬10℃改为水平放置。

4)原型机进出口位置影响了下循环的流动，下循环的涡流一部分甚至进入进出段，这不仅削弱了下循环的强度，而且还影响到了原矿浆的入流和尾矿浆的出流，使一部分尾矿继续参与槽内矿浆的循环，使原矿浆中矿粒被气泡捕获的概率减小，因此建议将矿浆进出口位置下移并适当减小尺寸。

(2)浮选机改型方案： 1)叶轮结构由直叶片改为弯曲叶片，叶片进出口角进行减小； 2)压浆板距槽底位置下调且由上扬10℃改为水平放置； 3)下移矿浆进出口位置，并适当减小其尺寸；。