低品位鋁土礦旋流重選試驗(yàn)研究

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1、低品位鋁土礦旋流重選試驗(yàn)研究摘要:本文分析了旋流力場(chǎng)分選的機(jī)理分析,探討了給礦壓強(qiáng)、給礦濃度、錐比對(duì)分級(jí)效率的影響,具有一定的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。  關(guān)鍵詞:低品位鋁土礦旋流重選試驗(yàn)    1旋流力場(chǎng)分選的機(jī)理分析  顆粒在旋流器中的受力狀況分析  當(dāng)?shù)V漿濃度較低時(shí),礦漿中固體顆粒的受力情況比較相似,且受力情況比較簡(jiǎn)單,只需考慮具有代表性的單獨(dú)顆粒的受力情況即可,在僅考慮其所受離心力、向心浮力、流體阻力的條件下研究固相顆粒的受力情況。  (一)徑向受力分析  對(duì)一個(gè)直徑為d密度為P的顆粒,在徑向受到三個(gè)力:一

2、是顆粒沿徑向從對(duì)稱軸向外作用的離心力、二是固液兩相間靜態(tài)作用的向心浮力、三是顆粒做徑向運(yùn)動(dòng)時(shí)受到液體對(duì)顆粒的阻力,其方向與離心力的方向相反?! ?)離心力  在水力旋流器任意半徑r處顆粒以切向速度U。運(yùn)動(dòng)時(shí),由切向速度U。表示的離心加速度at為  (1-1)  則顆粒在離心加速度作用下產(chǎn)生的離心力為:  (1-2)  2)徑向壓力場(chǎng)產(chǎn)生的向心浮力  水力旋流器內(nèi)的流場(chǎng)為一組合渦,旋流運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)是遠(yuǎn)離軸心處壓強(qiáng)高,軸心處壓強(qiáng)最低,因此在徑向方向存在壓強(qiáng)差并在軸心附近形成負(fù)壓。這一徑向壓強(qiáng)差的存在是造成顆粒沿徑向

3、運(yùn)動(dòng)的原因之一?! ∮捎趶较驂簭?qiáng)差的存在,假定顆粒外側(cè)壓強(qiáng)為p+dP,而內(nèi)側(cè)壓強(qiáng)為p,徑向上的壓力梯度為dP/dr。顆粒周圍的連續(xù)相介質(zhì)可看作是做勻速圓周運(yùn)動(dòng),對(duì)直徑為d的顆粒在徑向因壓差所產(chǎn)生的作用力凡可寫作:  (1-3)  式中,是介質(zhì)密度式(1-3)也可表示為  (1-4)  由于在液、固分離中,故?! ?)徑向流體阻力  在此條件下,顆粒所受到的阻力以粘性阻力為主,可表示為:  (1-5)  式中,A為顆粒沿運(yùn)動(dòng)方向的正投影面積,為顆粒與連續(xù)相介質(zhì)徑向相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度,為阻力系數(shù),它是雷諾數(shù)的函數(shù):  

4、(1-6)  式中,m為流體的動(dòng)力粘度。通??紤]水力旋流器中的顆粒運(yùn)動(dòng)時(shí),認(rèn)為顆粒雷諾數(shù)與阻力系數(shù)之間呈簡(jiǎn)單的線性關(guān)系,即所謂的斯托克斯公式:  (1-7)  將.(1-6),(1-7)式代入式(1-5,得到沿徑向運(yùn)動(dòng)時(shí)顆粒所受阻力的表達(dá)式:  (1-8)  粗略分析時(shí)可認(rèn)為以上三力(離心力、徑向壓強(qiáng)差產(chǎn)生的向心浮力及斯托克斯力)之合力是使顆粒向內(nèi)、外運(yùn)動(dòng)的力。通過(guò)平衡顆粒徑向受力,可得以下等式:  (1-10)  式(1-10)表明,當(dāng)懸浮液的濃度較低時(shí),顆粒在水力旋流器內(nèi)沿徑向作自由沉降,顆粒沿徑向沉降的

5、速度與離心加速度的大小成正比,與顆粒直徑的平方成正比。由(1-10)還可以看出,不同位置的顆粒其徑向速度不同,且徑向速度隨顆粒所處半徑的減小而增大?! ?二)軸向受力分析  在零速包絡(luò)面以外,對(duì)于直徑為d,密度為r的顆粒,軸向受力可分為重力、浮力以及運(yùn)動(dòng)阻力,沿軸向的受力平衡時(shí)有:  (1-11)  解(1-11)得重力沉降的相對(duì)速度為:  (1-12)  方向垂直向下  在零速包絡(luò)面以內(nèi),受力可分為重力、浮力以及流動(dòng)阻力,沿軸向的受力平衡可得:  (1-13)  則得到重力沉降速度為:  (1-14)  方

6、向垂直向上?! ?三)切向受力分析  由于在切向方向上,顆粒與其所處液體的運(yùn)動(dòng)近似一致,所以在切向認(rèn)為顆粒隨著流體一起運(yùn)動(dòng)。因此,在切向方向受力可以忽略。  2旋流器分級(jí)效率的測(cè)定  2.1給礦壓強(qiáng)對(duì)分級(jí)效率的影響  用激光粒度分析儀對(duì)對(duì)給礦壓強(qiáng)試驗(yàn)的給礦、底流及溢流產(chǎn)品進(jìn)行粒度分析測(cè)試結(jié)果如表1所示。分級(jí)效率與給礦壓強(qiáng)之間的關(guān)系如圖1所示。  從圖1可以看出,隨著給礦壓強(qiáng)的增大,分級(jí)效率在0.1-0.15MPa區(qū)間內(nèi)有所增加,在0.15-0.30MPa區(qū)間內(nèi)呈現(xiàn)減小的趨勢(shì),旋流器的分級(jí)效率在給礦壓強(qiáng)為0.1

7、5MPa時(shí)最高,而分選指標(biāo)也在給礦壓強(qiáng)為0.15MPa時(shí)最好,底流產(chǎn)品中A12O3的回收率最高。另外,如果給礦壓強(qiáng)增加到某一值后,礦漿在旋流器內(nèi)的各向速度加快,在局部區(qū)域會(huì)出現(xiàn)湍流,致使分選環(huán)境變得不穩(wěn)定?! ?.2錐比對(duì)分級(jí)效率的影響  用激光粒度分析儀對(duì)對(duì)錐比試驗(yàn)的給礦、底流及溢流產(chǎn)品進(jìn)行粒度分析,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。分級(jí)效率與錐比之間的關(guān)系如圖2所示?! 膱D2中可以看出,當(dāng)溢流口直徑不變時(shí),隨著底流口直徑的增大,-10mm腳粒級(jí)的分級(jí)效率不斷下降,這說(shuō)明,底流口越大,旋流器對(duì)此粒級(jí)的分級(jí)作用越弱?! ?/p>

8、2.3給礦濃度對(duì)分級(jí)效率的影響  用激光粒度分析儀對(duì)不同礦漿濃度條件下的給礦、底流和溢流產(chǎn)品進(jìn)行了粒度分析,測(cè)定結(jié)果如表3所示。-10mm粒級(jí)的分級(jí)效率與礦漿濃度的關(guān)系如圖3所示。  圖3給礦濃度與分級(jí)效率之間的關(guān)系  從圖3可見(jiàn),隨著給礦濃度的增加,其分級(jí)效率先升高后下降。其原因?yàn)?當(dāng)給礦濃度較低時(shí),顆粒在水力旋流器內(nèi)沿徑向作近似自由沉降,根據(jù)式(1-10),顆粒的徑向沉降速度與離心力加速度成正比

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