摩擦电选机中矿粒动力学特性的研究与分析

论文摘要

电选是一种有效的物理选矿方法。它与其它物理和化学选矿方法相比有其独特的优点,比如：电选具有流程简单、经济、不产生废水、不会对环境产生污染。因此,对电选的研究和应用也越来越深入和广泛。目前,电选的发展趋势主要体现在研制新型、高效率、大处理量、多品种的电选设备；研究矿物在电选过程中的动力学特性、矿物表面的能级结构以及物料的表面处理技术对矿物电选过程的影响等。本文以摩擦辊式电选机和振动式摩擦电选机为研究对象,建立了矿物在摩擦电选机的摩擦荷电装置中摩擦荷电量的数学模型,并对荷电矿粒在摩擦电选机高压静电腔中的运动轨迹进行了理论分析,并通过实验测试了荷电矿粒在高压静电腔中的动力学特性,对理论研究结果进行了验证。为摩擦电选机的工业应用打下了基础。矿粒进入摩擦辊式电选机或振动式摩擦电选机以后,首先经过摩擦辊式电选机或振动式摩擦电选机上的摩擦荷电装置。介电常数不同的矿粒在摩擦荷电装置中通过矿粒与矿粒之间的接触、摩擦、碰撞而带电；或是矿粒与摩擦荷电装置上的某种材料接触、摩擦、碰撞而带电。本文对矿粒的摩擦荷电量进行了研究,并建立了矿粒经过摩擦荷电装置后摩擦荷电量的数学模型。矿粒摩擦荷电量的数学模型反映了矿粒的荷电量与矿粒的粒度、质量、密度以及矿粒固有的物理和化学性质之间的关系。摩擦荷电后的矿粒通过矿粒分配器进入高压静电腔,在高压静电腔中进行分选。根据同性相斥、异性相吸的原理,带正电荷的矿粒向高压静电腔的负极板运动、带负电荷的矿粒向高压静电腔的正极板运动、不带电荷的矿粒不受电场力的影响,在重力和气流推力的作用下作铅垂向下的运动。在高压静电腔的下部设置有分矿板,用于收集被分离出来的精矿、中矿和尾矿。本文对矿粒在高压静电腔中的受力进行了分析,并建立了荷电矿粒在高压静电腔中受力的力学模型。得出了矿粒的动力学特性与矿粒摩擦荷电量、电场强度、矿粒的质量以及气流推力之间的关系。对矿粒在高压静电腔中的运动轨迹进行了理论分析。在理论分析的基础上,在摩擦辊式电选机中考虑摩擦辊的转速、气流的速度、矿粒的粒度以及电场强度对矿粒运动轨迹的影响。在振动式摩擦电选机中考虑摩擦荷电槽的振动频率、摩擦荷电槽的外加电场、气流的速度、矿粒的粒度以及电场强度对矿粒运动轨迹的影响。对以上影响因素分别进行了实验分析,所得的结果与理论研究结果基本相符通过分析矿粒在摩擦辊式电选机和振动式摩擦电选机中的动力学特性对摩擦电选机的工业设计和应用具有重要的意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 摩擦电选的发展历史
• 1.2 矿物颗粒的摩擦带电过程
• 1.3 摩擦电选的应用领域
• 1.3.1 摩擦电选技术在微细（粉）煤脱硫降灰中的应用
• 1.3.2 摩擦电选技术在粉煤灰分选中的应用
• 1.3.3 摩擦电选技术在其他领域中的应用
• 1.4 立题依据及意义
• 1.5 本课题的主要研究内容
• 第2章 摩擦电选机
• 2.1 摩擦电选机简介
• 2.2 摩擦电选的基本条件
• 2.3 摩擦荷电装置
• 2.4 矿物分离装置
• 2.5 摩擦电选机技术的研究及应用现状
• 2.5.1 卧式环形摩擦电选机
• 2.5.2 自由落体式摩擦静电分选机
• 2.5.3 V-Stat垂直摩擦静电分选机
• 2.5.4 NETL's摩擦静电分选机
• 2.5.5 STI带式摩擦静电分选机
• 2.5.6 中国矿业大学研制的摩擦静电分选机
• 2.6 本章小结
• 第3章 摩擦辊式电选机中矿粒的动力学特性研究
• 3.1 摩擦辊式电选机
• 3.1.1 摩擦辊式电选机的主要组成及工作原理
• 3.1.2 摩擦辊式荷电装置
• 3.1.3 矿粒在摩擦辊式电选机中摩擦荷电的机理
• 3.2 矿粒在摩擦辊式电选机中的摩擦荷电量
• 3.3 电量的衰减对矿物颗粒剩余荷电量的影响
• 3.4 高压静电腔及其主要参数
• 3.5 荷电矿粒在摩擦辊式电选机高压静电腔中的受力分析
• 3.5.1 荷电矿粒在高压静电腔中的受力类型
• 3.5.2 荷电矿粒在高压静电腔中的受力
• 3.5.2.1 电场力
• 3.5.2.2 重力
• 3.5.2.3 空气在x方向上的阻力
• 3.5.2.4 气流在y方向上的牵引力
• 3.6 荷电矿粒在摩擦辊式电选机高压静电场中的动力学特性
• 3.6.1 荷电矿粒在x方向上的速度、加速度
• 3.6.2 荷电矿粒在x方向上的位移
• 3.6.2.1 导体矿粒在x方向上的位移
• 3.6.2.2 非导体矿粒在x方向上的位移
• 3.6.3 荷电矿粒在y方向上的位移
• 3.6.4 荷电矿粒在分选腔中的合成运动速度
• 3.6.5 荷电矿粒在高压静电腔中的合成运动轨迹
• 3.7 本章小结
• 第4章 振动式摩擦电选机中矿粒的动力学特性研究
• 4.1 振动式摩擦电选机简介
• 4.2 振动式摩擦电选机的组成及工作原理
• 4.3 矿粒在振动式摩擦电选机中摩擦荷电的机理
• 4.4 矿粒在振动式摩擦电选机中的摩擦荷电量
• 4.4.1 振动式摩擦电选机的振动给料槽及其参数
• 4.4.2 导体矿粒在振动式摩擦电选机中的摩擦荷电量
• 4.4.3 非导体矿粒在振动式摩擦电选机中的摩擦荷电量
• 4.4.4 电量的衰减对矿物颗粒剩余荷电量的影响
• 4.5 高压静电腔及其主要参数
• 4.6 荷电矿粒在振动式摩擦电选机高压静电腔中的受力分析
• 4.6.1 荷电矿粒在高压静电腔中的受力类型
• 4.6.2 荷电矿粒在高压静电腔中的受力
• 4.6.2.1 电场力
• 4.6.2.2 重力
• 4.6.2.3 空气在x方向上的阻力
• 4.6.2.4 气流在y方向上的牵引力
• 4.7 荷电矿粒在振动式摩擦电选机高压静电场中的动力学特性
• 4.7.1 荷电矿粒在x方向上的速度、加速度
• 4.7.2 荷电矿粒在x方向上的位移
• 4.7.2.1 导体矿粒在x方向上的位移
• 4.7.2.2 非导体矿粒在x方向上的位移
• 4.7.3 荷电矿粒在y方向上的速度、加速度
• 4.7.4 荷电矿粒在y方向上的位移
• 4.7.5 荷电矿粒的合成运动速度
• 4.7.6 荷电矿粒的合成运动轨迹
• 4.8 本章小结
• 第5章 荷电矿粒在高压静电腔中动力学特性的实验研究
• 5.1 实验条件
• 5.1.1 实验方案的制定
• 5.1.2 实验设备
• 5.1.3 实验原材料
• 5.1.3.1 粉煤灰的化学组成
• 5.1.3.2 粉煤灰的微观结构
• 5.1.3.3 粉煤灰的粒度分布
• 5.1.4 实验原理
• 5.1.4.1 粉煤灰在摩擦辊式电选机中的实验原理
• 5.1.4.2 粉煤灰在振动式摩擦电选机中的实验原理
• 5.1.4.3 粉煤灰在高压静电腔中实验原理示意图
• 5.2 粉煤灰在摩擦辊式电选机中动力学特性的实验结果分析
• 5.2.1 数据分析
• 5.2.1.1 改变摩擦辊的转速对粉煤灰动力学特性的影响
• 5.2.1.2 气流速度的改变对粉煤灰动力学特性的影响
• 5.2.1.3 粉煤灰的粒度大小对粉煤灰动力学特性的影响
• 5.2.1.4 电场强度的改变对粉煤灰动力学特性的影响
• 5.2.2 实验结果
• 5.3 粉煤灰在振动式摩擦电选机中动力学特性的实验结果分析
• 5.3.1 数据分析
• 5.3.1.1 摩擦荷电槽上不同的外加电场强度对粉煤灰动力学特性的影响
• 5.3.1.2 改变振动电机的振动频率对粉煤灰动力学特性的影响
• 5.3.1.3 气流速度的改变对粉煤灰动力学特性的影响
• 5.3.1.4 粉煤灰的粒度大小对粉煤灰动力学特性的影响
• 5.3.1.5 分选腔内电场强度的改变对粉煤灰动力学特性的影响
• 5.3.2 实验结果
• 5.4 结论
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论、存在的问题与展望
• 6.1 结论
• 6.2 存在的问题
• 6.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A （攻读硕士学位期间发表论文目录）