水力分选设备搅拌器的优化设计

论文摘要

针对我国铝土矿资源特点,设计了一种适合铝土矿选择性絮凝预分选脱硅的水力分选设备。为了进一步提高设备的分选性能,对其中的关键部件-搅拌器进行优化设计。利用计算流体力学软件FLUENT对水力分选设备中的流场进行了模拟分析,考察了工艺参数和搅拌器结构参数对设备分选性能的影响。模拟结果表明：最佳的工艺参数为搅拌速度50rpm,给料速度225ml/min,搅拌器位于Z=-2cm处。五种搅拌器在最佳的结构参数条件下的分选效率顺序为：耙式>板框Ⅱ式>后掠式>板框Ⅰ式>推进式。耙式搅拌器最佳的结构参数为：叶臂长度3.6cm,叶臂数量4,齿高度10cm。利用自制的搅拌器,考察了工艺参数（搅拌速度）、耙式搅拌器结构参数（叶臂长度、叶臂倾角、齿高度）对分选效果的影响。在其它工艺参数相同的条件下,当搅拌速度50rpm时,可以达到最佳的分选效果。此时,精矿铝硅比提高了1.43,氧化铝的回收率为67.61%。在最佳工艺参数条件下,叶臂长度和齿高度的增加有利于提高设备的分选效率,而叶臂倾角的增加则降低了设备的分选效率。实际矿石实验与数值模拟的结果得到了很好的吻合,验证了FLUENT数值模拟指导搅拌器设计的可行性。通过对水力分选设备中的颗粒进行受力分析,揭示了设备中流体的流动特性和固体颗粒的运动规律,有利于深入认识设备的分选机理。根据功率常数与平衡时间的关系,得出了搅拌器直径、桨叶宽度与搅拌槽径的关系式,为搅拌器的优化设计提供了重要的理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 铝土矿资源特点及铝土矿脱硅的研究进展
• 1.1.1 我国铝土矿资源特点
• 1.1.2 铝土矿脱硅的研究进展
• 1.2 选择性絮凝在选矿方面的研究
• 1.2.1 选择性絮凝的基本原理
• 1.2.2 选择性絮凝药剂的研究进展
• 1.2.3 选择性絮凝工艺的研究进展
• 1.2.4 选择性絮凝设备的研究进展
• 1.3 搅拌器的研究进展
• 1.3.1 搅拌器及流场的研究发展现状
• 1.3.2 新型搅拌器发展方向
• 1.4 CFD在搅拌流场中的研究进展
• 1.4.1 CFD软件简介
• 1.4.2 搅拌器流场的模拟进展
• 1.5 本课题研究的内容及意义
• 第二章 数值模拟结果与分析
• 2.1 研究方法
• 2.1.1 流体动力学控制方程
• 2.1.2 几何模型
• 2.1.3 网格划分
• 2.1.4 求解方法
• 2.1.5 计算体系
• 2.2 CFD模拟结果分析
• 2.2.1 工艺参数模拟结果分析
• 2.2.2 结构参数模拟结果分析
• 2.3 搅拌器模拟结果对比分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 实际矿石试验
• 3.1 试验准备及研究方法
• 3.1.1 矿样
• 3.1.2 试验药剂与材料
• 3.1.3 试验设备
• 3.1.4 试验流程
• 3.2 实验结果分析
• 3.2.1 设备平衡时间实验
• 3.2.2 搅拌速度实验
• 3.2.3 叶臂长度实验
• 3.2.4 叶臂倾角实验
• 3.2.5 齿高度实验
• 3.3 本章小结
• 第四章 流场中颗粒受力与运动分析
• 4.1 颗粒在搅拌流场中受力分析
• 4.1.1 颗粒轴向受力分析
• 4.1.2 颗粒径向受力分析
• 4.1.3 颗粒切向受力分析
• 4.2 颗粒动力学研究
• 4.2.1 颗粒轴向运动分析
• 4.2.2 颗粒径向运动分析
• 4.2.3 颗粒切向运动分析
• 4.2.4 颗粒运动分析
• 4.3 搅拌器关键参数的表达
• 4.3.1 搅拌器直径
• 4.3.2 搅拌器桨叶宽度
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果