CN104462816A - 一种确定水力旋流器分离粒度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种准确确定水力旋流器分离粒度的方法，包括如下步骤：1、确定目标水力旋流器的结构参数、目标工况的操作参数以及待分离物料的物性参数；2、根据上述参数建立流场域计算模型并将其离散，同时确定计算的边界条件和初始条件；3、利用计算流体力学商业软件和离散元商业软件进行模拟计算求解；4、通过模拟计算结果分别得出待分离物料在溢流和沉砂产品中的粒度分配曲线，从而确定水力旋流器在目标工况条件下的分离粒度d50。从根本上解决了现有分离粒度计算公式或曲线使用精度和广度均较差的问题，具有使用成本低、结果精度高、适用范围广等优势，相较于实际分离试验方便快捷、节省人力物力。
Description
技术领域
本发明涉及矿物加工分级水力旋流器，特别是一种确定水力旋流器分离粒度的方法，属矿物加工工程技术领域。
背景技术
我国矿产资源储量丰富，但可直接工业应用的富矿很少，绝大多数是需要经过分选加工后才能达到工业应用标准的贫矿。分级作业是将松散物料分成不同粒级产品的过程，是矿物分选过程中必不可少的环节。水力旋流器是应用最广泛的分级设备，且由于使用成本低、处理量大、占地面积小等优点，几乎被应用于全世界所有选矿厂中。
分离粒度是水力旋流器分级过程的质量指标，是水力旋流器设备选择和工艺控制的主要依据。具体是指实际分级过程中，进入水力旋流器沉砂和溢流产品中各有50%的极窄级别的粒度，通常用d50表示。国内外学者为了准确获知水力旋流器的分离粒度，做了大量的理论推导和试验工作，从而得到了各式各样理论的、半经验的、经验的计算公式或曲线。由于这些公式或曲线均是通过特定试验结果归纳总结得出，因此只能在各自特定的工况下，对指导生产实践起到一定作用，但其使用精度和广度较差。而繁琐的试验准备和人力物力消耗，使得通过实际分离试验获得任一工况条件下水力旋流器的分离粒度根本不切实际。
发明内容
本发明的目的是提供一种在任一工况条件下均能准确确定水力旋流器分离粒度的方法，从根本上解决现有分离粒度计算公式或曲线使用精度和广度均较差的问题，具有使用成本低、结果精度高、适用范围广等优势，相较于实际分离试验方便快捷、节省人力物力。
本发明的技术方案是：
一种准确确定水力旋流器分离粒度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、确定目标水力旋流器的结构参数、目标工况的操作参数以及待分离物料的物性参数，水力旋流器的结构参数包括入口结构及尺寸、柱段结构及尺寸、溢流管结构及尺寸、锥段结构及尺寸以及沉砂管段结构及尺寸；目标工况的操作参数包括给矿压强和给矿浓度；待分离物料的物性参数包括液相和气相的密度、黏度、固相的粒度组成和密度；
步骤2、根据步骤1中提供参数，分别利用3D模型创建软件和网格划分软件建立流场域计算模型并将其离散，同时确定计算的边界条件和初始条件，所述边界条件包括水力旋流器入口处湍流强度、给入流量和给料颗粒浓度、溢流口和沉砂口的相对压强，所述初始条件包括设置整个水力旋流器的流体域充满空气；
步骤3、利用计算流体力学软件和离散元软件进行模拟计算求解；
步骤4、通过模拟计算结果分别得出待分离物料在溢流和沉砂产品中的粒度分配曲线，从而确定水力旋流器在目标工况条件下的分离粒度d50。
上述的一种准确确定水力旋流器分离粒度的方法，所述水力旋流器入口处湍流强度的计算公式为 ，其中，为水力旋流器入口处流体平均速度，vi为瞬时速度，采用物理试验测试法测定。
上述的一种准确确定水力旋流器分离粒度的方法，入口处边界条件的确定：通过试验测得入口处湍流强度，并按照实际工况设置给入流量和给料颗粒浓度；出口处边界条件的确定：设置成当地标准气压。
上述的一种准确确定水力旋流器分离粒度的方法，所述待分离物料的物性参数的确定：液相和气相的密度、黏度根据实际工况，设置为水和空气的密度与黏度；固相的粒度组成和密度分别采用物理试验测定，包括筛分和密度瓶测定。
本发明的有益效果是：
1、由于具体针对任一旋流器、任一工况条件，而不依赖于特定工况条件下得到的经验数据或曲线，提升了准确度，因此适用性和可靠性大大增强。
2、本发明的实施主要依靠电子计算机和计算软件，与物理试验相比，方便快捷，且能够节省大量的人力物力。
附图说明
图1是本发明的具体实施流程示意图；
图2是本发明流场域模型建立和离散图；
图3是本发明模拟计算所得颗粒在水力旋流器纵截面分布示意图（显示颗粒数量为实际计算数量的1/100）；
图4是本发明具体示例所得石英颗粒在溢流和沉砂产品中粒度分配曲线；
图5是本发明具体示例所得赤铁矿颗粒在溢流和沉砂产品中粒度分配曲线。
具体实施方式
下面通过Φ50mm水力旋流器分别分离石英和赤铁矿颗粒实例来说明本发明的应用效果。
1、确定水力旋流器的参数条件（包括结构参数和操作参数） 如表1所示。
表1 Φ50mm水力旋流器参数列表
2、确定目标工况操作参数为：给矿压强0.1MPa，给矿浓度10%。
3、确定待分离物料的物性参数为：分离介质为水，同时考虑水力旋流器空气柱。水的密度为998.2kg/m3，动力黏度为1.003×10-3Pa·s；空气的密度为1.225kg/m3，动力黏度为1.7894×10-5Pa·s；石英密度为2673kg/m3；赤铁矿密度为4858kg/m3；待分离石英和赤铁矿的粒度组成如表2所示。
表2 石英和赤铁矿的粒度组成。
4、参见图2，根据上述参数建立流场域计算模型（可应用ANSYS Design modeler、Solidworks等3D模型创建软件）并将其离散（可应用软件ANSYS Meshing、ICEM CFD等网格划分软件）。反复20次实测水力旋流器入口处流体瞬时速度vi,具体如下表所示，可求得平均速度=6.08m/s，从而求得入口边界湍流强度I=4.51%。模拟计算初始条件参考实际情况，即水力旋流器开始时充满空气。
5、分别利用计算流体力学（CFD）商业软件Fluent和离散元（DEM）商业软件EDEM模拟计算求解，求解过程中查看待分离物料颗粒在水力旋流器内纵截面分布，如图3所示。
6、根据模拟计算结果，分别得出石英和赤铁矿颗粒在溢流和沉砂产品中的粒度分配曲线，如图4、图5所示，从而可得在选用的水力旋流器和工况条件下，石英的分离粒度约为3.1μm，赤铁矿的分离粒度约为2.1μm，经与物理试验结果和部分经验公式对比，可验证本方法具有较高的准确度。
Claims (4)
1.一种准确确定水力旋流器分离粒度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、确定目标水力旋流器的结构参数、目标工况的操作参数以及待分离物料的物性参数，水力旋流器的结构参数包括入口结构及尺寸、柱段结构及尺寸、溢流管结构及尺寸、锥段结构及尺寸以及沉砂管段结构及尺寸；目标工况的操作参数包括给矿压强和给矿浓度；待分离物料的物性参数包括液相和气相的密度、黏度、固相的粒度组成和密度；
步骤2、根据步骤1中提供参数，分别利用3D模型创建软件和网格划分软件建立流场域计算模型并将其离散，同时确定计算的边界条件和初始条件，所述边界条件包括水力旋流器入口处湍流强度、给入流量和给料颗粒浓度、溢流口和沉砂口的相对压强，所述初始条件包括设置整个水力旋流器的流体域充满空气；
步骤3、利用计算流体力学软件和离散元软件进行模拟计算求解；
步骤4、通过模拟计算结果分别得出待分离物料在溢流和沉砂产品中的粒度分配曲线，从而确定水力旋流器在目标工况条件下的分离粒度d50。
2.根据权利要求1所述的一种准确确定水力旋流器分离粒度的方法，其特征在于：所述水力旋流器入口处湍流强度的计算公式为 ，其中，为水力旋流器入口处流体平均速度，vi为瞬时速度，采用物理试验测试法测定。
3. 根据权利要求1所述的一种准确确定水力旋流器分离粒度的方法，其特征在于：入口处边界条件的确定：通过试验测得入口处湍流强度，并按照实际工况设置给入流量和给料颗粒浓度；出口处边界条件的确定：设置成当地标准气压。
4.根据权利要求1所述的一种准确确定水力旋流器分离粒度的方法，其特征在于：所述待分离物料的物性参数的确定：液相和气相的密度、黏度根据实际工况，设置为水和空气的密度与黏度；固相的粒度组成和密度分别采用物理试验测定，包括筛分和密度瓶测定。
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