水力旋流器流场特征和分级分离性能研究综述

水力旋流器利用颗粒-颗粒或颗粒-流体在旋流流场中运动行为差异实现分级分离过程,被广泛地应用于化工、冶金、矿物加工和环保等行业。在实际运行中,由于操作条件不合理或设备结构条件限制,使颗粒分级或固液分离性能无法满足应用需求,本文分析了水力旋流器的流场特征,并总结了影响旋流器分离性能的关键因素。水力旋流器内部呈现复杂的多相流场,颗粒性质、料液性质、进料条件等操作参数和旋流器的几何结构会影响水力旋流器的分离性能,实际应用中可以通过优化运行条件和旋流器的几何结构,提高旋流器的分级分离性能。

锥段结构对旋流器内部流场和分级性能的影响

针对常规旋流器分级精度低、运行能耗高的问题,提出了一种改进旋流器锥段的方法用于提高旋流器分级性能,通过数值计算法呈现了直线型、抛物线型和双曲线型锥段结构旋流器对内部流场特性和分离性能的影响规律。数值模拟结果表明:采用抛物线锥段可使其旋流器的切向速度和轴向速度减小,降低乱流的发生概率,流场稳定性得到有效提升,双曲线锥段内部流场不稳定,不利于颗粒的平稳运行。抛物线型旋流器零速包络面外移,细内旋流空间变大,细颗粒得到充分分离,分级精度得到一定提升。相比于常规型和双曲线型,抛物线型旋流器具有较小的湍流强度,颗粒稳定性得到有效提升,同时,抛物线型旋流器的陡度指数从0.61提升为0.72,旋流器分级精度得到大幅提升,由于其分离空间的变大,切割粒径稍有增大。

水力分级旋流器分离粒度的选择与控制

针对官地选煤厂原煤重介旋流器脱泥入洗工艺存在水力分级旋流器分离粒度过细,引起浮选和浮精环节低效运行的问题,研究分离粒度与入料压力、旋流器直径之间的换算关系,并结合官地选煤厂的实践经验,当工艺要求分离粒度较粗时,应尽量选用直径较大的水力分级旋流器,通过调整入料压力和底流口直径能够小范围调整分离粒度。

大山选矿厂Krebs gMax水力旋流器的应用研究

通过对Φ660mm Krebs gMax水力旋流器应用研究,调整水力旋流器工艺参数,替代Krebs标准水力旋流器后基本解决了德兴铜矿大山选矿厂存在的溢流产品粒级组成不够合理、沉砂中细粒级含量偏高的问题,提高了分级效率,磨机台效提高5%。

水力分级旋流器在葫芦素选煤厂的改造实践

分析了葫芦素选煤厂水力分级旋流器入料及产品粒度组成,在高浓度入料的情况下,入料中的高灰细泥形成了次生介质,在分级旋流器中出现了较强的分选现象,影响了分级效率。通过在水力分级旋流器入料煤泥水桶上增加液位—补水自动控制系统,降低旋流器入料浓度,可减弱旋流器内部分选作用,提高分级效率。同时将煤泥水桶的自动液位系统与旋流器入料压力匹配,有效提高了水力分级旋流器的分级效率。

进口浓度对水力旋流器颗粒分级的影响

通过对水力旋流器内液固多相流动的固体颗粒运动进行理论分析、数值模拟和实验测试,探讨了进口颗粒浓度对采用水力旋流器进行高炉污泥颗粒分级的影响。液固多相流动的数值模拟证实,固体颗粒在水力旋流器内的径向沉降速度近似与颗粒粒径的平方成正比。实验给出了不同进口浓度的颗粒分级效率曲线。本文的实验结果、数值模拟结果以及颗粒离心沉降的理论分析都表明,进口浓度对水力旋流器内高炉污泥的颗粒分级影响不大,该结果诠释了在高炉污泥脱锌操作所考虑的颗粒浓度范围内为什么低浓度下水力旋流器颗粒分级的数值模拟结果与较高浓度下的实验结果基本一致。

细颗粒分级复合型水力旋流器结构及工艺参数的优化研究

Ca(OH)_2提纯是实现电石渣制备石灰石的关键环节,通过复合型水力旋流器对电石渣细颗粒分级,其结构参数和工艺参数,以及颗粒的物性参数直接决定Ca(OH)_2的提纯效果。基于RSM模型和混合多相流模型,对复合型水力旋流器的流场进行数值模拟,分析旋转栅结构对流场的影响;同时在平衡轨道理论的基础上,建立复合型水力旋流器的分离粒径预测模型,根据电石渣颗粒的基本特性,对复合型水力旋流器进行结构优化;制作试验样机,采用二次正交旋转组合试验设计,参考分级粒径、分离效率、处理量、分离精度、分股比5项分离指标,验证复合型水力旋流器的分离效果,确定最佳工艺参数。试验结果显示,在进料速度2.1 m/s,旋转栅转速1 205 r/min,进料质量浓度22%的操作条件下,综合分离效果最佳,此时分级粒径为70μm,分离效率达81.3%,处理量为406.7 kg/h;与静态水力旋流器对比结果表明,复合型水力旋流器在压力损耗和离心力场强度方面具有明显优势,而在颗粒的滞留时间方面处于劣势。

给矿浓度和入口压力对水力旋流器分级效率的影响

通过对水力旋流器内流动的固体颗粒运动的理论分析与试验测试,以及对水力旋流器入口压力考察,探讨了给矿浓度和入口压力对水力旋流器分级的影响。试验给出了不同给矿浓度和压力下的颗粒分级效率曲线。并结合目前选矿厂应用的实际及未来发展趋势作了详细的研究。

WFGD水力旋流器中石灰石颗粒分级试验与数值模拟

湿法烟气脱硫装置中水力旋流器分级试验表明,进口石灰石浆液的颗粒质量浓度15%时,溢流口颗粒质量浓度达30%;溢流颗粒则集中于30μm以下;随着颗粒粒径的增大,颗粒底流口回收率也在增大,当粒径达到30μm时,回收率已经接近100%。数值模拟表明,雷诺应力湍流模型、自由表面多相流动模型和斯托克斯拉格朗日模型能很好地描述水力旋流器内复杂三维运动的石灰石颗粒分级运动和规律。采用了初始边界条件不需给分流比、也不需设定空气柱的数值方法,模拟结果显示了空气柱的形成、流体的旋流流动。模拟得到的不同粒径颗粒的分级效率与高进口质量浓度条件下的试验结果吻合较好。

水力旋流器的结构参数对凡口铅锌矿分级性能的影响

以自制的水力旋流器对广东凡口铅锌矿进行了分级试验,考察了旋流器沉砂口直径、溢流口直径和溢流管插入深度等结构参数对分级粒度的影响,确定了最佳结构参数。用拉苏莫夫法对试验结果进行了分级粒度的分配计算,并将实际分级粒度与最大切向速度轨迹面法计算的理论值进行了对比分析,发现两者存在一定的偏差,表明拉苏莫夫法需要进行一定程度的修正之后才能适用于凡口铅锌矿。

一段磨矿分级应用水力旋流器的研究与实践

通过在2座大型选矿厂一段磨矿作业用水力旋流器取代螺旋分级机的研究与实践表明,球磨机排矿在给入水力旋流器之前不增设除渣系统仍可以保证水力旋流器的稳定运转。水力旋流器的分级效果与矿石的可磨性质有重要关系,对于易磨物料,其分级效果明显优于螺旋分级机;而对于硬度高、难磨物料,其溢流细度的稳定性略低于螺旋分级机。在一段磨矿产品即为最终磨矿产品的情况下,须设置简易的控制分级以筛除混入水力旋流器溢流中的少量粗大颗粒,确保稳定合格精矿产品的产出。

异形水力旋流器的松散机理与分级特性

对异形水力旋流器分级特性进行了理论分析和实验研究。异形水力旋流器分级效果与工艺参数的关系总体趋势上与常规水力旋流器相同， 但在量值上存在一定差异。由于颗粒在异形水力旋流器内的回转曲率半径沿轨迹发生变化， 造成了颗粒沿旋流器径向振荡， 有利于细粒析出， 在预分级段利用异形旋流器的物料松散功能，

应用充气水力旋流器改善磨矿分级的理论基础研究

从理论上论证了利用充气水力旋流器提高磨矿分级效率，避免大密度有用矿物过磨的可行性。

充气水力旋流器分级与富集特性的研究

为了获得充气水力旋流器在用以控制大密度有用矿物过磨的进一步研究中其结构及操作参数优化的理论基础，本文采用改进型充气水力旋流器处理了含铜多金属硫化矿物，研究了其结构参数和操作参数对其分级与富集特性的影响。结果表明，溢流口直径、进料压力、充气量、捕收剂用量和起泡剂用量都宜较大，底流口直径宜较小，而溢流管插入深度及处理矿浆浓度均宜适中。

WFGD水力旋流器中石灰石颗粒分级试验与数值模拟

湿法烟气脱流装置中水力旋流器分级试验表明,进口石灰石浆液的颗粒质量浓度为15%时,溢流口颗粒质量浓度达30%,溢流颗粒粒径则集中于30μm以下;随着颗粒粒径的增大,颗粒底流口回收率也在增大,当粒径达到30μm时,回收率已经接近100%。数值模拟表明,雷诺应力湍流模型、自由表面多相流动模型和斯托克斯拉格朗日模型能很好地描述水力旋流器内复杂三维运动的石灰石颗粒分级运动和规律。采用了初始边界条件不给出分流比、也不设定空气柱的模拟方法,模拟结果显示了空气柱的形成、流体的旋流流动。模拟得到的不同粒径颗粒的分级效率与高进口质量浓度条件下的试验结果吻合较好。

水力旋流器分级在尖山选厂的应用研究

介绍了尖山铁矿选厂采用5 0 0mm水力旋流器分级技术的应用经验及研究体会。生产实践表明 ,水力旋流器分级是一种高效。

水力旋流器分级过程中短路量计算的研究

本文在分析凯尔萨尔、奥斯汀、芬奇分级数学模型的基础上,利用了均匀试验设计,采用了多元回归分析方法,建立了新的水力旋流器的短路数学模型,并分析了各个因素对短路量的影响。

小直径水力旋流器微细分级模型

小直径水力旋流器直径小，离心力场强，液流微观结构复杂，研究难度大。从流体宏观结构和微细颗粒的群态运动入手，提出了“紊流携带模型”，探讨用新的参数研究小直径旋流器微细分级的规律。阐明了“紊流携带模型”的基本观点和“相对携带量”、“分级粒度ｄｒ”、“溢流水量分配”等主要参数的物理概念。在实验研究的基础上，建立了与旋流器结构和操作参数相关的溢流水量分配、分级粒度、相对携带量３个数学方程。高岭土微细分级实验表明数学方程计算值与实验值吻合较好。

立式搅拌磨机与旋流器磨矿分级过程的自动控制研究

在选矿厂磨矿分级过程中,立式搅拌磨机的磨矿效果易受水力旋流器给矿条件波动影响,而旋流器给矿调节过程存在滞后性、时变性及非线性等特点。针对此问题,根据水力旋流器的给矿压力、给矿浓度与泵池液位的调节过程,分别设计了规则切换PID控制和模糊PID控制方法,并设计了仿真平台进行试验。仿真结果表明,与手动控制方法相比,规则切换PID控制的均方误差(MSE)和绝对误差积分(IAE)指标分别减小了97%和84.8%,泵池液位累计超限值和恢复时间分别减小了94.9%和79.6%;与PI控制方法相比,模糊PID控制的MSE和IAE分别减小了76.2%和51.9%,超出允许误差区间情况减少约90%。所设计的控制方法显著提高了立式搅拌磨机与旋流器磨矿分级过程控制的鲁棒性与准确性,实现了该过程的稳定控制。