Numerical study of flocculation settling and thickening of whole-tailings in deep cone thickener using CFD approach

Deep cone thickener (DCT) is the key equipment in cemented paste backfill (CPB), so it is essential to study the flocculation settling and thickening characteristics of the whole-tailings in DCT. Coupled with population balance model (PBM), computational fluid dynamics (CFD) was used to study the characteristics, namely particle size distribution (PSD) and underflow concentration in DCT. Based on actual production, the effects of rake rotational speed, feed rate and tailings slurry concentration were simulated and analyzed in a certain range. The PSD varied with rake rational speed, feed rate and tailings slurry concentration almost in the same trend, but the influence of feed rate was less than that of rake rational speed and tailings slurry concentration. The underflow concentration increased at first and then declined with rake rational speed and feed rate, but it rose and fell with the tailings slurry concentration. Finally, the optimal key parameters on the flocculation settling and thickening of the whole-tailings in DCT were obtained: rake rotational speed of 17 r/min, feed rate of 3.25 m^3/h and tailings slurry concentration of 20%, giving the reference values to the industrial production in Baishitamu Copper Mine.

月亮田煤矿选煤厂煤泥浓缩技术改造及应用

月亮田煤矿选煤厂为解决煤泥水系统指标不稳定、介耗高等问题,对现有煤泥浓缩系统进行了改造,将原有ITT70型斜管浓缩机替换为高效深锥浓缩机,同时优化加药方式;将中矸磁尾通过扫选浓缩后再进行磁选,提高了介质回收率。改造后有效解决了煤泥浓缩效果不佳、循环水质差、介耗高等问题,煤泥水浓缩净化效果得到了改善,生产循环水水质得到了明显提升,提高了综合经济效益。

某金矿新建分级尾砂充填系统研究

以国内某金矿分级尾砂充填站为研究对象,深入分析了分级尾砂的物化性质、粒度分布,并进行了分级尾砂的静动态浓密及配比强度试验。基于试验结果,综合考虑各方面因素,选择了适宜的充填工艺。以分级尾砂、胶结材料和水为原料,制备充填料浆。通过计算采空区需求充填量,确定了无动力深锥浓密机及胶结充填料的需求数量,并据此设定了无动力深锥浓密机的直径。对比一段搅拌和二段搅拌方案后,选择了更经济实用的一段搅拌方式。在充填工艺的综合考虑中,强调了方案的经济性、可行性和充填骨料等因素的重要性,为分级尾砂充填提供了借鉴。

某新建矿山全尾砂膏体充填站设计方案研究

某新建铅锌矿山依据矿山基本情况,采用全尾砂膏体充填方式。对全尾砂膏体充填骨料进行具体分析,通过试验对全尾砂充填骨料的物理化学性质、粒级组成、浓缩沉降、料浆输送性能以及强度配比进行判定和选择,并根据试验结果,分析了该矿膏体充填站的工艺选择过程,以及浓密机、搅拌设备、膏体输送泵和水泥仓等主要设备的选型过程。

基于停留时间的深锥浓密机耙架扭矩计算模型

在膏体充填过程中,间歇式充填作业会使料浆在深锥浓密机(DCT)中的停留时间延长。为研究料浆停留时间对DCT耙架扭矩的影响,首先,进行不同停留时间下的深锥相似模拟实验,得到底流料浆屈服应力与耙架扭矩的变化规律;其次,将DCT耙架分解为水平横梁、导水杆、耙臂及刮泥耙这4个构件进行受力分析,联立屈服应力与停留时间的函数关系,建立不同停留时间的DCT耙架扭矩计算模型。最后,对扭矩计算值与实测值的相对误差进行分析,结合对DCT锥部泥层的观测,探索停留时间对耙架扭矩的影响及压耙机理。研究结果表明:模型中耙架扭矩随停留时间的变化规律与实际结果一致,可划分为缓慢增长和快速增长2个阶段;粗颗粒尾砂(CPT)在“重-压-剪”三力作用下,随着停留时间延长而不断向DCT底部运移、密实,逐渐在锥部形成“高CPT占比、高浓度、高摩擦、难屈服”的“三高一难”致密层,料浆反作用于耙臂和刮泥耙导致耙架扭矩增大,最终导致DCT压耙。

尾矿深锥浓密过程智能监控技术在乌山铜钼矿的应用

传统尾矿深锥浓密过程中界面检测和过程控制方面,人工检测和人为介入控制占比较多。采用基于下潜式超声波界面仪和PCS系统进行乌山铜钼矿尾矿深锥浓密过程智能监控,介绍了其安装、数据处理及控制逻辑。该技术在乌山铜钼矿的成功应用,进一步优化了尾矿深锥浓密流程的工艺指标,避免了深锥跑浑、压耙事故的发生,减少了絮凝剂干矿量消耗,月均节省絮凝剂干矿量1831.2 kg,取得了较好的经济效益和社会效益。

武山铜矿全尾膏体充填系统设计

以武山铜矿全尾膏体充填系统的设计为例,介绍了该矿全尾砂的物理性质、粒度分布,并对全尾砂进行了浓密试验及配比强度试验。根据试验结果,在综合考虑经济性、可行性等因素的前提下,选择采用以全尾砂+胶结材料+水为原料制备充填料浆,并根据尾砂浓密试验数据,对尾砂浓密方案,搅拌设备、水泥给料设备、充填工业泵等设备进行了比选。该项目投产后,运行良好,取得了较好的经济效益。

尾砂浆体仓式浓密技术及其充填应用

矿山尾砂充填料浆物料由尾砂浆体、胶结剂和调浓水组成。尾砂浆体质量浓度的稳定性关系充填料浆制备质量浓度的稳定性,同时决定充填料浆制备的最高质量浓度,是充填料浆制备的核心要素,也是充填成本和质量控制的关键。矿山尾砂充填领域的仓式浓密装备主要有砂仓、深锥浓密机、深锥浓密机和砂仓组合浓密,以及膏体仓储浓密机。膏体仓储浓密机没有耙式系统,膏体仓储浓密机能长时间可靠储存高浓度尾砂浆体,解决矿山采矿—选矿—充填突出的时空矛盾关系,通过系列组合可适用于各型规模矿山,近年来得到广泛应用。在某金矿开展膏体仓储浓密机技术工业应用,尾矿-0.038 mm占66.52%,浓密机溢流水含固量小于200×10-6,浓密机底流尾砂浆体质量浓度达到56%,过程中波动<1%,放砂浓度稳定,充填料浆质量浓度59%~61%,充填料浆体积泌水率<3%。

某高海拔金铜矿尾矿输送及充填系统工艺研究

针对新疆某金铜矿地处高海拔、工业场地有限、地形复杂、环境敏感,选矿厂与尾矿库距离长、高差大,矿山上、下采区同时开采,自流和泵送共存的问题,为充分平衡井下充填与尾矿输送,实现矿山绿色开采,结合开拓系统,确立了矿山尾矿充填最优浓密方式,提出了尾矿输送与充填系统布置相协调的3种可行方案。从工艺流程、工程投资、运营成本、地表生态环境保护等多方面进行对比分析。结果表明:矿山最适合采取深锥浓密方案,充填站布置在地表2 800 m回风平硐+尾矿两级输送(方案一)在投资、运营费用、费用现值及可靠程度方面明显优于方案二和方案三,且系统可靠性高、便于管理。研究为同类型矿山尾矿输送及充填系统的建设提供了解决思路。

浓密机耙架扭矩双重模糊PID控制系统研究与应用

深锥耙架浓密机脱水工艺机理复杂,具有非线性、大滞后、系统稳定性低的问题,难以实现耙架扭矩及底流浓度的稳定自动控制,耙架改进安装压水旋喷装置,建立浓密机耙架扭矩关系模型,建立双重模糊神经网络PID扭矩、底流浓度控制算法,仿真验证其参数指标优于神经网络PID和传统PID,算法稳定调节时间1709.32 s,超调量2.55%,工程应用表明,浓度控制更加稳定,连续高浓度充填时间延长0.7 h。

膏体充填尾矿浓密规律初探

深锥浓密机是20世纪70年代发展起来的一种高效浓缩设备,具有极大的生产能力,可获得较高的底流浓度,为膏体充填料的制备提供了保障。简要介绍了某矿深锥浓密机的结构及工作原理,并通过现场实际观察将浓密过程中的矿浆在竖直方向上划分为澄清区、沉降区、临界浓度区以及压缩区4区域。分别对各区域浓度变化规律及主要影响因素进行了试验研究,得到固体颗粒在锥体内的3浓密阶段,并估算了正常负荷下底流浓度的变化范围：76%-82%,为现场系统故障预测与排除提供了理论依据。

深锥浓密机搅拌刮泥耙扭矩力学模型

基于深锥浓密机内部不同高度、不同浓度尾砂对耙子运行的影响,对耙子进行受力分析,提出复杂结构耙子扭矩的计算模型。根据实际现象,将浓密机部物料分布划分为流体区和散体区两大区域,散体区内尾砂无流动性;运用浆体流变学原理和散体力学原理分别分析位于不同区域内耙子构件的受力状态,对不同的构件提出相应的扭矩模型,最终建立一种新的复杂结构耙子的扭矩力学模型。最后,利用该模型对现场深锥浓密机驱动参数进行验算。研究结果表明:最大扭矩为633.808 6 kN.m,超出停机保护额定值21.85%;小耙子产生的扭矩占耙子总扭矩的37.96%,贡献最大。这一结果从理论上解释了深锥浓密机压耙及压耙后无法重启的原因。

全尾膏体动态压密特性及其数学模型

深锥浓密机是膏体技术中尾矿浓缩工艺的关键设备,深锥浓密机底流质量分数与泥层压力密切相关,孔隙比是表征底流质量分数的重要物理参数,但是孔隙比随泥层压力的变化规律并不清晰。针对这一问题,首先,提出了尾矿可浓缩性能表征的物理概念——有效孔隙比,即孔隙比减去饱和孔隙比;其次,采用某矿全尾砂进行了动态压密试验,结果表明,当泥层高度为31~200 mm,对应泥层压强为2 477~4 410 Pa,获得的底流质量分数范围为73.26%~78.30%,该质量分数范围对应的有效孔隙比为0.433~0.191。回归有效孔隙比与泥层压强数学关系得知,二者遵循幂函数Allometric模型;最后,提出了膏体动态压密数学模型,并根据模型曲线,将膏体动态压密分为3个区域:(1)线性压缩区,孔隙比随泥层压强增大而基本呈线性关系,孔隙比变化幅度较大;(2)衰减压缩区,随着压强继续增大,孔隙比下降幅度变缓,膏体趋于饱和;(3)恒定压缩区,该区域膏体达到饱和状态,孔隙比随着压强增大而基本恒定。该研究揭示了尾矿浓缩过程中孔隙比随泥层压强的变化规律,为浓密机设计及运行提供理论依据。

梅山尾矿絮凝深锥浓缩试验研究

介绍了梅山尾矿浓缩小型试验和扩大连续试验的情况。试验结果表明,采用絮凝剂和深锥浓密机,可有效提高梅山尾矿浓缩的底流浓度和处理能力。通过对试验结果进行分析,提出了应用深锥浓密机结合絮凝沉降处理梅山尾矿的可行性,并对应用25 m深锥浓密机改造梅山尾矿浓缩系统进行了方案讨论。

哈尔滨某矿深锥浓密机的应用改造

以哈尔滨某铜锌矿膏体充填系统调试为背景,指出调试过程中出现深锥浓密机澄清溢流水受给矿污染、底流浓度偏低以及压耙等问题的原因,并介绍了针对这些问题进行给料井、絮凝剂投加点及底流循环管道等的改造情况。实践证明:1合理选择尾矿浆的稀释方式,科学、恰当消减尾矿浆进入给料井的动能,有利于为矿浆与絮凝剂平稳、充分混合营造理想的环境;2适当增加并合理布置絮凝剂投加点有利于改善絮凝效果,提高深锥浓密机的底流浓度;3科学、合理的浓密机底流循环管路设计有利于底流料浆的平稳流动,减少耙架的运行阻力和压耙事故的发生。

尾矿动态浓密过程中底流浓度主要影响因素研究

深锥浓密机是尾矿高效浓密脱水的关键设备,其生产过程中的泥层高度对压密效果具有重要影响,进而影响底流浓度,而目前缺少基于动态连续浓密过程的泥层高度对底流浓度的影响研究。笔者借助自制的小型深锥浓密机模拟系统进行了全尾砂连续动态浓密试验,探究了泥层高度和固体通量分别对动态浓密过程的影响。结果表明,在动态浓密过程中,底流浓度与泥层高度呈非线性正相关关系,泥层高度一定时,底流浓度最终趋于平稳;泥层高度稳定在60 cm时,由非连续浓密转变为连续浓密,底流浓度由60.3%降至56.4%;动态浓密过程中,泥层高度一定时,底流浓度与固体通量呈线性负相关关系。因此,泥层高度和固体通量对深锥浓密机的底流浓度具有一定的影响。

深锥浓密机底流浓度预测与外部结构参数优化

针对困扰支持向量机(SVM)模型参数选择问题,结合遗传算法(GA),建立了深锥浓密机底流放砂浓度的GA-SVM预测模型,研究了不同结构参数状态下底流浓度的变化规律,进行了深锥浓密机的外部结构参数优化选择。以司家营铁矿为例,在最优底流放砂浓度为72%的条件下,经外部结构参数优化后的深锥浓密机锥高10m、锥角为30°,系统稳定可靠、底流连续均匀,动力荷载较同类矿山降低约15%,压耙停机故障降低80%。

深锥型浓密机内部流场特性模拟

应用雷诺应力湍流模型,在网格质量无关性验证基础上对有效容积为4 L的实验室深锥型浓密机内部单相流场特性进行了数值模拟研究,考察了给料流率对速度、剪切强度、湍流强度等特性分布的影响.研究结果表明:浓密机内部速度场基本沿主轴呈对称式分布,并在轴向和径向方向上分别形成上、下分界循环流和交错流;给料流率每增加1.8 L/min,轴向速度大约增加0.02 m·s-1;给料井内部流体剪切强度高于其他外部区域,剪切强度与给料流率呈正相关性;给料井内部湍流强度峰值区域位于挡板内环边缘和给料井筒体变径处;1.8 L/min的给料流率有助于提高湍动能的耗散;给料流率对配置导流锥的给料井回流率影响较小.

香炉山钨矿放砂浓度稳定性研究

放砂浓度的稳定性是充填系统正常运行的核心指标,制约着充填体的质量。当放砂浓度波动性过大时,井下形成的充填体整体结构差、承压能力低,不能为采矿提供安全有效的支持。结合香炉山钨矿现有充填难题,分析其放砂浓度波动性大的原因,并经过现场试验,考虑添加一台深锥浓密机,优选最佳的药剂及添加顺序,以最终达到消除泡沫带走大量细颗粒尾砂对充填工艺的影响,从而得到澄清的溢流水、高且稳定的放砂浓度。提高矿山充填效率并大量降低充填成本。

深锥固体通量与絮凝剂单耗和料浆浓度的数学关系

深锥浓密机的面积或占地大小主要由其固体通量决定.通过量筒静态沉降实验,计算得到深锥浓密机固体通量,分析了絮凝剂单耗、料浆浓度对深锥浓密机固体通量的影响,得到了两种因素对深锥浓密机固体通量的影响规律.结果表明,尾矿在5~30 g·t^(−1)的絮凝剂单耗下,基本呈现二次函数关系;料浆的固相质量分数为6%~26%时,固体通量呈现先增大后减小的趋势,与实验所得的规律相契合.通过对絮凝剂单耗和料浆浓度耦合效应下的固体通量方程回归分析,得到三者之间的数学关系,进而确定二者对固体通量的贡献为:料浆浓度>絮凝剂单耗.结合絮凝剂及料浆浓度对固体通量的影响分析,总结了絮凝剂单耗和料浆浓度贡献值不同的原因.最后,结合单因素和耦合条件下的数学方程,对深锥浓密机的设计和运行提出工程建议.在深锥浓密机运行过程中,需要优先保证料浆浓度,其次是絮凝剂单耗.