旋流多梯度磁选机的力场仿真、设计及分选性能研究

【摘要】我国拥有大量红铁矿、锰矿、黑钨矿、钽铌矿等弱磁性矿物资源,磁选和重选则是回收这类资源最主要的工艺技术。高梯度磁选机利用其高磁场梯度,增大对弱磁性矿物的磁力作用,大大提高了弱磁性矿物的回收率；离心机利用高离心力场强化了颗粒的“重力”作用,以改善比重较大、粒度较小的弱磁性矿物的回收。随着高性能的磁、重选设备的出现,弱磁性矿物的分选取得了定进展,但仍存在几个方面问题：①高梯度磁选设备分选腔中的矿浆分散性差、物理夹杂严重,尤其当用于精选作业时,富集效率低；②离心机难以实现粒度小的目的矿物与粒度大的脉石矿物的良好分离；③离心机可降低目的矿物的回收粒度下限,但这必须以严格的粒度分级为前提,对于细粒级弱磁性矿石而言,严格的粒度分级往往是较为困难的。上述问题可归结为：分选设备的力场单一和分选空间狭小,而导致设备分选过程中的选择性不高。本论文设计的新型复合力场设备(离心力场和磁场复合)—旋流多梯度磁选机,其原理是充分利用颗粒密度和比磁化系数的差异,实现磁性矿物与非磁性矿物的高效分选。该设备既吸收了离心选矿机的特点,利用分选腔的旋转,产生旋转流场,为物料的分选提供离心力场,同时吸收了高梯度磁选机的优点,磁选机的磁系在分选腔内壁磁介质分布区域提供较高的背景场强,进而在磁介质上产生很高的磁场梯度,增大设备对弱磁性矿物的捕捉力。旋流多梯度磁选机较常规磁选设备更能提高物料分选性能的理论基础在于其能够提供具有梯度的两种分选力场：①离心力的梯度力场,靠近分选腔内壁处颗粒受到的分选力远大于分选腔中心,密度大的颗粒更容易向分选腔内壁运动；②磁力的梯度力场,设备磁系产生的背景场强具有分选腔中心低、内壁高和分选腔顶部低、底部高的特点,磁性颗粒更容易向分选腔内壁和底部运动,分选腔内壁分布的磁介质表面由于有很高的磁场梯度,因此能够捕捉在离心力作用下运动至分选腔内壁的弱磁性微细颗粒。论文研究内容包括：旋流多梯度磁选机流场的3-DFluent仿真分析、磁场的3-DANSYS仿真分析、分选腔和磁系的设计、颗粒受力计算、单一力场(磁场、离心力场)设备分选性能的试验研究、力场与设备分选性能关系模型的推导、旋流多梯度磁选机的分选效果预测和整机结构及主要部件的设计等内容。以不同粒径的黑钨矿和石英颗粒为例,在特定背景场强(0.7T)和离心强度(13.98G)条件下,对颗粒在旋流多梯度磁选机中的受力情况进行了计算分析,结果表明：①当颗粒粒径大于10μm时,黑钨矿所受的磁力为影响其回收率的第一要素,离心力为影响其回收率的第二要素。由于密度和比磁化系数的差异,导致黑钨矿径向受力较石英大一个数量级,因此黑钨矿和石英可以实现良好的分离；②颗粒在径向运动过程中,弱磁性颗粒受到的磁力,尤其是弱磁性颗粒磁化后所发生的磁团聚(相当于增大了磁性颗粒的粒径),可以强化磁性物料和非磁性物料在径向运动过程中的分离；当物料到达磁介质表面后,磁性颗粒所受到磁介质的磁力可大大增加其与非磁性颗粒间的受力差异；③离心力场不仅有利于物料的分散和磁性颗粒与磁介质的充分接触,有效地避免夹杂和堵塞,还有利于延长颗粒在分选腔中的运动行程,增加颗粒的捕捉概率。对某黑钨矿样进行单一磁力或离心力力场试验研究,并通过lstopt数值分析软件对试验结果进行分析,通过力场的叠加确定了复合力场与黑钨矿精矿回收率和品位的理论模型,使用理论模型对旋流多梯度磁选机处理该黑钨矿的结果进行了预测,预测结果表明：在低离心力场强下,通过调节旋流多梯度磁选机的背景场强和反向冲洗水,侧重于利用弱磁性物料的比磁化系数差异,能较大程度地提高精矿品位,对论文中的黑钨矿(WO3品位为0.4%左右)的矿样,一次分选可得到W03品位大于8%,WO3回收率大于70%的钨粗精矿；在高离心力场下,同时利用弱磁性物料的比磁化系数和密度差异,可较大程度的提高黑钨粗精矿中WO3的回收率,一次分选可得到W03回收率大于95%,WO3品位大于1%的钨粗精矿,旋流多梯度磁选机的分选性能明显优于常规高梯度磁选机或离心选矿机。图72幅,表15个,参考文献147篇。
【作者】卢东方；
【导师】胡岳华；王毓华；
【作者基本信息】中南大学，矿业工程，2013，博士
【关键词】旋流多梯度；磁选机；离心力；磁力；仿真；设计；

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