浮選機(jī)流場模擬及其應(yīng)用

內(nèi)容概要

《浮選機(jī)流場模擬及其應(yīng)用》浮選機(jī)是實(shí)現(xiàn)浮選工藝和技術(shù)指標(biāo)的關(guān)鍵設(shè)備，浮選機(jī)的流體力學(xué)特性決定了設(shè)備整體性能和浮選指標(biāo)的好壞，并對(duì)浮選機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)具有指導(dǎo)作用。本書是國內(nèi)外第一部系統(tǒng)介紹充氣式浮選機(jī)計(jì)算流體力學(xué)的學(xué)術(shù)專著，內(nèi)容包括浮選機(jī)流體力學(xué)模擬模型、策略和流場分布特性、浮選機(jī)的放大理論以及大浮選機(jī)的流場分布和工業(yè)應(yīng)用情況等，為充氣式浮選機(jī)開發(fā)、設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供了理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

作者簡介

沈政昌  博士，1960年6月出生，江蘇省常熟市人?，F(xiàn)為北京礦冶研究總院研究員、中央聯(lián)系專家。沈政昌一直從事礦物加工設(shè)備研究及工程轉(zhuǎn)化，是當(dāng)今我國浮選設(shè)備研究的學(xué)術(shù)帶頭人，對(duì)于我國浮選設(shè)備大型化、創(chuàng)建和完善新的浮選裝備體系、帶動(dòng)浮選工藝變革、拓展浮選應(yīng)用領(lǐng)域等起到了關(guān)鍵作用，獲3項(xiàng)國家發(fā)明獎(jiǎng)和2項(xiàng)國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)，并獲中國有色金屬工業(yè)科學(xué)技術(shù)突出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)、國務(wù)院政府特殊津貼等。

陳建華  教授，博士生導(dǎo)師，1971年1月出生，四川西昌人。1999年畢業(yè)于中南大學(xué)礦物工程系，獲得博士學(xué)位，現(xiàn)任廣西大學(xué)資源與冶金學(xué)院副院長。主要從事浮選工藝與理論、浮選機(jī)流體力學(xué)計(jì)算模擬以及復(fù)雜難選礦產(chǎn)資源新藥劑、新設(shè)備及新工藝研究。采用固體物理和晶體化學(xué)理論研究了礦物浮選的機(jī)理，從固體物理方面闡述了浮選的微觀機(jī)制，提出了硫化礦浮選半導(dǎo)體能帶理論和硫化礦浮選晶格缺陷理論。在國內(nèi)外發(fā)表學(xué)術(shù)論文150多篇，被SCI、EI收錄50多篇，出版學(xué)術(shù)專著5部，獲省部級(jí)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)4項(xiàng)，國家發(fā)明專利20項(xiàng)。

書籍目錄

前言
第1章  浮選機(jī)發(fā)展歷史及發(fā)展趨勢
  1．1  浮選機(jī)發(fā)展歷史簡述
    1．1．1  古代浮選
    1．1．2  近代浮選
  1．2  1960年前的浮選機(jī)發(fā)展?fàn)顩r
    1．2．1  Minerals Separation浮選機(jī)
    1. 2．2  Callow浮選機(jī)
    1．2．3  Fahrenwald Denver浮選機(jī)
    1．2．4  Fagergren Wernco浮選機(jī)
    1．2．5  Galigher Agitair浮選機(jī)
    1．2． 6米哈諾布爾浮選機(jī)
  1．3  1960年后的浮選機(jī)發(fā)展?fàn)顩r
    1．3. 1  Denver公司浮選機(jī)
    1. 3．2  Metso公司浮選機(jī)
    1．3．3  Wetnc0公司浮選機(jī)
    1. 3．4  Outokumpu公司浮選機(jī)
    1．3．5  北京礦冶研究總院浮選機(jī)
    1．3．6  煤炭科學(xué)研究總院浮選機(jī)
    1．3．7  其他浮選機(jī)
  1．4  浮選機(jī)的放大
  1．5  浮選設(shè)備發(fā)展趨勢
    參考文獻(xiàn)
第2章  計(jì)算流體力學(xué)理論
第3章  浮選機(jī)內(nèi)部流場模擬策略
第4章  浮選機(jī)氣液兩相流場特性
第5章  浮選機(jī)三相流場的數(shù)值模擬
第6章  浮選機(jī)大型化理論
第7章  大型浮選機(jī)的數(shù)值模擬及工業(yè)化應(yīng)用
第8章  超大型浮選機(jī)的數(shù)值模擬及應(yīng)用

章節(jié)摘錄

　　第1章 浮選機(jī)發(fā)展歷史及發(fā)展趨勢　　浮選是一種根據(jù)礦物顆粒表面物理化學(xué)性質(zhì)的不同，從礦石中分離有用礦物的選礦方法。早在我國古代浮選法就已經(jīng)被用于醫(yī)藥和冶金等行業(yè)。浮選作為一種選礦方法被明確提出是在19世紀(jì)末，從1904年浮選設(shè)備在澳大利亞首次獲得工業(yè)應(yīng)用［1］至今100多年來，浮選設(shè)備逐步形成多樣化、系列化、大型化和自動(dòng)化，目前已廣泛應(yīng)用于冶金、造紙、農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥、微生物、環(huán)保等行業(yè)?！　?.1浮選機(jī)發(fā)展歷史簡述　　1.1.1古代浮選早在我國明朝年間，浮選就被應(yīng)用于醫(yī)藥和冶金行業(yè)。在醫(yī)藥方面，利用礦物表面的天然疏水性來凈化朱砂、滑石等礦質(zhì)藥物，使礦物細(xì)粉飄浮于水面，而與下沉的脈石分開。例如，明朝李時(shí)珍《本草綱目》等古代醫(yī)藥著作中記載的：代赭石和云母等(即赤鐵礦)的加工過程為“凡使研細(xì)，以蠟水重重飛過，水面上有赤色如薄云者去之”；又如雄黃的加工，“雄黃以甘草、紫背天葵、地膽、碧棱花等細(xì)削入坩堝中煮三伏時(shí)，濾出，搗如粉，水飛澄去黑者，曬干再研用”；再如云母的加工過程，“每一斤用小地膽草、紫背天葵、生甘草、地黃汁各一鎰，于瓷堝中安置，下天池水二鎰煮七日夜，以水猛投其中攪之。浮如蝸涎者即去之,如此三度淘盡”［2］。冶金方面，在金銀淘洗加工過程中，利用金粉的天然疏水性及親油性，將鵝毛粘上油去刮取浮在水面的金粉，使其與塵土等親水性的雜質(zhì)分離。據(jù)《天工開物》一書記載的一種回收金銀的過程為：“凡金箔黏物，他日敝棄之時(shí)，刮削火化，其金仍藏灰內(nèi)，滴清油數(shù)點(diǎn)，伴落聚底，淘洗入爐，毫厘無差”［2］。在古希臘和歐洲也有用油和瀝青收集礦物的證據(jù)：18世紀(jì)人們已知道氣體黏附固體粒子上升至水面的現(xiàn)象；19世紀(jì)時(shí)人們就曾用氣化（煮沸礦漿）或加酸與碳酸鹽礦物反應(yīng)產(chǎn)生的氣泡浮選石墨。直到19世紀(jì)中期，世界上仍然沒有專門的浮選設(shè)備?！　?.1.2近代浮選　　19世紀(jì)末期，由于對(duì)金屬的需求量不斷增加，能用重選處理的粗粒鉛、鋅、銅硫化礦的資源逐漸減少，為了選別細(xì)粒礦石，浮選作為一種選礦方法被明確提出。1903年埃爾默提出混合油浮選法，該法被認(rèn)為是現(xiàn)代浮選的起點(diǎn)。隨后，浮選工藝取得了快速的發(fā)展，浮選設(shè)備的研制工作也緊鑼密鼓地展開。1909年Goover制造了用于泡沫浮選的第一臺(tái)多槽葉輪攪拌裝置。1913年Callow發(fā)明了充氣式浮選機(jī)，Towne和Flinn發(fā)明了充氣式浮選柱。1914年Callow獲得從槽體多孔假底噴入空氣的浮選設(shè)備專利。1915年Durrel制造出噴射式浮選機(jī)的樣機(jī)\[3\]。20世紀(jì)20年代，為了滿足當(dāng)時(shí)蓬勃發(fā)展的電力行業(yè)用銅的需求，國外制造商開發(fā)出各類型機(jī)械攪拌式浮選機(jī)和充氣式機(jī)械攪拌浮選機(jī)。從1930年開始，隨著市場對(duì)銅金屬的需求一落千丈，新型浮選機(jī)研制一度停滯。到1945年第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束時(shí)，雖然充氣式浮選機(jī)還在使用，但機(jī)械攪拌式浮選機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)時(shí)運(yùn)用最廣泛的浮選機(jī)類型。當(dāng)時(shí)，一個(gè)大型選礦廠要采用數(shù)百臺(tái)的2m3左右的浮選槽，建設(shè)、管理和運(yùn)行成本很高，如1942年時(shí)美國的莫倫西選礦廠是當(dāng)時(shí)最大的選礦廠，處理能力為408萬t/d，該廠采用單槽容積為17m3的Fagergren浮選機(jī)數(shù)目竟多達(dá)432臺(tái)?！　≈钡?960年，銅金屬的價(jià)格才再次攀升，經(jīng)濟(jì)蕭條和戰(zhàn)爭帶來的陰影漸漸散去，浮選設(shè)備開始朝著大型化的方向發(fā)展，幾年后，第一臺(tái)大型機(jī)械攪拌式浮選機(jī)在布干維爾（Bougainville）島的成功運(yùn)用，宣告了浮選機(jī)大型化的開始。20世紀(jì)70年代以來，除了機(jī)械攪拌式浮選機(jī)外，充氣式浮選機(jī)和浮選柱等設(shè)備也在結(jié)構(gòu)、材料上不斷創(chuàng)新，逐漸被市場所認(rèn)可，獲得大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用?！　∥覈诟∵x設(shè)備研究方面起步較晚，直到20世紀(jì)50年代中期，才開始仿造蘇聯(lián)米哈諾布爾型浮選機(jī)。受當(dāng)時(shí)工業(yè)條件所限，我國到20世紀(jì)70年代才開始自主研發(fā)浮選機(jī)，并在80年代初成功研發(fā)了JJF型機(jī)械攪拌式浮選機(jī)，隨后相繼研發(fā)了充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī)、粗顆粒浮選機(jī)、閃速浮選機(jī)等數(shù)十種浮選機(jī)，可滿足不同選礦廠的生產(chǎn)要求?！　?980年以來，隨著世界經(jīng)濟(jì)及國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)迅速增長，浮選理論研究和浮選設(shè)備技術(shù)的不斷進(jìn)步，以及近年來礦石性質(zhì)的不斷惡化，國內(nèi)外浮選設(shè)備在大型化、多樣化和自動(dòng)化等研究方面取得顯著的進(jìn)步?！　。?）大型化。20世紀(jì)60年代，第一臺(tái)大型機(jī)械攪拌式浮選機(jī)在布干維爾島的成功運(yùn)用，到20世紀(jì)90年代浮選機(jī)單槽容積從16m3提高到160m3，增大了9倍；比20世紀(jì)30年代浮選機(jī)單槽容積增大了100倍。目前最大浮選機(jī)單槽容積已達(dá)到350m3?！　。?）多樣化。根據(jù)不同的工藝要求，開發(fā)了多樣化的浮選設(shè)備，既能滿足金屬礦物的選別，也能滿足非金屬礦物的選別及污水處理等；既有適用粗選、掃選、精選等各作業(yè)的浮選機(jī)，也有可用于磨礦回路中的閃速浮選機(jī)；既能選別常規(guī)粒級(jí)礦物，又能滿足選別粗粒級(jí)礦物的要求?！　。?）自動(dòng)化。隨著浮選機(jī)容積的增大和自動(dòng)控制技術(shù)不斷革新，為了滿足選礦生產(chǎn)過程中安全性、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效益、環(huán)境保護(hù)等要求，浮選過程自動(dòng)控制程度越來越高?！　「鶕?jù)浮選設(shè)備的發(fā)展歷史，本章以1960年浮選機(jī)再度繁榮為界，分兩個(gè)階段來敘述國內(nèi)外浮選機(jī)的特點(diǎn)。　　1.2 1960年前的浮選機(jī)發(fā)展?fàn)顩r　　從1903年現(xiàn)代浮選概念的提出到1960年，浮選工藝發(fā)展突飛猛進(jìn)，浮選設(shè)備也隨之迅速發(fā)展，各種類型的浮選設(shè)備不斷涌現(xiàn)，但由于當(dāng)時(shí)對(duì)浮選工藝和浮選設(shè)備的認(rèn)識(shí)還不夠深入，很多浮選設(shè)備很快被市場淘汰。該時(shí)期的浮選設(shè)備多為小型機(jī)械攪拌式浮選機(jī)和充氣式浮選機(jī)，當(dāng)時(shí)使用最廣泛的浮選機(jī)是Minerals Separation浮選機(jī)、Callow浮選機(jī)、Fahrenwald Denver浮選機(jī)、Fagergren Wemco浮選機(jī)、Galigher Agitair浮選機(jī)和米哈諾布爾浮選機(jī)等?！　?.2.1Minerals Separation浮選機(jī)　　Minerals Separation公司是最早的浮選設(shè)備制造商，在1910年時(shí)該公司已成為浮選行業(yè)的技術(shù)引領(lǐng)者。Minerals Separation公司生產(chǎn)了三種浮選機(jī)\[4\]，分別是：1913年由Hebbard提出專利申請(qǐng)的第一代浮選機(jī)，如圖1.1所示；1926年由Wilkinson和Littleford提出專利申請(qǐng)的SubA型浮選機(jī)，如圖1-2所示，該浮選機(jī)槽體的設(shè)計(jì)成為此后浮選機(jī)槽體的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；由Taggart發(fā)明的Countercurrent　　圖1-1Minerals Separation公司標(biāo)準(zhǔn)式浮選機(jī)　　圖1-2Minerals Separation Sub　　A浮選機(jī)浮選機(jī)，如圖1-3所示，該浮選機(jī)設(shè)計(jì)與Denver浮選機(jī)大致類似，不同之處在于泡沫槽之間由上部敞口的擋板間隔開，使礦漿在該處易于實(shí)現(xiàn)對(duì)流,順流礦漿通過假底上的豁口實(shí)現(xiàn)循環(huán)。該機(jī)的設(shè)計(jì)理論為葉輪的抽吸能力比給礦速度要大得多，這樣就保證了至少有一部分過剩的葉輪抽吸能力有效地用做使礦漿實(shí)現(xiàn)對(duì)流的動(dòng)力。Minerals Separation浮選機(jī)直到20世紀(jì)60年代依然應(yīng)用于各大選廠，如1963年在Bancroft Mines’ Konkola選礦廠用于除硫\[5\]，1966年在愛達(dá)荷州的Silver Summit選礦廠用于精選\[6\]，這足以證明該型號(hào)浮選機(jī)在當(dāng)時(shí)的優(yōu)越性?！　D1-3Minerals Separation對(duì)流式浮選機(jī)　　1.2.2 Callow浮選機(jī)　　圖1-4Callow充氣式浮選機(jī)Callow浮選機(jī)是由John Callow發(fā)明的一種充氣式浮選機(jī)。1914年第一臺(tái)Callow浮選機(jī)成功地在Morning選廠投入使用，并于1915年獲得專利，其原型如圖1-4所示［7-8］。該槽體底部有一個(gè)多孔分配器，通過該裝置產(chǎn)生壓力空氣。多孔分配器的材質(zhì)不受限制，可以是多孔的磚，甚至可以是椰殼纖維席紋布。給礦速度必須大小適中，使得固體顆粒在槽體中保持懸浮狀態(tài)。該浮選機(jī)的缺點(diǎn)在于底部多孔分配器容易堵塞，導(dǎo)致Callow浮選機(jī)的操作和維護(hù)十分復(fù)雜。有趣的是，專利中描述了一個(gè)有錐閥的尾礦箱和一個(gè)液位控制機(jī)構(gòu)，這與現(xiàn)代浮選機(jī)的特點(diǎn)驚人的一致?！　?.2.3Fahrenwald Denver浮選機(jī)　　Denver設(shè)備有限公司于1927年成立，該公司生產(chǎn)的第一臺(tái)浮選機(jī)是Sub A浮選機(jī)。該設(shè)備是基于1922年Arthur W Fahrenwald的專利而設(shè)計(jì)\[9\]，因此早期Denver浮選機(jī)又被稱為Fahrenwald Denver浮選機(jī)，之后又經(jīng)過若干次改進(jìn)［10，11］。Denver Sub A浮選機(jī)結(jié)構(gòu)原理如圖1-5所示，其特點(diǎn)在于：①隨著葉輪的旋轉(zhuǎn)，空氣通過套在葉輪軸上的立管被吸收入葉輪中，與礦漿混合后，經(jīng)四葉定子穩(wěn)流；②通過在空心主軸上打孔來實(shí)現(xiàn)更大的循環(huán)量；③通過隔板將泡沫區(qū)與空氣和礦漿的混合區(qū)分隔開來。該機(jī)設(shè)計(jì)配備有三種不同型式的葉輪：圓錐盤形葉輪、退縮盤形葉輪和多翼盤形葉輪，分別適用于處理粗粒高濃度礦漿、粗精掃選作業(yè)和粗掃選作業(yè)。　　圖1-5Fahrenwald Denver浮選機(jī)　　1.2.4 Fagergren Wemco浮選機(jī)　　于1920年發(fā)明的Fagergren Wemco浮選機(jī)是一種自吸氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī)，當(dāng)時(shí)該浮選機(jī)的攪拌機(jī)構(gòu)是橫向的，其結(jié)構(gòu)如圖1-6所示，該機(jī)采用一個(gè)轉(zhuǎn)速達(dá)200r/min的橫向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，通過攪拌機(jī)構(gòu)上葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)供氣管道將空氣吸入主軸機(jī)構(gòu)的內(nèi)部，并迫使它通過橫隔板之間的空間，同時(shí)礦漿進(jìn)入進(jìn)料管，與空氣在主軸機(jī)構(gòu)內(nèi)部空腔相混合，然后礦化泡沫上浮到槽面并溢流到泡沫槽中［12］?！　D1-61920年Fagergren Wemco浮選機(jī)　　1934年，該機(jī)的攪拌結(jié)構(gòu)改為豎直放置，其結(jié)構(gòu)如圖1-7所示，采用金屬制葉輪和定子，葉輪上下兩端有環(huán)形圓盤，兩盤之間的邊緣裝有垂直的圓棒或圓管，其粗細(xì)對(duì)浮選機(jī)的性能影響較大；定子周圍也圍以圓棒或圓管；葉輪上圓盤葉片的彎曲方向保證了葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)吸入空氣，而下圓盤葉片能將礦漿由槽底中心孔吸入葉輪?？諝馀c礦漿在葉輪中混合后，經(jīng)定子圓棒間隙穩(wěn)流后向外噴散，使礦化氣泡分散到槽體中。該設(shè)計(jì)也被稱為“鼠籠式”［13］?！　D1-71934年Fagergren Wemco浮選機(jī)　　Fagergren Wemco浮選機(jī)的特點(diǎn)在于：①由于定子和葉輪的特殊設(shè)計(jì)，氣泡礦化率高，礦漿循環(huán)量大，提高了浮選機(jī)的浮選效率。相對(duì)于其他等容積的浮選機(jī)，該浮選機(jī)浮選速度高、處理量更大。②該浮選機(jī)的高浮選性能使得處理每噸礦石的能源消耗量更低，同時(shí)浮選機(jī)的泡沫槽較淺也使得生產(chǎn)耗能更低。③運(yùn)行和維修費(fèi)用更少。鑒于其高浮選性能和低能源消耗，該浮選機(jī)的運(yùn)行和維修費(fèi)用很低，同時(shí)該浮選機(jī)上所有的易磨損件都包覆有高質(zhì)量的防磨損橡膠，這使得部件的壽命更長。④結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，突出優(yōu)點(diǎn)是其主軸部件可整體吊出。而該機(jī)的主要缺點(diǎn)在于需要嚴(yán)格操作以維持槽體中液面穩(wěn)定，因?yàn)橐坏┑V漿液面增高100mm，充氣量就降低2/3，從而影響生產(chǎn)。　　1.2.5 Galigher Agitair浮選機(jī)　　Galigher Agitair浮選機(jī)是Lionel Booth發(fā)明的一種充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī)，第一代Galigher Agitair浮選機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1-8所示。該機(jī)從槽體底部進(jìn)氣，進(jìn)氣管容易堵塞，操作不便［14］。20世紀(jì)40年代初進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，在葉輪機(jī)構(gòu)上部添加了一根空心軸，并改成從浮選機(jī)上部進(jìn)氣。與當(dāng)時(shí)其他類型浮選機(jī)相比，該浮選機(jī)每個(gè)槽體單獨(dú)進(jìn)氣、單獨(dú)溢出泡沫、槽與槽間相互影響小，從而能夠適應(yīng)各種不同的礦石、石灰含量大的礦物顆?；蛘唣ば缘V漿的浮選要求，回收率更高，電耗更少?！　　?/pre>




編輯推薦
沈政昌、陳建華編著的《浮選機(jī)流場模擬及其應(yīng)用》共分為8章，第1章介紹近百年來浮選機(jī)的發(fā)展歷史及今后的發(fā)展趨勢；第2章簡單介紹流體力學(xué)計(jì)算模擬所涉及的基本理論；第3章重點(diǎn)介紹浮選機(jī)模擬的模型和策略；第4章和第5章系統(tǒng)介紹浮選機(jī)內(nèi)部流場分布的基本規(guī)律，建立了浮選機(jī)流場靜態(tài)模型；第6章介紹浮選機(jī)放大理論；第7章詳細(xì)介紹單槽容積為200m3的大型浮選機(jī)流場特性和生產(chǎn)應(yīng)用情況，為計(jì)算流體力學(xué)模擬和大型浮選設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了很好的借鑒；第8章介紹目前世界上最大的浮選機(jī)，即單槽容積為320m3的浮選機(jī)流場特性和工業(yè)試驗(yàn)情況，為研究開發(fā)更大型浮選機(jī)提供了理論依據(jù)和參考。





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