2026第三届中国微细粒矿物选矿技术大会：射流搅拌柱式一体化浮选装置的参数优化

安薇理工大學ANHUIUNIVERSITYOFSCIENCE&TECHNO射流搅拌柱式一体化浮选装置的参数优化团结奋进博学奉献团结奋进博学奉献AUST二.射流搅拌柱式一体化浮选装置内流场特征模拟三.射流搅拌柱式一体化浮选装置动力学分区及流场调控研究背景及意义安薇理工大學ANHUTUNIVERSrTYoFSCENCE&TECHNOLOGY“能源的饭碗必须端在自己手里”“富煤贫油少气是我国的国情，以煤为主的能源结构短期内难以根本改变”●煤炭在未来较长一段时期内仍是我国的主体能源●选煤是煤炭清洁高效利用的源头技术能源安全是国家安全的基石，立足国情、控制总量、兜住底线，支持煤炭清洁利用，加快成熟技术运用。AnhuiUniversityOfScience&Technology1研究背景及意义安薇理工大學CGF型宽粒级机械搅拌式浮选机搅拌能力强：可以使矿浆中的矿物颗粒充分混合。适应性强：可以适应分选多金属矿物的复杂流程。技术成熟：发展历史悠久，设备质量和性能较稳定。喷射式浮选机结构简单：无运动部件，占地面积小。操作简单：故障率低，维护成本低。充气量大：易于调节，对粗颗粒浮选有一定的优势。浮选柱结构简单：无运动部件，占地面积适应细煤泥分选：二次富集作用强。能耗低：功率较小，浮选柱内矿浆与药剂充分混合。AnhuiUniversityOfScience&Technology1研究背景及意义安薇理工大學ANHUTUNIVERSrTYoWSCIENCE&TECHNOLOGY搅拌柱式浮选方法对煤泥的深度提质，提高精煤产率，为新型浮选装置的研发提供依据。射流喷嘴：通过高速射流的矿浆喷嘴处产生负压，将气体压入浮选装置。叶轮：矿浆冲击驱动叶轮，带动叶轮旋转从而实现对矿浆的剪切和对颗粒的分散。槽体：槽体设计成圆柱型减少矿物堆积以及提高药剂利用率。2装置内流场特征模拟安薇理工大學ANHUTUNIVERSrTYoFSCENCE&TECHNOLOGY模拟模型模型A网格无关性验证模型模型A网格无关性验证-2装置内流场特征模拟ANHUTUNIVERSrTYoFSCHENCE&TE流场速度分析Z=5mmZ=35mmZ=70mm在相同高度，装有扰流板的柱体内，两个挡板之间存在一个低速区域V(m/s)0.90.80.60.40.30.20模型A模型B模型AK模型B模型A1.标准柱体内流速特征为：同一横截面中，靠近中心区域的流速较低，靠近柱体壁面附件流速较高。2.装有扰流板的柱体内流速分布特征：相邻挡板之间的区域展现出一致的速度分布特征，挡板的迎流面流速较高，而背流面的流速较低。3.总体上看，柱体内流速叶轮处最大，流速随着高度的增大逐渐降低；模型A内流速要大于模型B中流速。AnhuiUniversityOfScience&Technology2装置内流场特征模拟颗粒与气泡运动轨迹(m/s)0.650.450.4标准圆柱形槽体带挡板的圆柱形槽体气泡的分布与运动轨迹(m/s)0.450.350.20.50.10.05标准圆柱形槽体带挡板的圆柱形槽体颗粒的分布与运动轨迹(m/s)0.750.70.650.60.55(m/s)0.750.70.650.60.550.50.450.4标准圆柱形槽体带挡板的圆柱形槽体标准圆柱形槽体带挡板的圆柱形槽体标准圆柱形槽体结构并不适宜于含有搅拌机构的柱式浮选装置。在此结构中，密度较大的固体颗粒倾向于在内部进行贴壁运动，而密度较低的气泡则趋于向中心区域聚集。叶轮外区域的高流速不利于矿化气泡的向上运输及泡沫层的稳定。为了改善内部流场特性、降低整体流速、以及使得内部颗粒和气泡分布更加均匀，通过在标准圆柱槽体中加设扰流板可以显著改善其内部流场特征，使其更加适用于浮选装置。AnhuiUniversityOfScience&Technology射流搅拌柱式一体化浮选装置动力学分区及流场调控AnhuiUniversityOfScience&Technology3.1装置的功能分区在对带有搅拌功能的浮选装置进行深入研究的基础上，从浮选动力学的角度对浮选柱体的结构进行了功能分区，从下到上将其分为尾矿区、扩散区、碰撞区、运输区和泡沫区五个关键功能区域。泡沫区：泡沫层所在区域泡沫区：泡沫层所在区域运输区：矿化气泡携带颗粒上升区域运输区：矿化气泡携带颗粒上升区域碰撞区：颗粒与气泡碰撞区域碰撞区：颗粒与气泡碰撞区域扩散区：矿浆进入柱体并分散扩散区：矿浆进入柱体并分散尾矿区：浮选尾矿的收集，循环矿浆尾矿区：浮选尾矿的收集，循环矿浆泡沫区运输区碰撞区扩散区尾矿区80(mm)0(mm)-8(mm)3.2碰撞区与运输区的流场调控安薇理工大學碰撞区运输区碰撞区运输区碰撞区运输区碰撞区运输区0.070.060.050.0-0.030.020.010.00Heightofsection(mm)Heightofsection(mm)结论：扰流板的结构为下宽上窄、下窄上宽或者采用仅下方布置扰流板均能实现在有效提高碰撞区湍流强度的同时不影响运输区的湍流强度。此三种方法使用于对带有搅拌功能的柱式浮选装置内流场进行调控，其中扰流板结构为上宽下窄的效果最好。在柱体内仅上方布置挡板也能提高碰撞区的湍流强度，但同时也会增大运输区的湍流强度，对运输区影响较大，不利于浮选工作的进行。对于柱式搅拌装置，可在装置上方布置挡板以提高上方的湍流强度，使物料混合更为均匀，进一步提高搅拌效果。AnhuiUniversityOfScience&Technology挡板结构长*宽(mm)1-2-上方布置3-下方布置4上宽下窄90*10+90*55上窄下宽90*5+90*10mm0.00900.0075-0.080-0.005-0.0030AnhuiUniversityOfScience&Technology3.3装置内流场湍流强度的纵向调控安薇理工大學0.0120.0120.010-0.0080.0060.0040.002-0.000LHeightofsection(mm)0.080.080.070.060.050.040.030.020.010.000Heightofsection(mm)结论：可以通过仅在上方布置扰流板的方式实现柱体内流场湍流强度的增强，并且扰流板的长度越小，增强效果越强。但当扰流板长度大于或等于120mm时，会降低碰撞区的湍流强度。3.4装置内流场湍流强度的横向调控XZ平面的湍流动能分布YZ平面的湍流动能分布83结论：通过在柱体内布置宽窄两种挡板并改变两者的比例，可以使湍流区域中心发生偏移。移动的趋势是靠近短挡板处的。从湍流强度出发，随着宽挡板数量的增加，整体的湍流强度会逐渐减小。组号bCd数量013AnhuiUniversityOfScience&Technology3.5流场调节加快颗粒分散的模拟探究安薇理工大學ANHUTUNIVERSrTYoFSCENCE&TECHNOLOGY结论：通过改变挡板的宽度及其比例使湍流区域中心向侧面入料口处移动，可以加快入料颗粒的分散。同时，由于湍流区域的移动，也会导致了大量颗粒向特定区域集中。3.6流场调节促进药剂扩散的模拟探究时安薇理工大學结论：通过改变宽窄两种挡板的比例使柱体内湍流中心向药剂添加口处移动，加快了药剂在装置内的扩散速率。4.1试验装置的搭建安薇理工大學LiftingguideJetnozzle1.渣浆泵：型号为THMPR-40,口径40mm,流量200L/min,转速1400LiftingguideJetnozzle2.变频电机：型号为QW80B2007301000,功率1kw,电压220V,3.压力表：型号为FST-YS60ZT,量程0-2MPa,精度0.5%/4.玻璃转子流量计：型号为LZB-3WB,量程60-600ml/min。5.液体流量计：型号为快拆一体式外卡套超声波流量计，管道口径6.喷嘴：喷嘴直径10mm,喷嘴收敛角15°,喉管扩散角10°,引7.槽体：槽体形状为圆柱体，底部直径215mm,槽体高度408mm。8.驱动叶轮：叶轮类型为6味片弧形叶轮，叶片高度40mm.叶片宽9.搅拌叶轮：叶轮类型为8叶片圆盘式叶轮，叶片高度27mm,叶AnhuiUniversityOfScience&Technology4.2装置清水试验20装置喷嘴处，柱体，管路等均无漏水现象，地面无水渍，装置具有较好的密闭性液面在不同时刻均保持良好的稳液面在不同时刻均保持良好的稳定性，全程无翻滚浪花，装置运行时具有良好的液面稳定性4.3装置充气量检测为了检测装置的充气性能，在流量为1.42m³/h,转速为240r/min的条件下，使用量筒倒置排液法测量了清水条件下装置柱体内不同点的单位充气量。将量筒倒置且垂测量点以柱体中心轴对称分布，记录在每个测量点量筒排出250cm³液体所需时间，每个测量点重复测定3次。★安薇理工大學ANHUTUNIVERSrTYoFSCENCE&TECHNOLOGY计算出三次试验浮选槽内平均单位充气量分别为0.38,0.37,0.36(m³/m²*min)取三次试验的平均值为0.37(m³/m²*min)。根据MT/T652-1997《煤用浮选机清水性能试验方法与判断规则》,浮选槽内单位充气量大于或等于0.8(m³/m²*min)时为合格，装置的充气能力未达到相关标准计算出三组试验的充气均匀系数分别为：96.15%,95.30%,96.83%。故装置的充气均匀系数为三者的平均值96.09%。根据MT/T652-1997《煤用浮选机清水性能试验方法与判断规则》,浮选槽内充气均匀系数大于等于70%时为合格，装置具有十分良好的气体均匀扩散性能。AnhuiUniversityOfScience&Technology4.4颗粒悬浮效果试验SamplingSamplingplane4Samplingplane3Samplingplane1取样平面与取样点示意图浮选柱体内颗粒分布均匀，无搅拌死区，无颗粒堆积现象。柱体中轴线附近和壁面附近颗粒分布较密集，两者之间的中间区域颗粒分布较稀疏。自搭建的射流搅拌协同的柱式浮选装置的整机颗粒悬浮性能良好。安薇理工大學ANHUTUNIVERSrTYoFSCENCE&TECHNOLOGYSamplingpointSamplingpointSamplingSamplingpointSamplingpoint不同取样点的固液比AnhuiUniversityOfScience&Technology4.5浮选条件标定试验试验样品来自皖北煤电集团朱集西选煤厂，采用样品缩分法对样品进行缩分混合，得到的煤样作为本研究的试验煤样。安薇理工大學ANHUTUNIVERSrTYoFSCENCE&TECHNOLOGY2.第4组试验条件下的浮选指标最佳，按照30:1.5的比例将第4组中的药剂用量进行放大，即后续的装置浮选试验均在矿浆浓度2.第4组试验条件下的浮选指标最佳，按照30:1.5的比例将第4组中的药剂用量进行放大，即后续的装置浮选试验均在矿浆浓度为100g/L,捕收剂正十二烷的用量为3.2ml,起泡剂甲基异丁基甲醇用量为0.38ml的条件下进行。&矿浆浓度(g/L)捕收剂用量(g/t)起泡剂用量(g/t)煤用量(g)烷用量(ml)基甲醇用量精煤产率(%)精煤灰分(%)尾煤灰分(%)18000.1280.01245.4454.7820.1600.01547.8754.6930.1920.01848.0753.7348000.1600.01958.0366.3950.2000.02257.6665.2360.2400.01552.9560.4978000.1920.02762.9968.3680.2400.01853.1490.2880.02262.5670.45AnhuiUniversityOfScienceTechnology4.6浮选试验2搅拌速度(r/s)不同流量条件下精煤产率与叶轮转速的关系流量(m³/h)不同叶轮速度条件下精煤产率与流量的关系安薇理工大學ANHUTUNIVERSrTYoFSCENCE&TECHNOLOGY1.在矿浆流量为0.90,1.16,1.42m3h时，不同转速条件下的精煤产率随着矿浆流量的增大而增大。当矿浆流量达到1.71m3/h时，各转速条件下的精煤产率开始降低。2.射流与搅拌协同式浮选装置的精煤产率并不随着矿浆流量的增大而增大，在一定范围内，流量的增大有利于提高精煤产率，当矿浆流量过大时，煤泥颗粒在柱体内停留时间较短，精煤产率反而降低。3.在低转速条件下，矿浆流量变化对精煤产率的影响较大。随着叶轮转速的增大，流量的变化对精煤产率的影响逐渐减小。4.在转速为4r/s,矿浆流量为1.42m3/h时，射流与搅拌协同的柱式浮选装置的精煤产率最高。AnhuiUniversityOfScience&Technology浮选试验安薇理工大學ANHUTUNIVERSrTYoWSCIENCE&TECHNOLOGY精煤灰分转速(r/s)\流量(m³h)0.902345 可燃体回收率转速(r/s)\流量(m³/h)0.9027.13%38.44%5836%41.39%325.05%31.12%71.14%61.11%4532.22%9.08%4734%74.65%69.83%75.01%64.42%72.02%72.0