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郑州山川重工有限公司
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介绍自吸式浮选机的吸气量

自吸搅拌式浮选机是利用叶轮对矿浆的搅拌使矿物颗粒充分悬浮,并利用叶轮旋转时产生的负压吸入空气,在定子的切割作用下形成大量的微小气泡,使疏水性的有价矿物颗粒吸附在气泡上,随气泡上浮到液面形成精矿泡沫,从而达到分选的目的。可见,浮选时矿浆内微小气泡的数量及气泡的矿浆内分布的均匀性,会直接影响到浮选的效果。

矿浆内气泡的数量和分布的均匀性,实际上反映的是空气在矿浆内的分散能力。空气分散能力一般用充气量的大小来表示,也就是单位槽体横载面上的空气流量(m3/min.m2)。从充气量的定义可以看出,对于某一台浮选机来说,充气量的大小与浮选机的吸气流量是成正比的。影响吸气量的因素很多,叶轮转速、叶轮结构、定子结构、叶轮的浸没深度等,都会影响吸气量的大小。对于我们设计的自吸搅拌式浮选机来说,影响吸气量大小的最重要参数是叶轮转速和叶轮的浸没深度。所以了解和掌握叶轮转速、叶轮的浸没深度对浮选机吸气量的影响规律,对正确选择浮选机参数、提高浮选效果具有重要意义。因此,我们在0.06m3实验浮选机上进行了吸气量实验,来测定叶轮在不同转速和浸没深度的情况下浮选机的充气量大小,从而寻找这两个参数对吸气量的影响规律。

另外,由于充气量的测定一般在浮选机上进行,所以只有在浮选机制造出来以后才能进行测定。而在浮选机设计阶段,充气量的大小则无法确定。为了解决这一矛盾,我们用CFD流体动力学仿真这一新型的虚拟仿真技术,对浮选机的吸气量进行仿真研究,并将仿真结果与实验结果进行了对比分析,找出仿真吸气量与实际吸气量之间的关系,并提出浮选机设计时应用仿真分析结果的建议。

自吸搅拌式浮选机,虽然结构简单,但它的浮选过程却非常复杂。在浮选机中,包含液、固、气三相流的运动,导致吸气量计算非常困难。为了解决这一难题,我们采用了先进的CFD流体动力学软件,对实验浮选机的吸气量进行了仿真研究。

实验浮选机在工作时,槽体内部的流体为水和空气的混合物,但叶轮和主轴内部的空腔内流体却是空气,所以实验浮选机涉及到的是两相流问题。由于在我们采用的CFD软件中无法直接进行两相流的仿真,所以必须使两相流问题转变为单相流的问题,才能进行浮选机吸气量的仿真。

从浮选机的工作原理可以看出,浮选机之所以能够吸入空气,是因为叶轮转动时,叶轮中心产生了负压,在负压的作用下,空气从空心主轴吸入叶轮中心,并从叶轮排气孔进入流体中形成气泡。由此可见,浮选机的吸气过程可分解为两个子过程:叶轮的转动使叶轮中心产生负压和在负压的作用下,空气被吸入空气主轴。

在上面第一个子过程中,叶轮中心负压的形成与叶轮内部的流体种类无关,无论叶轮内部是水还是空气,只要叶轮转动,那么叶轮中心一定会形成负压,所以在进行第一个子过程的仿真时,可以忽略叶轮内部的空气,这样两相流的问题就变成了单相流的问题。

在第二个子过程中,空气从主轴外部被吸入空心主轴,是由叶轮中心的负压引起的。只要叶轮中心存在负压,那么叶轮外部不论是什么流体,空气都会从主轴外部流入叶轮内部。可见,在进行第二个子过程的仿真时,可以完全忽略叶轮外部的流体,这样两相流的问题也变成了单相流问题。

从上面的分析可以看出,只要把浮选机的吸气过程分解为两个子过程,就可以把两相流问题转变为单相流问题。通过对两个子过程分析进行仿真,便可解决浮选机的吸气量仿真难题。

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