微细赤铁矿颗粒絮凝浮选过程三相流体特征的基础研究

In order to further improve selection index the fine-grained hematite particles, studies of the flocculation characteristics of fine-grained hematite particles in flocculation system,mineralization process of hematite flocculating constituent in flotation system and motion characteristics of mineraliztion flocculation body would be researched in this project.Numerical simulation study of the test data and results on the flotation process in three-phase mixed fluid would be done using computational fluid dynamics simulation software with fluid mechanics, dynamics similarity theory and computer simulation.The purpose of study is to explore the fine hematite pellet flocculation process, collisions and motion process of flocculation and bubble, to establish physical and mathematical models of the gas-liquid-solid multiphase system interaction, and reveal affection the flocculation system three-phase fluid characteristics on the flocculation process. Based on the influence of specific sorting space velocity distribution, ifferent phase fluid volume fraction on hematite particles directional flotation index,and three-phase turbulence intensity variation and separation behavior, the research will provide basic data for fine particle hematite ore efficient sorting new pathways and optimize the flotation theory, to guide the flotation engineering application of flocculation and flocculation- flotation of fine-grained hematite.

为进一步提高微细粒赤铁矿颗粒的选别指标，针对微细赤铁矿颗粒的表面性质，本项目研究在絮凝体系中微细赤铁矿颗粒的絮凝特征，以及在浮选体系中赤铁矿絮凝体的矿化过程和矿化絮凝体的运动特征。采用CFD数值模拟软件结合流体力学、动力学相似理论、计算机模拟仿真对试验数据和结果对三相混合流体中浮选过程进行数值模拟研究。探索微细粒赤铁矿颗粒的絮凝过程和絮凝体与气泡的碰撞和运动过程，建立其气-液-固多相体系相互作用的物理和数学模型，揭示絮凝体系中三相流体特征对絮凝过程的影响规律，基于特定分选空间内流场速度分布、不同相流体的体积分数对赤铁矿颗粒定向浮选指标影响、三相湍流强度变化与分选行为研究，为微细粒赤铁矿石高效分选新途径积累基础数据，完善浮选理论,用于指导微细粒赤铁矿絮凝以及絮凝-浮选的工艺的工程应用。

项目以微细赤铁矿絮凝过程为主线，将影响矿物絮凝效果的浮选化学及流体特征两大因素综合考虑，采用实验和数值模拟的手段开展微细矿物絮凝过程的流体特征规律研究。首先，在赤铁矿、石英纯矿物性质分析的基础上，获得了微细赤铁矿浮选的最佳粒度及其影响因素，揭示了外场力和颗粒表面性质差异对絮凝体形成及运动规律；其次，通过自行搭建的静力场颗粒-气泡观察系统，通过编写Otsu图像分割算法程序，实现了矿浆中气泡的形态特征参数提取，研究了不同影响因素下絮凝体-气泡碰撞、粘附概率，建立了相关数学模型，发现了浮选体系中气泡对微细矿物絮凝作用过程及影响规律；最后，采用Solidworks建模，ANSYS CFX数模模拟，在数值模拟单相条件下，搅拌区域流场分布特性的基础上，开展固-液、气-液两相体系的数值模拟工作；实验测定絮凝体系中的絮凝体颗粒稳定程度、浓度分布和临界搅拌转速，并确定合适的絮凝操作条件；在数值模拟气液两相条件下搅拌区域流场分布特性的基础上，开展多相浮选体系的三维全流场的数值模拟，在絮凝体系和絮凝体浮选体系全流场数值模拟基础上，与实验结果相结合，进一步发现了微细粒赤铁矿的絮凝规律及絮凝体矿化运动规律。项目的完成为微细粒矿物絮凝过程三相流体影响及形成机制奠定了坚实的工作基础。同时对于采用数值模拟研究固-液-气三相流体特征提供了重要启示。项目资助发表论文 26篇，其中被 SCI收录论文 1 篇，EI 收录论文3 篇，申请发明专利 7 项，其中申请国际专利1项，授权发明专利 3 项，参加学术会议11次并作报告5次，依托课题培养硕士研究生10名。经费支出合理，略有剩余资金将用于本项目后续研究及成果的支出，较好完成项目原计划目标预期指标。