基于多尺度混合建模方法的磨矿流程模拟研究

This project is based on multi-scale hybrid modeling method for simulation of grinding process. The micro scale simulation of mineral particle motion inside the mill using discrete element modeling method. The simulation results are used to modify parameters of macro scale continuum model. Numerical simulation tests of industrial mill under different equipment design conditions and equipment operating conditions by using macro scale continuous medium model will be fulfilled. Finally, the numerical simulation results are used to modify the mechanism model parameters of the mill, and a simulation model of grinding process will be established in the framework of the population balance method. The application of multiscale modeling procedure in the modeling of mineral processing flow will be proposed. The mathematical expression of the constitutive relation in the macro scale model will be established based on the micro scale model. The design and operation variables of the mill will be clearly listed, and the variation of the hold up and power of the mill will be studied by numerical experiments. The establishment of industrial scale grinding process model, will get the grinding process key nodes mineral change information by simulation, and give advices on equipment operation and process optimization to the plant operators. The research will lay a foundation for the whole process of modeling and Simulation of mineral processing.

本项目拟基于多尺度混合建模方法针对磨矿流程进行建模仿真研究。利用离散元建模方法进行磨机内部矿物颗粒运动微尺度模拟，将模拟结果用于修正宏尺度连续介质模型参数，并利用宏尺度连续介质模型进行工业磨机针对设备设计条件和操作条件的单变量数值模拟试验。最后，利用数值模拟试验结果修正磨机机理模型参数，在总体平衡框架下建立一个磨矿流程模拟模型，进行磨矿流程关键节点的矿物变化信息计算。拟通过项目研究建立多尺度建模方法在矿物加工流程建模中的应用示例。从微尺度模型提取宏尺度模型中本构关系的具体数学表达式。确立磨机设计及操作变量表，利用数值试验研究单变量条件下磨机混合填充率和功率变化规律。建立工业尺度磨矿流程模型，通过模拟计算得到磨矿流程关键节点矿物变化信息，为工厂操作人员对设备操作及流程优化提供指导建议，为矿物加工全流程建模仿真奠定研究基础。

为了建立精度更高的磨矿流程模型，扩大流程模拟模型在矿物加工工业应用范围及推进矿物加工流程数字化进程，本项目基于多尺度混合建模方法，针对磨矿分级流程进行了建模仿真研究。在充分调研国内外磨矿流程多尺度建模仿真技术文献，以及与澳大利亚CSIRO专家、AMIRA P9项目专家、东北大学及矿冶科技集团相关专家交流的基础上，对照任务书要求制定了项目实施方案。在项目研究进程中，利用离散元方法完成了磨机内部离散介质运动数值模型开发与验证；利用计算流体力学方法完成了磨机内部连续介质运动数值模型开发与验证；利用数值模拟模型完成了半自磨机内部物料分布数值试验，并利用工业流程考察结果完成了包含半自磨机、圆锥破碎机的磨矿流程（典型的SABC流程）工业尺度模拟模型的结构调整及参数修正工作。本项目还针对磨矿流程中的分级设备水力旋流器进行了计算流体力学模型开发及相关工况变化的数值试验，并在理论层面进行利用数值模拟结果进行旋流器流程模型参数修正的研究。最后，利用多尺度建模方法，针对磨矿分级工业流程建立了自主知识产权的流程模拟模型及软件平台，在江西铜业集团、山东黄金集团的选矿厂进行了模拟软件的工业应用与推广，取得了较好的应用效果。在研究过程中，项目组基本实践了从矿物颗粒运动微尺度模拟到修正宏尺度连续介质模型参数再到工业尺度磨矿流程模拟模型工业实践的技术路线，解决了磨矿流程多尺度建模过程中从微尺度模型提取宏尺度模型中本构关系具体数学表达的科学难题，并将新的精度更高的磨矿流程模型用于工业实践，基本实现了课题预期目标。以本项目研究内容为基础，项目组单独及合作发表期刊论文7篇（SCI收录5篇），国际会议论文2篇（EI收录2篇），申请发明专利2项，获得软件著作权2项，中国有色金属工业科学技术一等奖1项。