浓密机新型给料井的设计及其试验研究.pdf

2 0 1 7 年第5 期有色金属 选矿部分 6 9 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s I I ．1 6 7 1 母1 9 2 ．2 0 1 7 ．0 5 ．0 1 6 浓密机新型给料井的设计及其试验研究 甘 恒1 ，李世凯2 ，韩登峰2 ，陈建华1 ，陈东2 1 ．广西大学资源与冶金学院，南宁5 3 0 0 0 4 ；2 ．北京矿冶研究总院，北京1 0 0 1 6 0 摘要对浓密机的给料井进行了新的改造，给出了新的结构模型参数，对新型给料井进行了试验研究。结果表明，该新 型给料井相对于常规给料井可明显降低料浆流速，减少矿浆流的周向运动，减少短路流的存在，有效地改善固相的沉积分散 状况，对矿浆进行周向释能，增加矿物颗粒在给料井内的停留时间，最后使矿浆均匀稳定排出。 关键词浓密机；新型给料井；矿浆扰动；固相分散性； 中图分类号T D 4 6 2 ．5文献标志码A文章编号1 6 7 1 ．9 4 9 2 2 0 1 7 0 5 册6 9 _ 0 5 D 蛹驴锄dE x p e r i 眦n t a lS t u d yo fa 眦wF ∞d i n gW e nf o rT h i c k e 眦r G A NH e n g ，HS } ‰} ，H A ND e n 出n 菅，C H E NJ j n n h l | n j ，c H E ND o J ． 九o o Z 旷鼢。配r c 酷口蒯讹枷M 彤，G 船只彰i ‰觇您妙，№凡n 垤“ D D 舛，吼i 舰； 2 ． 彬愕侥聊珏Z 胍e o r c 危加舰把Q 厂施n 垤口以胁删u 彤，眈莎增J D D J 6 0 ，m i № A b s t r a c t I nt l l i sp 印e r ，an e wm o d i f i c a t i o no ft l l ef e e dw e l lo ft h i c k e n e ri sg i v e na n dan e ws t m c t u m lm o d e l p a r a m e t e ri s 西V e n ．7 I h ee x p e 矗m e n t a ls t u d yo nt h en e wf e e dw e U ．’n l er e s u l t ss h o wt h a tt h en e wf e e dw e U sc a n s i g n i f i c a n 吐yr e d u c et l l es l I l r r yf l a wr a t er e l a t i V et ot h ec o n V e n t i o n 越f e e dw e l l s ．T h en e wf e e dw e Uc a nr e d u c et h e c i r c u m f e r e n t i a ln l o V e m e n to ft h es l u r r yn o w ，c a ne x p l a i nt } I er e l e a s eo ft h es l u n yi nt } l ec i r c u m f e r e n t i a ld i r e c t i o na n d i n c r e a s et h er e s i d e n c et i m eo f 出em i n e r a lp a n i c l e si nt l l ef e e dw e U ，a n df i n a l l ym a k et h es l u n yu n i f o 珊a n d8 t a b l e d i s c h a 玛e ． K e yw o r d I s t l l i c k e n e r ；n e w t y p ef e e d i n gw e H ；p u l pd i s t u r b a l l c e ；s o l i dp h a s ed i s p e r s i o n 中国作为世界上精矿与尾矿处理规模最大的国 家之一，对矿物的浓密技术也不断地提出更高的要 求。而且随着矿山不断开采导致的资源贫化，目标 矿物的细化，都在不断提高着矿物浓密与脱水的技 术难度u 引。因此研发出拥有新型高效沉降技术的 浓密机，获得紧密致实的絮凝体颗粒、减少药物的使 用量、达到更高的脱水效率一直是研发领域的重点 问题H J 。这样不仅可以减少更多的占地面积，也大 大地节约了生产成本。浓密机作为一种在矿山、冶 金、化工、环保、非金属选矿等领域应用非常广泛的 固液分离设备[ 5J 。给料井是浓密机内一种稳流均匀 布料的装置。进入浓密机中矿浆首先通过浓密机中 的给料井。给料井作为浓密机中的关键部件，是矿 浆与絮凝剂混合的重要区域，其结构对流体的多梯 度能量释放以及减少对沉降区扰动有重要影响∞剖。 本文主要对三种给料井的矿浆分散进行实验探 究。给料井排料不均会造成池底布料的不均，这会 基金项目国家自然科学基金项目 5 t 5 7 4 0 3 5 收稿日期2 0 1 7 旬1 - 2 3修回日期2 0 1 7 旬7 - 2 2 作者简介甘恒 1 9 9 2 一 ，男，广西桂平人，硕士研究生。 影响到耙架的刮泥效果，增大主轴所受到的扭矩，减 短主轴寿命，或者出现局部出现耙架卡顿压死，整个 耙架受力不均等。通过对池底平整度进行测量，检 验给料井的分散布矿均匀性。 1 新型给料井的物理结构 新型给料井依然采用切向圆管高速给料的形 式，其与常规给料井的物理结构对比如图1 所示。 本研究主要以实验室中的浓密机试验平台作为研究 对象，浓密机总高为7 7 0m m ，上部为圆柱形槽体，直 径为10 0 0m m ，高为5 0 0m m ，下部槽体呈底部密口 的锥形槽体，锥形槽的侧面与水平方向成3 0 。，底流 口为圆形出口，直径为6 0m m 。给料井位于槽体的 中上部，外形为圆柱形，直径为2 0 0m m ，高为2 5 0 m m 。新型给料井中进料管直径为3 4m m ，4 个螺旋 隔板上端面距离给料井底部高度为1 2 0 咖，安装角 度为1 5 。，隔板上的孔状过流面积为60 0 0m m 2 。5 万方数据 7 0 有色金属 选矿部分2 0 1 7 年第5 期 个三棱柱导流板上端面距离给料井底部高度为 1 ，设置为1 8 0m m 。 ≯ 湖{ 一 2 试验方法 聋J 6 0 图1 给料井物理结构 F i g ．1P h y s i c a ls t m c t u r eo ft h ef e e dw e l l 给料井内出口处的速度分布与大小对沉降槽中 矿物是否能够平稳沉降有重要影响。如果矿物颗粒 在给料井内进行了充分的混合分散，然后经过给料 井出口以图2 中方向排出，那么泥层应该如图3 左 边中分布状态。如果矿物颗粒在给料井中没有充分 的混合分散，沉降在槽体中就会如图3 右边中一样， 出现泥层分布一边高，一边低的情况。这不仅给料 井中矿物颗粒没有充分地分散，而且不利于耙架的 正常运行。 弘层边界＼ ，、 图2出口方向示意图 F i g ．2E x p o r ts p e e dd i r e c t i o nd i a g m m 图3 泥层边界示意图 F i g ．3 S k e t c hm a po fm u d b o u n d a f y 试验采用离子交换树脂作为试验矿样。离子交 换树脂是一种不溶于水的棕黄色圆形树脂颗粒，密 度比水大，其密度为1 ．3 4g ／c m 3 ，粒度直径为o ．6 m m ，而且树脂颗粒的粒级接近絮凝体的大小，其多 孔结构与絮凝体类似，因此采用树脂颗粒作为替代 矿样，可以在水中较为清晰地看清给料井的固相分 散情况。 藿霾 万方数据 兰Q 生箜兰塑甘恒等浓密机新型给料井的设计及其试验研究 ．7 1 ． 图4 试验平台示意图 F i g ．4 T e s tp l a t f o 瑚d i a g r a m 3 结果与分析 3 ．1 不同结构给料井的矿浆扰动试验 通过将3 7 ．5 埏的树脂与水给入给料井，关闭底 流孔，这样树脂颗粒就会在槽体中自然沉降聚集，沉 积在槽体中，形成沉积层。将槽壁一周等分成1 6 个 点，测量每个点处的沉积高度。通过比较沉积高度 的数值，就可以量化出给料井对固体颗粒的分散状 态。 a 初始状态 c 圆环挡板型 首先在搅拌槽中配置离子交换树脂溶液，浓度 设置为高浓度4 0 ．1 2 ％。关闭槽体的底流孔，然后打 开蠕动泵，采用设置转速的方法控制泵头的流量，将 搅拌槽的溶液切向给入给料井中。打开槽体的溢 流，让溢流流入水的储槽中留作下次使用。而且因 为耙架的转速较慢对槽体中的流场基本没有干扰作 用，因此此次试验中不用安装耙架。 图5 为在树脂完全沉降后，在将清水以流量 O ．5 4L ／s 给入给料井中，流场对沉积层的扰动现象。 图5 a 为初始状态，沉积层没有受到任何扰动。图 5 b 、 c 中可以看出这两种结构中因为切向给料 的旋转流并没有被抵消，在给料井出口处依然存在 旋转流，所以沉积在底部的树脂受到旋转流场的作 用，一部分树脂被卷起，打破了稳定沉积的状态。在 图5 d 中可以看出，沉积在底部的树脂并没有被卷 起，证明了给料井出口处的流场没有或者有流速很 小的旋转流，但是在如图中所示位置出现了深浅不 一的三个冲击点，证明了给料井出口处的流体的周 向速度很小，但是轴向速度的分布并不是非常均匀。 d 新型隔板型 图5 不同结构给料井的扰动状态 F i g ．5 D i s t u r b a n c es t a t eo fd i f f b I ℃n tf e e d i n gw e l l s 万方数据 7 2 有色金属 选矿部分2 0 1 7 年第5 期 3 ．2 不同流量下对给料井的矿浆扰动试验 图6 不同流量下常规给料井的扰动状态 F i g ．6 D i s t u r b e ds t a t eo fc o n v e n t i o n a lf e e d i n gw e l l su n d e rd i 能r e n tn o wr a t e s a 0 ．3 8 2 5L ／s b O ．6 9 7 5L ／s 图7 不同流量下新型隔板型给料井的扰动状态 F i g ．7 D i s t u r b e ds t a t eo fan e wt y p eo ff b e dw e Ⅱw i t hd i 珏b r e n tn o wr a t e s 不同流量下给料井的扰动水态见图6 和图7 。 图6 中，当流速提高时，旋转流的扰动也越大，卷起 的树脂颗粒所占的面积也越来越大。图7 中，当流 量为o ．3 8 25L ／s 时，图7 a 中只有一个冲击点，深 度较浅。当流量为0 ．6 9 75L ／s 时，有三个冲击点， 深度最深。所以给料流量的不断变大，必然会加重 对稳定沉降状态的扰动作用。 3 ．3 分散性探究试验 为了探究不同结构给料井的固相分散性能，分 别将图3 中三种结构的给料井安装在槽体上。给料 流量为0 ．5 4L ／s ，每点的数据记录如表1 。从表1 中 都可以看出试验的总和与均值都近似相等，说明实 验具有一定的可信性。标准偏差能反映一个数据集 的离散程度，标准偏差越小，这些值偏离平均值就越 少，反之亦然。根据图3 可知，良好的分散状况应为 图3 左边中所示，在槽壁处的分散高度近似相等，反 映到标准偏差上应该是标准偏差越小分散效果越 好。所以通过比对偏差值的大小就可以知道分散性 能的效果。 从表1 中可以看出，新型隔板型给料井、圆环隔 板型给料井、常规型给料井的记录点的最大值分别 为1 4 0 、1 4 1 ．5 、1 7 3m m ，最小值分别为1 3 4 、1 2 8 、 1 1 7 ．5m m ，标准偏差分别为2 ．3 1 、4 ．8 2 、1 8 ．2 5 。这说 明了新型隔板型给料井的分散更加均匀，而常规型 给料井的分散效果最差。从数据上看，常规性给料 井的树脂主要堆积在槽体的一侧，另一侧较少，造成 了一边高一边低的情况。参考C F D 模拟结果分析， 给料井内存在短路流，使矿浆快速从出口平面上某 点集中流出，导致了树脂堆积到槽体一侧。而圆环 型给料井中，矿浆会先在挡板上聚集，然后从边缘堆 万方数据 2 0 1 7 年第5 期甘恒等浓密机新型给料井的设计及其试验研究7 3 积流下，最后流出给料井，挡板有一定的缓冲作用， 可以起到一定分散的效果。而新型隔板型给料井 中，隔板上方将旋转流场打乱，起到了很好的混合分 散效果。 表l 不同结构的固相分散参数记录 T a b l e1D i 脆r e n ts t 翔c _ I l l r eo ft l l es o l i d p h a s e d i s p e 戚o np a r a m e t e rD e c o r d 测试点素蒜雾篙篙慧 4 结论 1 新型隔板型给料井能够能好的对给料并内排 出的流体进行周向释能，出口处的流体周向速度很 小。 2 常规型给料井和圆环隔板型给料井中由于短 路流的存在，会使一部分矿浆很快集中从给料井中 流出，造成沉积层分布不均的情况。而隔板型给料 井中会减少短路流的存在，有效地改善固相的沉积 分散状况。 3 从模拟结果得出，新型给料井各项速度参数 指标均小于其它两种结构的给料井指标，隔板式结 构对减小沉降槽中矿物颗粒沉降的扰动作用效果更 加明显，验证了新型给料井相对于常规给料井的优 点。 4 随着给料流量的变大，隔板上方混合。 5 新型给料井结构简单易生产，优点凸出，可为 实际的生产提供指导性意义。 参考文献 [ 1 ] 周科平，刘福萍，邓红卫，等．尾矿干堆及脱水工艺研究 应用与展望[ J ] ．科技导报，2 0 1 3 9 7 2 ．7 9 ． [ 2 ] 杜通，浑宝炬，张大伟，等．尾矿库的危害和安全管理 措施[ J ] ．河北理工大学学报 自然科学版 ，2 0 0 9 2 9 - 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