细粒钢渣干式磁选行为及动力学特性研究

摘要

本文针对细粒钢渣干式磁选技术应用过程中存在的分选效率低、理论指导性差等问题，研制了新型磁选机对细粒钢渣进行分选，并对磁选过程颗粒微观特性进行了深入研究，解释磁选机理的同时，可完善磁选理论体系。
　　研究了钢渣矿物构成、形貌特征及磁性质特性，对磁选机整机结构、分选原理、磁系设计方面提出分选要求；研制的MR-4新型辊式永磁磁选机（已授权国家发明专利），其多级拼接磁系及逆重力逐级梯次分选特点增加了物料“磁翻转”次数，减少了非磁性矿物夹杂，实现了细粒钢渣多种磁性矿物的同台分选；同时，创新性提出永磁钢替代假磁体装配工艺并研发环形工装夹具解决磁系装配问题（已授权国家发明专利）。
　　基于MR-4磁选机完成了钢渣分级入选干式磁选试验，探讨了钢渣干式磁选行为特性，研究了不同磨矿细度精矿指标与分选参数间的关系；探索出钢渣粒度、磁辊转频、分选行程的最佳取值区间；高温改性后其精矿品位、回收率达：52.94％、91.78%；提出了细粒钢渣干式磁选工业性嵌入分选工艺流程，并通过Design-Expert软件分析了各分选参数对磁选精矿品位、回收率影响程度及互为关系；从分形的角度研究了细粒钢渣原矿/精矿品位变化规律，以分形维数优化出磁辊转频、分选行程的最佳取值，与试验结果对比验证，误差分别为：5.67%和3.60%，证实分形研究的可靠性。
　　引入颗粒物质力学理论中的硬球模型、软球模型，分别构建了单元磁性颗粒、磁链物质的运动学方程；基于多尺度理念，采用FISH语言编写了磁选过程不同粒级颗粒群受力二维离散元模拟程序，利用 PFC2D直观地给出了磁场中颗粒力网形貌及受力曲线，对比了各时步下磁性颗粒形成磁链过程力网变化规律，解释磁选机理的同时提出了磁力网动态响应决定整个颗粒群力学性能的判定方法；同时，将磁场有限元分割，基于蒙特卡洛方法构建了不同磁场位置下颗粒分布概率方程，计算模拟得出了磁辊转频、分选行程影响下磁性颗粒被吸附概率分布云图，进一步明确了磁选过程钢渣运动微观特性。
　　简化钢渣单元磁性颗粒受力，构建磁选动力学模型，赋予试验优化出的实际分选条件，采用磁场解析法耦合颗粒离散元法，基于FISH语言编写了干式磁选过程颗粒非线性动力学特性离散元模拟程序，利用 PFC2D考察了颗粒粒度、比磁化率及磁辊转频、分选行程对速度、位移、力、动能的影响规律，直观地给出了磁选过程中动力学参数变化情况，得出了微观参数与宏观结果间关系，从微观角度更加形象地揭示了磁选机理。
　　采用高速动态分析系统试验研究了钢渣磁选微观特性，通过PIV/PTV分析技术考察了粒群、单元磁性颗粒速度分布场，得出各分选参数下颗粒速度信息，数值模拟结果与试验结果较吻合，证实数值模拟结果的可信度。
　　本论文研究成果对提高我国钢渣资源利用率，丰富铁矿资源储备量，减轻钢渣堆积污染、缓解铁资源需求压力有重要实用价值。同时，可完善磁选理论体系，推动矿物干式磁选技术的革新。

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1 前 言

1.1 研究背景及意义

1.2 主要研究内容及特色

1.3研究方法

2 文献综述

2.1 钢渣资源现状与特性

2.2国内外钢渣含铁矿物分选技术现状

2.3国内外钢渣磁选设备发展概况

2.4国内外钢渣磁选理论发展概况

2.5存在的主要问题

3 试验原料性质分析及试验设备研制

3.1 细粒钢渣物性分析

3.2细粒钢渣中矿物质形貌特性分析

3.3 MR-4新型永磁辊式磁选机研制

3.4 本章小结

4 磨矿条件下细粒钢渣干式磁选行为研究

4.1 概述

4.2试验目的和方法

4.3不同磨矿细度下钢渣干式磁选试验

4.4公式拟合及分析

4.5本章小结

5不同粒级细粒钢渣干式磁选行为研究及分选工艺优化

5.1 概述

5.2粗、细粒级钢渣干式磁选行为研究

5.3窄粒级钢渣干式磁选行为

5.4最佳粒级与全粒级钢渣干式磁选行为对比

5.5改性钢渣干式磁选试验

5.6细粒钢渣含铁矿物干式磁选技术优化

5.7本章小结

6细粒钢渣干式磁选产品品位分形特性研究

6.1概述

6.2细粒钢渣干式磁选产品品位分形规律

6.3分形维数对比

6.4 本章小结

7细粒钢渣干式磁选过程物质力学特性分析

7.1 单元磁性颗粒物质受力分析

7.2磁链颗粒物质受力分析

7.3颗粒群物质力学特性分析

7.4本章小结

8基于蒙特卡洛方法磁性颗粒分布概率表征

8.1 蒙特卡洛方法简介

8.2随机模型的构建

8.3磁性颗粒吸附概率模型的构建

8.4本章小结

9细粒钢渣干式磁选过程动力学特性研究

9.1 PFC2D软件简介

9.2 PFC2D离散元数值模拟程序的开发

9.3单元磁性颗粒数值模拟结果及分析

9.4数值模拟结果与试验结果对比分析

9.5本章小节

10细粒钢渣干式磁选过程微观特性物理试验研究

10.1 PIV/PTV简介

10.2试验器材的安装与调试

10.3试验方案

10.4-0.15mm粒级钢渣磁选过程微观特性

10.5 0.15mm～0.3mm粒级钢渣磁选过程微观特性

10.6 0.3mm～0.4mm粒级钢渣磁选过程微观特性

10.7不同分选参数下钢渣磁选过程微观特性对比

10.8最佳粒级下颗粒近似轨迹

10.9颗粒群物质力学特性数值模拟验证

10.10 磁性颗粒动力学特性数值模拟验证

10.11 本章小结

11结论及展望

11.1 主要结论

11.2特色及创新

11.3工作展望

参考文献

附录1

附录2

作者简历

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