基于颗粒受力的粗颗粒沉降性质研究

摘要

论文以颗粒和沉降介质之间的物理化学性质差异为基础，根据沉降操作的技术原理要求，通过颗粒受力分析、颗粒沉降速度计算、颗粒自由沉降试验、颗粒群体沉降试验、X射线衍射以及Qemscan矿物学分析等方法，系统的研究了颗粒沉降性质，揭示了颗粒沉降速度与颗粒性质和沉降介质性质之间的对应关系。主要研究结果如下所示：
　　（1）对单颗粒进行受力分析可知，自由沉降过程中颗粒受到的作用力有：重力、浮力、粘性阻力、压力梯度力、虚假质量力、Basset力、Saffman力和Magnus力，群体沉降过程中，颗粒受力更为复杂。将各作用力与粘性阻力进行量级比较后发现：只有在加速运动初期，Basset力才会对颗粒沉降过程产生影响；在流体主流区域，Saffman力对颗粒沉降过程不产生影响；当颗粒粒径较大且旋转较强时Magnus力才会影响颗粒沉降规律。
　　（2）单颗粒自由沉降试验结果显示，颗粒的粒度确定办法与颗粒形状不规则性对颗粒沉降速度有很大的影响。综合考虑颗粒不规则性及粒度换算关系得出铝土矿颗粒自由沉降半理论半经验公式：u=0.71d2×10-6m·s-1(适用于颗粒粒度0um~111um)、u=6.83d2×10-4m·s-1(适用于颗粒粒度112um~309um)和u=7.23 d×10-3m·s-1(适用于颗粒粒度大于309um)。
　　（3）开展颗粒群体沉降和絮凝沉降试验，探索颗粒干扰沉降速度与颗粒性质之间的关系，得出颗粒干扰沉降速度计算式：u=a·C0·Sk+b(k是与颗粒粒度相关经验系数)，颗粒絮凝沉降速度关系式：u=a·xb(x是浓度或粒度，b是关于粒度的经验系数)。并探索了沉降介质pH值对不同粒度物料沉降效果的影响。
　　（4）通过开展矿物颗粒与絮团颗粒沉降试验发现，颗粒结构形态对颗粒沉降速度及颗粒压缩速度有很大的影响，等体积的矿物颗粒沉降速度远大于絮团颗粒。与矿物颗粒相比较，絮团颗粒沉降后形成的压缩层可包裹吸附大量水分，压缩沉降速度缓慢，符合Roberts关系式规律。

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第一章 文献综述

1.1 沉降过程及颗粒受力分析

1.2 絮凝沉降理论

1.3 沉降过程中的影响因素

1.4 本文研究的意义及内容

1.5 课题创新点

第二章 试验材料、仪器与试剂以及研究方法

2.1 试验材料来源及分析

2.2 试验仪器及药剂

2.3 试验研究方法

第三章 单颗粒静水沉降特性的研究

3.1 单颗粒性质分析

3.2 单颗粒沉降速度的试验研究

3.3 絮团颗粒性质研究

3.4 本章小结

第四章 群体颗粒沉降性质研究

4.1 群体颗粒性质

4.2 颗粒群体沉降试验结果分析

4.3 颗粒的固结浓缩过程

4.4 本章小结

第五章 结论

参考文献

附 录A 38um铝土矿球形颗粒自由沉降过程

附 录B 75um铝土矿球形颗粒自由沉降过程

附 录C 150um铝土矿球形颗粒自由沉降过程

致谢

攻读学位期间的研究成果