铝土矿浆体长距离管道输送特性研究

摘要

目前,由于铁路运力不足、公路运输成本过高,以至于中国铝业山西分公司合格的孝义铝土矿难以及时运出,运费急剧上涨。为确保氧化铝生产连续、稳产、高产,寻求新的运输方式、扩大新的运载能力解决孝义铝土矿向河津稳定运输已迫在眉睫,是十分必要的。
　　为解决制约中国铝业山西分公司发展的瓶颈问题,保证氧化铝生产的连续、稳产、高产,中国铝业山西分公司与我校联合开展“铝土矿浆体长距离管道输送特性研究”课题,试图建立一种新的突破常规且经济、高效的铝土矿运输方法即矿浆长距离管道运输。矿浆管道受复杂地形限制较少,管线占用空间小,对环境污染少;建设周期短,尤其是长距离管道输送优势更明显;管道运输极易实现自动化控制,可以极大程度地减少人为操作等各种失误,是几种运输方式中最安全可靠的运输方式。
　　本论文采用先实验后理论计算最后实验论证的方式进行展开。前期工作通过实验,获得铝土矿的粒料特性及其浆体特性。中期工作根据实验数据进行铝土矿浆体长距离管道输送的水力学参数的理论计算,最后通过浆体的环管实验和Fluent软件模拟仿真浆体管道输送并分析其可行性。
　　本论文主要由以下四个部分组成:
　　第一部分主要通过实验得到了孝义铝土矿粒料的密度、粒径及颗粒级配、硬度、颗粒形状系数等粒料特性;然后通过浆体实验得到了铝土矿浆体的干涉沉降速度、流变学特性、流动性、安息角及滑动角、浆体的PH值。
　　第二部分根据铝土矿的粒料特性及浆体特性对其管道输送的淤积临界速度、浆体摩阻损失坡降、推荐设计管径及速度等水力学参数选择了计算模型。然后进行了环管试验,并采用相应的方法将环管试验数据放大,得到一套可现场操作的铝土矿浆体管道输送参数包括浆体的淤积临界速度、浆体摩阻损失坡降、推荐设计管径及速度。
　　第三部分利用Fluent软件对不同重量浓度的铝土矿浆体管道输送情况进行了仿真,并对仿真结果进行了分析,得出浆体重量浓度越大,其淤积临界速度愈大,摩阻损失坡降也愈大。
　　第四部分利用铝土矿的粒径及级配、浆体输送浓度、淤积临界速度、浆体摩阻损失、推荐设计管径及速度、管道输送系统的总压力等水力学参数完成了铝土矿浆体长距离管道输送系统的初步设计,包括主要设备的设计选用及建设规模,然后估算其运行成本。
　　该课题的提出很有前瞻性,是世界上第二个国家也是国内首次对铝土矿浆体长距离管道输送的研究,若证实了其正确性,不仅可以解决山西铝业分公司长期存在的铝土矿运输难的问题,提高其经济效益,具有较好的应用前景和盈利能力,对整个矿山业的发展也有重大意义。

目录

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第一章 引言

1.1 课题依据和课题来源

1.2 国内外研究现状

1.3 浆体管道输送的发展趋势

1.4 课题研究的目的与意义

1.5 课题研究内容

1.6 本章小结

第二章 铝土矿粒料特性和浆体特性的测定研究

2.1 铝土矿粒料的特性测定

2.2 浆体特性测定

2.3 本章小结

第三章 铝土矿管道水力输送性能研究和输送参数计算

3.1 临界速度

3.2 管道的摩阻损失

3.3 推荐设计管径

3.4 推荐设计流速

3.5 最佳颗粒级配

3.6 铝土矿浆体环管试验

3.7 环管试验数据的放大

3.8 本章小结

第四章 浆体管道输送的环管试验仿真

4.1 问题模型

4.2 FLUENT的系统组成

4.3 基本物理方程

4.4 数值模拟及分析

4.5本章小结

第五章 铝土矿浆体长距离管道输送系统的设计

5.1 浆体管道输送系统的组成

5.2 浆体管道输送系统的主要设备

5.4 设施规模

5.5 管道输送建设投资和运行成本的估算

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文