新型沉降槽及赤泥沉降性能的研究

摘要

氧化铝生产过程中，由于沉降分离操作上的各种失误，常出现沉降槽“跑浑”及“垮槽”等事故，造成极大的经济损失。近些年，高效深锥沉降槽在我国应用广泛，但在处理一水铝石产生的赤泥时存在一些问题。因此，为了强化赤泥的沉降分离，提高赤泥的沉降速度，改善沉降槽溢流质量和底流的浓稠度，并提高设备的生产效率和降低生产成本，本文在深锥沉降槽的基础上，改进并设计了新型沉降槽。主要研究内容如下:
　　(1)根据相似原理设计物理模拟实验装置，本文改进了高效沉降槽，设计了带有圆锥形沉降器的沉降槽和旋液分离沉降槽。
　　(2)对不同结构的四种沉降槽，采用PIV技术测试不同流量下沉降槽内部流体流场及固体沉降流场，得到如下规律:1号和2号沉降槽的固体随着液体在槽内从右向左然后向下沉降，3号和4号沉降槽液体在旋液分离器中从右向左旋转运动，到底部转而向上，流量大时会从旋液分离器项部产生溢流，固体从右到左呈螺旋状向下沉降运动。3号和4号沉降槽的流场好于1号和2号沉降槽。3号沉降槽在流量为1.0 m3/h时固体沉降速度流场比较好。对于4号沉降槽适当增大的流量有利于固体颗粒的沉降，最佳液体流量为2.0m3/h。随着流量的增大，四个沉降槽槽内液体的运动速度及固体的沉降速度均增大。
　　(3)对旋液分离沉降槽进行了速度矢量分布和液相分布的数值模拟，速度矢量分布的数值模拟结果与PIV测试结果基本一致，两种方法得到了较好的相互验证。沉降槽内液相分布数值模拟结果与物理模拟的结果基本一致。采用旋液分离器进行沉降分离时，为保证液体顺利从溢流口排出，进口流量不能过低。
　　(4)对一水铝石溶出的赤泥进行沉降实验研究，结果表明:降低赤泥矿浆的固含可以提高其沉降性能，对赤泥压缩性能没有影响。沉降速度随赤泥矿浆粘度的增大呈明显的下降趋势，增大赤泥矿浆粘度会恶化其压缩性能。赤泥的沉降速度随絮凝剂添加量的增加而先增加后降低，随着絮凝剂加入量的增加，赤泥矿浆的压缩性能先变好后变差。赤泥的沉降速率随温度的升高而增大，温度升高会改善其压缩性能。
　　(5)考察了四种不同结构的沉降槽的沉降功能，结果表明:3个新型沉降槽的沉降效果均好于正常高效沉降槽。低粘度时新型3号、4号沉降槽大于1号沉降槽的沉降速度，沉降速度分别提高了87.3％和100％;高粘度时经改进的3号大于1号和4号沉降槽的沉降速度，且沉降速度提高了43.8％。在旋液沉降槽中，絮凝剂的多点加入好于单点加入。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 赤泥的沉降分离流程及原理

1．1．1 赤泥的沉降分离流程

1．1．2 赤泥分离的基本原理

1．2 赤泥分离的设备

1．2．1 单层沉降槽

1．2．2 多层沉降槽

1．2．3 深锥沉降槽

1．3 课题的提出

1．4 主要研究内容

第2章 实验研究方法

2．1 实验原料

2．1．1 赤泥及其物性分析

2．1．2 实验试剂及制备

2．1．3 絮凝剂溶液的配制

2．2 实验设备及检测仪器

2．2．1 Marlven激光粒度分析仪

2．2．2 X射线衍射仪(XRD)

2．2．3 恒温水浴

2．2．4 NDJ-5S型数字式粘度计

2．2．5 其它设备

第3章 实验设备的设计

3．1 相似原理

3．2 高效沉降槽尺寸的确定

3．3 圆锥形沉降器的设计

3．4 旋液分离沉降槽的设计

3．4．1 旋液分离器工作原理

3．4．2 旋液分离器尺寸的设计

3．5 本章小结

第4章 多设计方案下沉降槽内部PIV流场

4．1 实验研究方法

4．1．1 PIV测试技术

4．1．2 数值模拟方法

4．2 实验装置及测试系统

4．2．1 实验装置

4．2．2 PIV测试系统

4．3 PIV测试及数值模拟

4．3．1 PIV测试

4．3．2 计算模型和边界条件

4．4 流体流场PIV测试结果

4．4．1 不同结构沉降槽内部流体流场的对比

4．4．2 不同流量条件下1号沉降槽内部流体流场

4．4．3 不同流量条件下2号沉降槽内部流体流场

4．4．4 不同流量条件下3号沉降槽内部流体流场

4．4．5 不同流量条件下4号沉降槽内部流体流场

4．4．6 PIV测试流场与数值模拟对比

4．5 固体沉降流场PIV测试结果

4．5．1 不同结构沉降槽内部固体沉降流场的对比

4．5．2 不同流量条件下1号沉降槽内部固体沉降流场

4．5．3 不同流量条件下2号沉降槽内部固体沉降流场

4．5．4 不同流量条件下3号沉降槽内部固体沉降流场

4．5．5 不同流量条件下4号沉降槽内部固体沉降流场

4．6 旋液分离沉降槽流体流场与固体沉降流场的对比

4．7 本章小结

第5章 赤泥的沉降特性研究

5．1 静态试验

5．1．1 标液的配制与标定

5．1．2 溶出液的配制

5．1．3 絮凝剂溶液的配制

5．1．4 重力沉降实验

5．1．5 赤泥压缩性能的检测

5．2 赤泥浆体的物理特性

5．3 赤泥矿浆的沉降及压缩性能研究

5．3．1 赤泥矿浆固含对矿浆沉降、压缩性能的影响

5．3．2 赤泥矿浆粘度对矿浆沉降、压缩性能的影响

5．3．3 絮凝剂添加量对矿浆沉降、压缩性能的影响

5．3．4 温度对矿浆沉降、压缩性能的影响

5．3．5 赤泥粒度对矿浆沉降、压缩性能的影响

5．4 本章小结

第6章 新型沉降槽沉降功能的研究

6．1 沉降实验

6．2 沉降槽的不同结构对沉降性能的影响

6．2．1 不同结构沉降槽的自然沉降

6．2．2 低粘度矿浆在不同结构沉降槽中的沉降

6．2．3 高粘度矿浆在不同结构沉降槽中的沉降

6．3 赤泥矿浆流量对沉降性能的影响

6．4 赤泥矿浆粘度对沉降性能的影响

6．5 不同絮凝剂添加点的影响

6．6 本章小结

第7章 结论

参考文献

致谢