煤泥调浆湍流强化作用机理与新型涡流强化调浆过程

摘要

调浆过程为煤泥浮选提供良好的界面条件,是实现其高效分选的必要条件,其本质是一个多相流动过程,流体作用贯穿其中。聚焦煤泥调浆过程中的“湍流效应”,搭建了实验室型搅拌装置,利用数值模拟分析其湍流特征参量,研究了不同流场条件下颗粒分散特性和颗粒表面疏水性变化规律,并通过浮选试验进行验证,以此构建了基于湍流能量密度适配的新型涡流强化煤泥调浆过程,并分析其流场特性。研究结果表明:搅拌装置内存在流向相反的循环区,有利于颗粒分散,叶轮区流体流速和湍动能耗散率高于其他区域,叶轮叶片后存在尾涡,其发展状况与湍动能耗散率分布一致,叶轮区最小涡尺度最低,增强颗粒与药剂的相互作用,随着叶轮转速增大,流体流速和湍动能耗散率增大,最小涡尺度减小;颗粒分散浓度方差随着叶轮转速的增大而减小,低转速时搅拌装置底部颗粒浓度较高,分散效果差,包覆角随着叶轮转速的增大而增大,相同条件下,叶轮区颗粒包覆角最大,在试验范围内,叶轮转速增大,浮选产率增大;基于上述调浆过程中的湍流效应分析,构建了集成管流、错向旋流、撞击流等不同流场环境的煤泥调浆过程,并设计了MRM-800×3 600 mm型煤泥混合调质器,数值模拟表明该装置内湍流能量密度分配合理,旋流区流体流速较大,呈切向运动,撞击流区域流体运动剧烈,湍流能量密度大,最小涡尺度小,工业生产实践表明该装置矿浆通过量为300~500 m^(3)/h,在原有工艺条件下,浮选精煤回收率提高超过4%。