基本信息
- 项目名称：
- 离心磁选机分选机理研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 近年来，磁选设备已成为选矿业不可或缺的一部分，但随着矿产资源日益贫细化，基于经验基础上制造的磁选设备，已不能满足矿物精细化分选的需要。因此，从理论上对磁选机理进行研究，为新型高效磁选设备的研发提供理论支撑，满足磁选设备研制的需要，已成为选矿界和磁选行业的共识和亟待解决的难题。鉴于此，本文以卧式离心磁选机为例，系统地研究离心磁选机的分选机理，为磁选设备的研制提供理论依据。
- 详细介绍：
- 本文以卧式离心磁选机为例，系统地研究了磁选机内颗粒的运动及其分选机理，为磁选设备的研制提供理论依据。详细内容如下： 第一、对磁选机内单颗粒的磁选行为进行研究。通过合理假设建立单颗粒模型，并对单颗粒的受力和运动进行分析，得出进料口右下部分的筒长公式。 第二、多颗粒磁链模型的建立及其在理论研究中的作用。研究了磁性物在进料口部位的受力和运动，在水冲洗的作用下，结合磁链的性质建立了多颗粒运动的磁链模型。并通过研究磁链在水冲洗作用下的受力，得出了水的冲洗范围和能够被冲洗出的、夹杂在磁链中的非磁性颗粒的最大当量直径。 第三、提出了磁性颗粒回收率计算公式。在水的冲洗周期内对磁链进行运动分析，提出了分散度和可分离自由度两个概念。即将水冲洗后被冲掉的非磁性颗粒占原磁链中非磁性颗粒的比例定义为分散度；将每次从磁链中冲出且不再被磁链捕获的非磁性颗粒数占从磁链中冲出的总的非磁性颗粒数的比例定义为可分离自由度。然后结合水的冲洗次数、磁链的运动得出了进料口左上部分筒体的长度，进而给出了磁性颗粒回收率的计算公式。 第四、综合分析了影响磁性颗粒回收率的主要因素，并给出了筒式磁选机优化设计思路：1、当已知矿物中磁性颗粒当量直径时，可以设计出适用于该种矿物分选要求的磁选机结构方案，使各个设备参量都达到相对的最优值，以此来提高磁性矿物的回收率。2、针对已经定型的磁选设备，可以根据其主要参量计算出其能分选出的最大颗粒当量直径，按照此标准将矿物磨制到一定粒度，从而使磁性矿物达到最大的回收率。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：研究离心磁选机分选机理，为磁选设备的改进提供理论依据,改变靠经验研发的现状，为资源节约型社会的建立做贡献。 思路：由磁选设备发展现状，分析其存在的缺陷和不足。并以新型的磁选设备为例，运用数学建模思想，根据运动学研究磁选机内颗粒的运动。然后结合有限元理论运用ANSYS等软件对模型进行模拟验证并进行定量实验研究。最后根据研究成果提出磁选机优化设计思路。
科学性、先进性及独特之处
- 科学性：由磁选设备研发过程现存问题，结合磁选原理确定研究对象和思路，综合分析影响磁选的因素确定由单一到群体的研究思想，最后提出使用ANSYS软件对所建模型进行模拟验证。 先进性：当前国内没有本文所研究的成果，极具有前沿性。 独特之处：1、摒弃了采用磁系优化进行改进磁选设备的传统方法。通过正逆向思维提出了提高磁性颗粒回收率的两种方法。2、定义了自由度和可分离自由度两个概念。
应用价值和现实意义
- 实际应用价值：本研究成果应用于现场磁选机，可以有效提高矿物的分选回收率，提高资源利用率，切合节约型、环境友好型社会的发展。 现实意义：为新型磁选设备的研发提供理论依据，改变磁选设备靠经验研发的现状，并为同类问题的研究提供全新的研究方法和思路。
学术论文摘要
- 近年来，磁选设备已成为选矿业不可或缺的一部分，但随着矿产资源日益贫细化，基于经验基础上研制的磁选设备，已不能满足矿物精细化分选的需要。鉴于此，本文以卧式离心磁选机为例，系统地研究离心磁选机的分选机理。主要内容如下： 第一、通过合理假设建立单颗粒模型，并对单颗粒的受力和运动进行分析，得出进料口右下部分的筒长公式。 第二、建立了多颗粒磁链模型，在水冲洗的作用下 结合磁链的性质研究磁链在水冲洗作用下的受力，得出了冲击力范围和能够被冲洗出的夹杂在磁链中的非磁性颗粒的最大当量直径。 第三、研究冲洗水冲洗周期对磁链的影响，提出了分散度和可分离自由度两个概念。然后结合水的冲洗次数、磁链的运动得出了进料口左上部分筒体的长度，进而给出了磁性颗粒回收率的计算公式。 第四、综合分析了影响磁性颗粒回收率的主要因素，并给出了离心磁选机优化设计思路:1、当已知分选颗粒的当量直径时，可使各个设备参量都达到相对的最优值，设计出磁选机结构方案。2、针对已定型的磁选设备，可根据设备参量计算出适合的分选颗粒的当量直径，按照此标准将矿物磨制到一定粒度，从而使磁性矿物达到最大回收率。
获奖情况
- 2011年获得“河南理工大学第五届‘挑战杯’大学生课外学术科技作品竞赛（哲学社会科学类社会调查报告和学术论文类）”一等奖。
鉴定结果
- 该作品确实在2011年获得“河南理工大学第五届‘挑战杯’大学生课外学术科技作品竞赛”一等奖。
参考文献
- [1].夏红峰.国内磁选设备的研究现状及发展趋势[J].金属矿山,2010,(9). [2].耿洪臣,冯泉,郭小飞.磁选技术的现状与发展趋势[J].磁怯材料及器件,2010,(6). [3].张春娟,刘炯天,丁华琼,胡卫新.Falcon分选机对高硫煤的脱硫试验研究[J].选煤技术,2010,(1). [4].冯泉,郭小飞,袁致涛.磁选技术的现状与发展趋势[J].现代矿业，2009,9(增刊). [5].黄金夫.我国磁铁矿选矿工艺设备存在的问题及发展方向[J].金属矿山，2008,5（增刊）. [6].P•H•马克西姆夫等.处理细级别选矿尾矿的新型分选设[J].国外金属矿选矿，2008,(4). [7].库建刚,张文彬,刘殿文.强磁性矿粒磁链形成机理[J].金属矿山，2007：(372). [8].库建刚，王安理，乔翠杰，张文彬.磁链受力分析在磁选回收率计算中的应用[J].矿业研究与开发，2007,28(2). [9].谢朝学.细粒选矿研究[J].云南冶金,2007,36(2).
同类课题研究水平概述
- 1.磁选设备的发展概况 国内磁选设备 主要有弱磁选设备、强磁选设备、超声波复合电力场磁选机。弱磁选设备包括磁力滚筒、干式弱磁选机、湿式弱磁选机。其中磁力滚筒有电磁磁力滚筒和永磁磁力滚筒、湿式弱磁选机有筒式磁选机和磁重选矿机。 张春娟等 利用力场提高颗粒的沉降速度，改善微细颗粒的回收，60年代以来,一直是国内外研究的热点，多种选矿设备先后被开发出来。开发选矿设备的主要困难在于增大力的同时也增加了排料的困难，谢朝学 在细粒选矿研究中指出要实现连续排矿，势必增加设备结构的复杂性和水耗能耗，这是长期未能解决的难题。 国内外选矿机主要有：云锡式间断作业选矿机 ，逆流排矿选矿机、SL射流选矿机、尼尔森选矿机和超转筒(Super bowl) 选矿机等。 2.国内外研究概述 孙玉波和J.Svoboda 指出细粒或微细粒的铁矿石或其他强磁性矿物（如硅铁、磁赤铁矿、磁黄铁矿）进入磁选机的磁场时，沿着磁力线取向形成磁链或磁团聚体，磁团聚体中往往夹杂着各种连生体和单体脉石，对精矿品位的提高非常不利。对此，国内外不少学者对磁团聚现象进行了不少的研究，取得了很多有益的成果。Eyssa等从磁学的角度出发，推导出在磁场中两个铁磁性颗粒之间的磁吸引力；Parker等计算了在外磁场中弱磁性颗粒间的磁相互作用能；Svoboda 把弱磁性颗粒视为磁偶极子，计算了两磁性颗粒间的磁相互作用能；Bossis等通过假设颗粒间隙处的磁场近似分布，得到了磁流变液的剪切应力；储德应等 给出了由库伦定律决定的磁铁矿颗粒间的相互作用通式；谢强计算了有强磁性矿物所结磁链的强度；朱应顺等比较了柱状和磁链结构在磁流变液中的剪切应力；林潮等用分子电流的概念推导出磁铁矿粒间的相互作用力的表达式；对于矿物在选机中的运动，向发柱 运用守恒方程，捕集速率方程和夹杂速率方程建立了高梯度磁选过程的非线性动态模型。 这些研究成果概述了选矿技术和磁选技术的理论依据及设备的发展情况，描述了磁选过程的物理学理论及局部运动模型，但很少有人将其应用于具体磁选机整个磁选过程中颗粒的受力和运动分析，通过建立数学模型，进而研究磁选机分选机理，为磁选设备的研制和改进提供理论依据，最终进行优化改进，提高磁选效率。
