Моделювання сегрегації частинок у спіральних сепараторах при збагаченні магнетитових руд

Abstract

У роботі проведено чисельне моделювання процесу спіральної сепарації магнетитових руд із використанням рівнянь Нав’є – Стокса для турбулентних багатофазних потоків у поєднанні з ейлеровою мультифлюїдною моделлю VOF та модифікованою моделлю підйомної сили Багнольда. Порівняльний аналіз показав переваги підходу VOF над класичною моделлю Ейлера – Ейлера, зокрема у зменшенні міжфазної дифузії та точнішому відтворенні меж розділу фаз. Використання моделі підйомної сили Багнольда дозволило більш коректо прогнозувати вертикальне та радіальне розшарування мінеральних частинок, що сприяло підвищенню якості магнетитового концентрату. Чисельна модель спіральної сепарації заснована на системі диференціальних рівнянь нерозривності і збереження імпульсу, модифікованих для обліку багатофазності роздільного середовища, генерації та дисипації турбулентної кінетичної енергії та рівнянь балансу сил, що діють на мінеральні частинки. Запропоновано формулу для оцінки ефективності сегрегації частинок за густиною у тонкошарових потоках, що показала зростання ефективності з підвищенням масової частки твердого у живленні. Встановлено, що модифікація профілю поперечного перерізу спірального жолоба з параболічною геометрією поперечного перерізу до слабко похилого сприяє ефективності сегрегації дрібних фракцій на 5,48–7,45 %. У результаті впровадження запропонованої методики чисельного моделювання процесу спіральної сепарації магнетитових руд ефективність сегрегації магнетитових частинок зросла з 0,69 до 0,87 для сепаратора зі звичайним профілем і з 0,73 до 0,94 – для сепаратора зі слабко похилим профілем. Отримані результати підтверджують перспективність застосування чисельної гідродинаміки для оптимізації конструкцій спіральних сепараторів та підвищення ефективності гравітаційного збагачення магнетитових руд.