選礦工藝中磁選技術(shù)中捕集作用機(jī)理的研究

磁選工藝技術(shù)在國(guó)內(nèi)外對(duì)捕集作用機(jī)理的研究，基本是基于對(duì)上述力的分析研究之上，建立顆粒運(yùn)動(dòng)方程，并借助高速攝影法研究顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡和磁捕集過(guò)程，最終建立捕集過(guò)程數(shù)學(xué)模型。在這方面具有代表性的有力平衡模型、運(yùn)動(dòng)軌跡模型、載荷聚集模型、滯留模型和DLVO理論模型。

1.運(yùn)動(dòng)軌跡模型(Trajeetoy model)

運(yùn)動(dòng)軌跡模型是Bean提出，Matsom發(fā)展和完善的。該模型以動(dòng)力學(xué)過(guò)程為基礎(chǔ)，描述了磁性顆粒在均勻磁場(chǎng)中磁化后相對(duì)于單絲聚集鋼毛的運(yùn)動(dòng)軌跡。一些學(xué)者利用計(jì)算機(jī)對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行模擬計(jì)算，來(lái)測(cè)某一特定情況下磁性顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡和鋼毛磁捕集半徑Re。基于對(duì)理論模型分析，Matson提出了“磁速度”這一概念，V_m為：

式中：x—磁性顆粒的磁化率；

R—顆粒半徑；

δ—顆粒密度；

B₀—背景磁感應(yīng)強(qiáng)度；

η—礦漿粘滯系數(shù)；

M—磁介質(zhì)磁化程度；

α一磁介質(zhì)半徑。

磁速度表示球形顆粒在磁力和競(jìng)爭(zhēng)力(斯托克斯阻力)不變時(shí)達(dá)到的速度。

從磁力與阻力平衡的關(guān)系出發(fā)，Watson并提出磁速度與流體速度的比值如下：

磁速度與流體速度之間的比值是衡量分離過(guò)程中磁力與阻力關(guān)系的度量，V_m/V₀是捕獲顆粒的基本條件，比值越大，顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡離磁介質(zhì)越遠(yuǎn)，即捕獲半徑越大，捕獲幾率也越高。反之，若顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡離磁介質(zhì)越近，則捕獲半徑越小，捕獲幾率越低。式中可以定性的了解磁性顆粒、鋼毛的磁場(chǎng)特性及磁選工藝參數(shù)對(duì)磁捕集過(guò)程的影響。

2.聚集模型(Buildup model)

磁選過(guò)程包含了磁性顆粒被聚磁介質(zhì)捕獲和顆粒在介質(zhì)上粘附并積聚成層的兩個(gè)過(guò)程。之前的運(yùn)動(dòng)軌跡模型研究的是顆粒被聚磁介質(zhì)捕獲的過(guò)程，而聚集模型研究的是顆粒在介質(zhì)上粘附并積聚的過(guò)程。濕式磁選過(guò)程中，磁介質(zhì)捕獲磁性顆粒的能力實(shí)際不變，全部磁性顆?；旧显诮橘|(zhì)飽和前都能被捕獲。因此，一般情況下，不用顆粒在磁選裝置中的軌跡來(lái)驗(yàn)證顆粒的捕獲，在確定了小型或工業(yè)型高梯度磁選機(jī)工藝特征時(shí)，主要考慮的因素不是顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡，而是顆粒的聚集。

假設(shè)顆粒被磁介質(zhì)捕獲并粘附在其表面，若磁力、流體粘滯力和重力的合力指向較大的引力區(qū)，顆粒則保留在磁介質(zhì)表面，故這些作用力保持平衡的位置將確定顆粒在磁介質(zhì)表面滿載時(shí)分布的邊界。

Nesst于1979年提出磁性顆粒在單絲鋼毛上聚集的理論數(shù)學(xué)模型，并利用模擬計(jì)算可繪出在某一特定條件下顆粒在單絲鋼毛介質(zhì)上聚集的輪廓曲線。同年，F(xiàn)riedlamde傭顯微錄象系統(tǒng)進(jìn)行了微觀的單絲捕集研究，成功地?cái)z取了純磷酸錳(Mn2p2o7)細(xì)粒在單根鎳絲上聚集圖像，見(jiàn)圖，證實(shí)了Nesst的載荷聚集模型。

(a)一流體速度2.9cm/s；(b)一流體速度7.9cm/S；(c)一流體速度23.3cm/s。通過(guò)分析，滿載荷分布的相對(duì)載荷(聚集)半徑與稱之為載荷數(shù)的參數(shù)有關(guān)。

載荷數(shù)N_L：

式中，載荷數(shù)NL是一個(gè)無(wú)因次數(shù)，是作為載荷過(guò)程的量度，載荷數(shù)的物理意義相當(dāng)于滿載荷時(shí)的聚集半徑，平衡狀態(tài)下磁力與流體剪切力的比值。隨磁力的增大，比值增大，相對(duì)滿載(聚集)半徑也非線性增大。單位長(zhǎng)度絲介質(zhì)上的顆粒聚集的體積，稱為載荷：

3.滯留模型(Retentionmodel)

這也是研究聚集狀態(tài)的模型，在顆粒流入長(zhǎng)度為L(zhǎng)的單位斷面積的過(guò)濾介質(zhì)層中，其聚集體積為：Y=N/N_T。

4.DLVO理論模型

以上理論主要研究的是顆粒在聚磁介質(zhì)上的捕集，而顆粒在聚磁介質(zhì)表面解吸的研究方面，Svoboda基于DLVO理論建立了一個(gè)模型，并從能量關(guān)系出發(fā)，利用這個(gè)模型對(duì)顆粒在聚磁介質(zhì)表面解吸的作用力進(jìn)行了分析。提出了在有磁場(chǎng)存在時(shí)，液體介質(zhì)中兩顆粒相互作用的總勢(shì)能：。

以上四種理論模型中，運(yùn)動(dòng)軌跡模型和聚集模型都是從微觀本質(zhì)研究分離過(guò)程，都以作用在磁性顆粒上的主導(dǎo)力和其反方向的競(jìng)爭(zhēng)力達(dá)到平衡為基礎(chǔ)而建立模型的。它們分別揭示了磁性顆粒捕獲到鋼毛表面和牢固吸附在鋼毛上后形成聚集層的兩個(gè)先后階段的實(shí)質(zhì)。滯留模型研究粒群和介質(zhì)層在液流中的相互作用，但有待深入研究。

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