عنوان پایان‌نامه
مدل سازی جدایش مواد معدنی در دستگاه جداکننده نلسون
- رشته تحصیلی
- مهندسی معدن -فرآوری موادمعدنی
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3655;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 81835;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3655;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 81835
- تاریخ دفاع
- ۰۶ شهریور ۱۳۹۶
- دانشجو
- علی غفاری
- استاد راهنما
- اکبر فرزانگان
- چکیده
- جداکننده نلسون از تجهیزات پرعیارسازی ثقلی است که در مقیاس صنعتی معمولاً در بازیابی طلا از ذخایر کانسنگ‌های اولیه و آبرفتی، کانی‌ها و مواد سنگین از کانسنگ‌های پلاسری و محصولات آسیاکنی و مدارهای فلوتاسیون استفاده می‌شود. هدف از انجام این رساله شناخت بیشتر و درک عمیق‌تر فرآیند جدایش در این نوع دستگاه‌ها و مدل‌سازی نیمه‌تجربی جدایش مواد معدنی در این جداکننده در مقیاس آزمایشگاهی است تا با استفاده از آن بتوان عملکرد دستگاه را در شرایط مختلف عملیاتی برای انواع مواد معدنی پیش‌بینی کرد. برای این منظور آزمایش‌ها در سه مرحله به منظور تهیه تابع مدل جرم مواد باقیمانده در کاسه، جدایش اجزاء خوراک دوجزئی و جدایش اجزاء خوراک چندجزئی انجام شد. جابجایی ذره در کاسه جداکننده نلسون به تعادل دینامیکی نیروهای اصلی وارد شده به ذره شامل نیروی گریز از مرکز F_c، نیروی مقاومت سیال F_d و نیروی شناوری سیال F_b بستگی دارد که این نیروها تابعی از مشخصات ذره (اندازه و چگالی) و پارامترهای عملیاتی (فشار آب بستر سیال و سرعت چرخش کاسه) هستند. در این تحقیق، نیروی مقاومت سیال وارد شده به ذره در کاسه در حال چرخش نلسون به صورت حاصل‌ضرب فشار آب بستر سیال (P_w) در مساحت سطح مقطع یک ذره کروی (A_p) با قطر معادل اندازه ذره جامد تعریف شد. برای شبیه‌سازی کانی‌ها و دانه‌های دربرگیرنده ذرات طلا با چگالی‌های مختلف از پودر کوارتز، مگنتیت، روی، مس، فرومولیبدن، سرب و تنگستن استفاده شد. با تعریف نسبت جدید F_d?((F_c-F_b ) ) و با برازش تابع مدل ویبول بر روی داده‌های آزمایش‌ها، تابع مدل جرم مواد باقیمانده در کاسه تعیین شد و مشخص شد که در مواردی مقدار این نسبت کم‌تر از 23 است، پرشدگی کاسه اتفاق می‌افتد. با استفاده از این نتایج، مدل‌سازی جدایش اجزاء خوراک مصنوعی دوجزئی انجام شد. از مخلوط پودر کوارتز (به عنوان باطله) با مگنتیت، روی، فرومولیبدن، مس، سرب و تنگستن (به عنوان جزء باارزش) به منظور شبیه‌سازی خوراک مصنوعی دوجزئی حاوی کانی با چگالی مشابه در دانه‌بندی‌ها و نسبت‌های مختلف جزء باارزش در خوراک استفاده شد. با توجه به آزمایش‌های زیادی که انجام شد توابع مدل ساده و کاربردی جرم جزء باارزش و کوارتز بر حسب مشخصات ذره، پارامترهای عملیاتی و نسبت جزء باارزش در خوراک تهیه شد. انواع آزمایش‌های اعتبارسنجی، پیش‌بینی خوب توابع مدل جرم اجزاء خوراک مصنوعی دوجزئی بازیابی شده در کاسه را نشان داد. در ادامه، آزمایش‌ها بر روی خوراک مصنوعی چندجزئی که مخلوطی از کوارتز با پنج جزء باارزش (مگنتیت، روی، مس، سرب و تنگستن) انجام شد و تابع مدل جرم کوارتز و جزء باارزش بازیابی شده در کاسه بر حسب مشخصات ذره و شرایط عملیاتی تعیین شد و مقایسه نتایج به دست آمده از مدل‌سازی و آزمایش‌های انجام شده نشان‌دهنده تطابق خوب مدل تهیه شده از آزمایش‌های هر دو نوع خوراک مصنوعی دوجزئی و چندجزئی است. واژه‌های کلیدی: جداکننده نلسون، نیروهای گریز از مرکز، شناوری سیال و مقاومت سیال، مدل‌سازی جدایش
- Abstract
- The Knelson Concentrator (KC) is a gravity concentrating equipment that is usually used to recover gold from primary or alluvial deposits, heavy minerals and materials from placer ores and the products of grinding and flotation circuits. The goal of this thesis is to gain a better understanding of the separation process in this type of apparatus and modeling of minerals separation in laboratory scale so that it can be used to predict the separation performance of KC under different operating conditions for various types of minerals. For this purpose, experiments were carried out in three steps to provide the model of retained mass of material in the bowl, the component separation models of the two-component and the multi-component feeds. Particle motion in the Knelson concentrator bowl depends on the dynamic equilibrium among the main forces—the fluid drag force (F_d), the centrifugal force (F_c), and the buoyancy force (F_b)—which act on the particles in the concentrating bowl. They are functions of the material properties (size and density), as well as the operating condition parameters (fluidization water pressure and rotational speed). In this research, the fluid drag force experienced by a solid particle in the rotating bowl was estimated by the fluidization water pressure (P_w) multiplied by the projected area (A_p) of a spherical particle hydraulically equivalent to the solid particle. Quartz, magnetite, zinc, copper, ferromolybdenum, lead and tungsten powders were used in different sizes as minerals and particles including gold grains with the same density. By defining a new ratio of F_d?((F_c-F_b ) ) and Weibull model fitting on the experimental data, the retained mass of the different materials in the KC bowl was modelled. It was found that for F_d?((F_c-F_b ) ) values less than 23, overfilling occurs. Two-component synthetic feed separation was modeled using the above-mentioned results. The mixture of quartz (as gangue) and magnetite, zinc, ferromolybdenum, copper, lead and tungsten (as valuable component) powders were used to simulate minerals with the same densities in two-component synthetic feeds with various size fractions. Based on an extensive experimental database, practical and simple models were proposed as predictors of recovered mass of valuable components from tailings and the mass of quartz in the Knelson Concentrator as the functions of the material properties (size and density), operating condition parameters (fluidization water pressure and rotational speed) and the volumetric ratio of valuable component in the feed. The various types of validation experiments indicate that derived models are good predictors for recovery of the mass of components of two-component synthetic feed. Subsequently, experiments were carried out on a multi-component synthetic feeds containing the mixture of quartz with five valuable components (magnetite, zinc, copper, lead and tungsten). The models of the mass of quartz and valuable components recovered in the bowl were derived in terms of particle properties and operating conditions. Comparison of the results obtained from the model and experiments showed that the model predictions are in good agreement for both two-and-multi component synthetic feed types. Keywords: Knelson Concentrator, centrifugal, buoyancy and drag forces, separation modeling
