摘要：

所謂的流體力學，是一門專門研究像液體、氣體等流體運動形態(tài)以及其運動規(guī)律和應用的學科。流體在力的作用下，其本身的物理性質(zhì)會發(fā)生一定的變化，比如流體的固體壁面，流體和固體之間的相互作用，流體的壓強、溫度，還有流體的密度等等變量，都會發(fā)生變化。在選礦的過程中，有許多地方都會用到流體力學的知識，比如一些設(shè)備的設(shè)計，就是按照流體力學的原理來設(shè)計的，所以流體力學在選礦中起著極其重要的作用。本文就流體力學的特點做了詳細的闡述，以及對流體力學在選礦中所存在的問題進行了深入的探討。

前言

流體力學的發(fā)展起源于阿基米德，他是一位古希臘人，建立了液體平衡理論，在這個基礎(chǔ)上，流體力學的運用才得以發(fā)展。而如今流體力學的應用范圍越來越廣泛，在空氣動力學、電磁計算流體學、氣液相流體學等方面都有十分重大的突破。

冶金和煤礦的生產(chǎn)都需要進行選礦，在工業(yè)生產(chǎn)上，選礦起著非常重要的作用。所謂選礦，就是通過化學或者是物理等方法把有用的礦物和無用的礦物分開，最終獲取能夠被生產(chǎn)中得以利用的礦物的過程。選擇有用物料的方式分為兩種情況。

一種是針對單體解離狀態(tài)的，可以采用不同的選礦方法，把我們所需要的有用的礦物篩選出來；

另一種是針對不能達到單體解離狀態(tài)的，這就需要將物料用機械破碎和磨碎的方法來取得當中的有用礦物?；乜凑麄€世界的選礦發(fā)展史，不難看出，流體力學在整個選礦發(fā)展過程中起到了不可替代的作用。眾所周知，在工業(yè)生產(chǎn)上選礦的方法有很多，比如利用重力來進行篩除選礦，還有利用浮力來選礦等等。隨著科技的發(fā)展，應用流體力學的原理來進行選礦，已經(jīng)越來越普及，現(xiàn)在許多大型選礦機器都有流體力學的應用。也就是說，要進行高質(zhì)量、高效率的選礦，流體力學的運用是必不可少的環(huán)節(jié)。

1.選礦中所用的設(shè)備

1.1旋流器

所謂的旋流器，在液體的分級分離中經(jīng)常用到它。它的工作原理是利用離心的方法，使得不同質(zhì)量不同密度的物質(zhì)分離沉降。旋流器整體是一個圓錐形，采出來的礦漿通過管道進入旋流器內(nèi)部，進入的礦漿在旋流器強大的離心力作用下，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。礦漿中含有不同質(zhì)量和大小的礦物質(zhì)顆粒，在旋流器離心力的作用下，大的礦物質(zhì)顆粒和密度高的顆粒就被拋向旋流器內(nèi)壁，在重力的作用下，這些顆粒靠著內(nèi)壁逐漸的下沉，最后在旋流器的底部流出。而那些比較細小的顆粒和液體則經(jīng)過溢流管口流出來。所以，礦漿經(jīng)過旋流器，就把大的礦物顆粒和細小的礦物顆粒分離開來，離心力的篩選是很有效的，相比于重力場，它具有快速、高效、穩(wěn)定分離的特點。目前的選礦旋流器主要有兩種，

一是用水作為介質(zhì)的水力旋流器，第二種就是專門配制的重介質(zhì)液體，密度比水更高，以此作為介質(zhì)的重介質(zhì)旋流器。這兩種旋流器的作用各不相同，

第一種是專門用于脫泥以及脫浮選藥劑的水力旋流器，第二種是專門用于最后分選冶煉。旋流器的原理簡單，但是液體在其內(nèi)部的流動卻是十分復雜的，這要涉及到流體力學中的湍流運動。所謂的湍流運動就是將流體的流動看作是一個三維空間內(nèi)的運動，在這個三維空間內(nèi)，任何一點的速度都可以分解成橫向速度、縱向速度和切向速度。就是這樣的運動特征和旋流器內(nèi)復雜的邊界，使得內(nèi)部的流體力學并沒有一定的規(guī)律可循，自然就沒有具體的方法來研究，只能通過實際的測量來估算和分析。通過實際測量，旋流器內(nèi)的運動實際是一個組合運動，它是通過自由渦和強制渦組合在一起共同形成的。在旋流器工作的時候，由于切向速度最大，導致了旋流器內(nèi)壁的壓力小于其中問的壓力而形成一個負壓區(qū)，空氣從底部進入，旋流器中間區(qū)域就成了真空的空氣柱。那些比較重的礦物質(zhì)直接由旋流器內(nèi)壁被分離了下來，從底部排出，那些輕的礦物質(zhì)就由上面的口排出。

1.2浮選機

浮選礦物質(zhì)實際就是利用浮力，將礦物質(zhì)浮到水面來進行篩選。這就要求礦漿中必須要充滿大量的氣泡，必要時，還要在礦漿中添加一種捕收劑，這種藥劑會作用在礦物質(zhì)顆粒表面，使得礦粒的疏水性增加，利于捕收。有些礦粒是疏水性，而有些是親水性的，疏水性的礦粒和產(chǎn)生的氣泡相結(jié)合，由于浮力原因而浮出水面，那些清水性的礦粒則不會與氣泡結(jié)合而下沉。產(chǎn)生氣泡的方法有很多，一般采用機械攪拌和電解水來產(chǎn)生氣泡。

1.3浮選柱

浮選柱也是一種專門用來選擇礦物質(zhì)的設(shè)備。浮選柱早在上世紀六十年代就開始應用，只不過由于氣泡發(fā)生器設(shè)計的并不好，始終無法很好的產(chǎn)生氣泡，就使得浮選柱并沒有廣泛的運用。浮選柱的氣泡產(chǎn)生器位于柱體下端，礦物由上部倒入。其原理和上面介紹的浮選機差不多，也是通過重力和浮力的相互作用來實現(xiàn)礦粒的分離。所以氣泡發(fā)生器才是浮選柱工作的關(guān)鍵所在，如果氣泡發(fā)生器無法正常工作產(chǎn)生氣泡，浮選柱也就無法分離礦物質(zhì)。

2.流體力學在選礦設(shè)備中的應用

浮選機的工作原理是利用氣泡產(chǎn)生的浮力和礦物質(zhì)本身的重力實現(xiàn)礦粒分離，分離的過程中就需要大量的氣泡，氣泡發(fā)生器正是大量產(chǎn)生氣泡的設(shè)備。通常我們都把氣泡發(fā)生器分為兩類，即外部發(fā)生器和內(nèi)部發(fā)生器這兩類。

外部氣泡發(fā)生器也有兩種，通常用的是氣水噴射型。它是把壓縮空氣和水一起混合，通過噴頭直接噴入浮選機內(nèi)，再通過分流孔將水流分開，從而產(chǎn)生氣泡。

顧名思義，內(nèi)部氣泡發(fā)生器是將有孔介質(zhì)固定在浮選機內(nèi)部，然后沖入空氣，通過介質(zhì)的孔向外噴出氣泡。內(nèi)部氣泡發(fā)生器常常出現(xiàn)問題，原因在于有孔介質(zhì)放在浮選機內(nèi)部，很容易被礦粒堵塞和結(jié)垢，使浮選機無法正常工作，現(xiàn)在已經(jīng)很少采用這種方法了。

上述兩種氣泡發(fā)生器都是以往一直被使用的。但畢竟它的結(jié)構(gòu)太過復雜容易出現(xiàn)問題，而且能量消耗也不小。目前被廣泛采用的是另一種更加先進的設(shè)備——微泡發(fā)生器。這種氣泡發(fā)生器利用了流體力學的原理，首先流體在其內(nèi)部分散開來，在后半段又重新成為連續(xù)相。微泡發(fā)生器動力消耗小，產(chǎn)生氣泡效率高，礦化充分，而且使用壽命長，大大節(jié)省了維護費用。

目前較為先進的浮選機是德國制造的切向噴射浮選機，其也是利用流體力學的原理進行選料。它有兩個槽室，一個收集精礦，一個用作分離室。礦漿沿著切線方向射入容器，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，和氣泡結(jié)合的礦物質(zhì)浮力大，向上運動。沒有結(jié)合水的礦粒則向下沉降，最后通過底部排出。

3.分析

流體力學在選礦中起著極其重要的作用。隨著采礦業(yè)的發(fā)展，流體力學也被廣泛應用在選礦設(shè)備中，對礦的開采、選礦的發(fā)展起著至關(guān)重要的推動作用。像浮選機中的氣泡發(fā)生器、旋流器這些設(shè)備，都是流體力學應用的典型。但是選礦中的流體力學應用還是比較局限的，仍然存在著諸多問題，像旋流器中的湍流運動，就是一個十分復雜的三維立體運動，其內(nèi)部的運動規(guī)律還沒有辦法完全弄清楚。如果可以結(jié)合實驗，將湍流運動的數(shù)據(jù)通過計算，用數(shù)值模擬來解決旋流器內(nèi)部礦漿流動問題，就能大大推動湍流運動在選礦上的應用。