高淑玲,孟令國(guó),魏德洲，宋振國(guó),袁俊

1.東北大學(xué) 資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110819；2.礦物加工科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室,北京 100160；3.北京礦冶科技集團(tuán)有限公司,北京 100160

前言

作為利用離心力與重力復(fù)合力場(chǎng)的典型重選設(shè)備，螺旋溜槽憑借獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的分選性能[1]在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)得到了廣泛應(yīng)用[2-4]。隨著優(yōu)質(zhì)礦產(chǎn)資源匱乏程度的加劇以及生產(chǎn)環(huán)保要求的不斷提高，加強(qiáng)對(duì)物料重選的過程調(diào)控從而促進(jìn)生產(chǎn)質(zhì)效提升，不失為一種可行的重要途徑。

自1941年問世以來，研究及工程技術(shù)人員圍繞螺旋溜槽分選理論、工藝與設(shè)備等方面開展了大量卓有成效的研究與實(shí)踐，理論脈絡(luò)逐漸清晰，研究視角及試驗(yàn)手段日趨多元，為進(jìn)一步發(fā)揮復(fù)合力場(chǎng)分選的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)創(chuàng)造了條件。

1 螺旋溜槽流場(chǎng)特性研究進(jìn)展

從動(dòng)力學(xué)角度，分選物料處于螺旋溜槽所創(chuàng)造的回轉(zhuǎn)流場(chǎng)中，依據(jù)運(yùn)動(dòng)差異實(shí)現(xiàn)分離。當(dāng)顆粒組成一定時(shí)，重選分離效果從根本上取決于顆粒所處的流體力場(chǎng)特性。因此深層次研究螺旋溜槽流場(chǎng)特性是十分必要的。采用計(jì)算流體力學(xué)方法(computational fluid dynamics，簡(jiǎn)稱CFD)對(duì)分選流場(chǎng)進(jìn)行模擬計(jì)算是當(dāng)前流場(chǎng)研究的一個(gè)重要手段[5-9]。

印度的Kapur和美國(guó)的Meloy[10]對(duì)螺旋溜槽的幾何參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)描述，研究了用于各種水文流態(tài)的冪次定律對(duì)螺旋溜槽流場(chǎng)模擬的適應(yīng)性，旨在開發(fā)可用于模擬和工業(yè)型螺旋溜槽設(shè)計(jì)的有效模型。研究結(jié)果表明，在所檢驗(yàn)的四個(gè)冪次定律中，采用過渡流和混合流的冪次定律來模擬螺旋溜槽流場(chǎng)最為適宜，水面線輪廓、流速、水深和流量等流場(chǎng)特征參數(shù)都獲得了比較準(zhǔn)確的描述。

Jain[11]對(duì)螺旋槽內(nèi)的流體質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行受力分析，嘗試解釋不同作用力對(duì)二次環(huán)流產(chǎn)生的原因，他認(rèn)為在流場(chǎng)截?cái)嗝鎯?nèi)存在一條徑向方向上受力為零的線，高于此線時(shí)離心力作用較強(qiáng)，流體易向外緣流動(dòng)，反之則重力作用較強(qiáng)，流體易向內(nèi)緣流動(dòng)。該研究對(duì)于加深理解二次環(huán)流的產(chǎn)生及其流動(dòng)形式具有參考價(jià)值。

澳大利亞新南威爾士大學(xué)的Matthews等人[12]利用RNGk-ε湍流模型和VOF方法模擬螺旋溜槽流場(chǎng)，可以獲得水流橫向剖面輪廓、主流速度分布、水深分布、不同徑向位置的雷諾數(shù)變化曲線、不同水深處的速度等數(shù)值特征。研究表明，當(dāng)給礦量為6 m3/h時(shí)，螺旋溜槽上的自由表面充分發(fā)展，通過模擬獲得的在不同徑向距離處的水深值與試驗(yàn)值非常接近，除了在溜槽外端出現(xiàn)的5.5 mm、7.8 mm和10.3 mm，比對(duì)應(yīng)的測(cè)試值6.5 mm、9.0 mm和14.0 mm低以外，其它位置的模擬結(jié)果都是非常令人滿意的；水深隨徑向距離的變化曲線也與認(rèn)識(shí)一致，即水流深度沿徑向從內(nèi)向外逐漸增加，邊壁對(duì)水流的影響越來越小，因此流速?gòu)膬?nèi)向外也不斷增大，流態(tài)由層流逐漸發(fā)展為過渡流和紊流；數(shù)值模擬所獲得的二次環(huán)流特征也與試驗(yàn)現(xiàn)象基本一致。

在國(guó)內(nèi)，作者[13-14]采用流場(chǎng)測(cè)試與CFD數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法，對(duì)螺旋溜槽流場(chǎng)進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)φ300 mm螺旋溜槽中的流場(chǎng)特征為：水流主要在外緣匯聚，水流厚度由內(nèi)向外呈現(xiàn)先逐漸增大、后急劇增大、在近邊壁處又降低的特征；水流速度由槽底向水層表面逐漸增加，在水層表面達(dá)到最大值，且在某一水深處逐漸趨于平穩(wěn)，該水深值因所處徑向位置而異，數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)趨勢(shì)一致；水流湍動(dòng)能由槽底向水層表面逐漸降低，在槽底各徑向位置的湍動(dòng)能差別相對(duì)較小，而越靠近水層表面這種差別越大；在螺旋溜槽中存在明顯的橫向二次環(huán)流，徑向流速的分界點(diǎn)亦因徑向位置不同而異。

江西理工大學(xué)李華梁、劉惠中等[15]采用RNGk-ε湍流模型對(duì)φ600mm螺旋選礦機(jī)中的水流進(jìn)行數(shù)值模擬，清晰顯示了流膜沿徑向的鋪展?fàn)顟B(tài)、流速和環(huán)流強(qiáng)度的差異：在靠近內(nèi)緣的精礦區(qū)和部分中礦區(qū)，水流速度很慢，流場(chǎng)為層流，環(huán)流作用很微弱；在靠近外緣的尾礦區(qū)，水流速度很快，流場(chǎng)為紊流，松散礦層的作用很明顯，環(huán)流作用也更強(qiáng)烈。

相似研究還包括，王春光[16]采用k-ε湍流模型對(duì)圓管中的螺旋流場(chǎng)進(jìn)行模擬計(jì)算，研究發(fā)現(xiàn)在流場(chǎng)中存在二次流動(dòng)現(xiàn)象，同時(shí)圓管螺旋流軸向速度的數(shù)模結(jié)果與PIV實(shí)測(cè)結(jié)果吻合較好，進(jìn)一步證實(shí)了計(jì)算模型的準(zhǔn)確性；張志雁等人[17]采用RSM模型對(duì)矩形截面螺旋管道紊流中的二次流進(jìn)行數(shù)值模擬，在矩形螺旋管道的不同管軸半徑連接面上發(fā)現(xiàn)一對(duì)明顯的二次渦，它們處于中心略微偏向外邊壁的位置，但隨著雷諾數(shù)的增大，二次渦的位置變化不大。

2 螺旋溜槽流場(chǎng)中顆粒運(yùn)動(dòng)研究進(jìn)展

對(duì)于顆粒流的數(shù)值模擬，主要包括多相流方法和離散元法。根據(jù)流體力學(xué)理論，多相流方法包括歐拉-歐拉法和歐拉-拉格朗日法2大類[18]。兩種方法的區(qū)別在于，前者將固體顆粒視為流體，而后者則將其視為分散相，從這一點(diǎn)來講，采用拉格朗日法模擬顆粒運(yùn)動(dòng)行為更符合其物理性質(zhì)，而且它能夠捕捉每一個(gè)顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡，然而它僅適于固相體積分?jǐn)?shù)較低的稀疏顆粒流。與拉格朗日法相比，歐拉法則可以處理固相體積分?jǐn)?shù)較高的流場(chǎng)，但它不適于模擬運(yùn)動(dòng)行為復(fù)雜的顆粒流，難以捕捉到顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡。離散元法是一種處理非連續(xù)體受力問題的數(shù)值模擬方法，由于考慮了顆粒間的相互作用，因此從某種角度講，通過它可以更準(zhǔn)確地獲得顆粒的受力、空間位置、速度、能量變化等信息。

埃及的Doheim等人[19]基于歐拉法和湍流模型，對(duì)螺旋溜槽中的顆粒流進(jìn)行數(shù)值模擬，重點(diǎn)研究了顆粒的運(yùn)動(dòng)速度、分布和濃度等特征，并將顆粒流特性的預(yù)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示兩種試驗(yàn)研究結(jié)果具有良好的一致性，其中以采用RNG k-ε湍流模型-歐拉法所獲得的預(yù)測(cè)結(jié)果最為準(zhǔn)確，而且此湍流模型的運(yùn)行時(shí)間也最為適度。因此應(yīng)用該數(shù)值方法模擬螺旋溜槽中的顆粒流是可靠的，可將之作為解決工業(yè)上類似問題的參考。

韓國(guó)的Kwon[20]等人利用基于歐拉-拉格朗日的光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)(Smoothed Particle Hydrodynamics，簡(jiǎn)稱SPH)成功地模擬了橢圓槽面螺旋溜槽中的液固兩相流，通過數(shù)值模擬得出實(shí)現(xiàn)最大分離效率所需要的溜槽高度、下傾角和剖面曲率。他們利用其他文獻(xiàn)中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及作者進(jìn)行的微型HSC試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，研究表明模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果一致。這些研究可望在未來的螺旋溜槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和操作條件優(yōu)化中發(fā)揮作用。

在國(guó)內(nèi)，作者在對(duì)φ300 mm螺旋溜槽進(jìn)行流場(chǎng)模擬的基礎(chǔ)上，通過基于拉格朗日法的離散相模型(Discrete Phase Model，簡(jiǎn)稱DPM)，對(duì)顆粒在螺旋溜槽中的運(yùn)動(dòng)行為進(jìn)行模擬[13]，探討了顆粒密度、螺距、給礦量對(duì)顆粒運(yùn)動(dòng)行為的影響。結(jié)果表明，在相同的流場(chǎng)條件下，顆粒運(yùn)動(dòng)速度極值與其密度大小呈負(fù)相關(guān)；增大螺距可使顆粒的運(yùn)動(dòng)速度明顯增加，其對(duì)高密度顆粒的影響更大，有利于加速顆粒分帶；給礦量增大后，顆粒運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)性增大，尤其對(duì)低密度顆粒的影響更為明顯，分帶延遲，不利于分選過程進(jìn)行。

江西理工大學(xué)劉祚時(shí)、趙南琪等人[21]則是在φ600 mm螺旋選礦機(jī)流場(chǎng)模擬的基礎(chǔ)上，利用離散相模型建立了螺旋溜槽顆粒分選模型，分析了分選效果與礦物顆粒比重及粒度的關(guān)系，查明了礦物顆粒的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。研究表明數(shù)值模擬結(jié)果與理論研究相吻合，驗(yàn)證了螺旋溜槽重選分離原理，更加證明了數(shù)值模擬的可靠性。

印度的Mishra和Tripathy[22]采用離散元法模擬螺旋溜槽中的顆粒流(顆粒半徑為5 mm和2.5 mm)，可以計(jì)算得出當(dāng)分離器置于不同位置時(shí)顆粒的分離效率。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)其徑向距離為0.15 m、螺旋高度在螺旋排料口以上0.25 m時(shí)，分離效率達(dá)到最大值38.72%，即最大分離效率在螺旋溜槽的第四圈末實(shí)現(xiàn)。同時(shí)將在0.15 m徑向位置所得到的試驗(yàn)精礦品位與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，兩種方法所得精礦品位的平均值分別為56.67%和50.90%，數(shù)值模擬指標(biāo)偏低，數(shù)值試驗(yàn)精度需要進(jìn)一步提高。

總的來看，對(duì)于螺旋溜槽中顆粒行為的模擬計(jì)算，以采用基于歐拉-拉格朗日法的多相流模型為主流，借助于此類模型計(jì)算得出的顆粒行為與實(shí)測(cè)及理論分析也更為接近。離散元法則更多地用于毫米級(jí)物料的運(yùn)動(dòng)模擬，例如：東南大學(xué)的耿凡、袁竹林等人采用離散元方法，對(duì)球磨機(jī)內(nèi)部顆粒(直徑為3、4、5 mm)的混合運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行數(shù)值模擬，跟蹤球磨機(jī)內(nèi)的每一個(gè)顆粒，結(jié)合重力、摩擦力和碰撞力，建立了三維數(shù)學(xué)模型[23]；中國(guó)礦業(yè)大學(xué)趙啦啦基于軟球干接觸模型對(duì)振動(dòng)篩面上顆粒流(粒徑范圍2～15 mm)的篩分過程進(jìn)行了三維離散元法模擬研究，分析了煤料顆粒流在篩分過程中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和篩分效率的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律以及入料顆粒的粒度分布對(duì)篩分效率的影響[24]。

將計(jì)算流體力學(xué)與離散元法相結(jié)合也是研究流體中顆粒運(yùn)動(dòng)的一個(gè)常用方法，如張強(qiáng)強(qiáng)用此方法研究顆粒(粒徑范圍15～25 mm)在水中的沉降[25]，分析了單個(gè)顆粒在水流中沉降過程的拋石落距，結(jié)果表明大部分顆粒模型的拋石落距與試驗(yàn)結(jié)果比較接近，并且標(biāo)定顆粒模型的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)與試驗(yàn)結(jié)果是一致的，雖然仿真值與試驗(yàn)值有一定的誤差，但顆粒沉降過程中拋石落距的變化趨勢(shì)相同。Basavarajappa和Miskovic則是用此方法模擬浮選機(jī)中的液固兩相流[26]，重點(diǎn)考查了顆粒尺寸(1 mm和0.5 mm)和固體質(zhì)量濃度對(duì)流動(dòng)特性的影響，發(fā)現(xiàn)了葉輪尺寸及離底間隙對(duì)顆粒懸浮特性的顯著作用，研究結(jié)果非常有助于對(duì)分選動(dòng)力學(xué)過程的理解與調(diào)控，同時(shí)表明此數(shù)值方法能很好地適應(yīng)分選物料尺度。

3 相關(guān)測(cè)試技術(shù)應(yīng)用及研究進(jìn)展

數(shù)值模擬屬于虛擬現(xiàn)實(shí)的范疇，因此對(duì)數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證是一個(gè)不容忽視的問題。隨著檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，借助于先進(jìn)的流場(chǎng)測(cè)試手段以及實(shí)際物料分離試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)模擬所得的流場(chǎng)及分離指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證，無疑是適宜的。當(dāng)前最常用的流場(chǎng)測(cè)試方法主要是粒子圖像測(cè)速法和激光多普勒測(cè)速法。

粒子圖像測(cè)速法(Particle Image Velocimetry，簡(jiǎn)稱PIV)，是通過測(cè)量示蹤粒子在已知很短時(shí)間間隔內(nèi)的位移來間接地測(cè)量流場(chǎng)的瞬態(tài)速度分布。PIV技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是突破了激光多普勒測(cè)速儀等空間單點(diǎn)測(cè)量技術(shù)的局限性，能獲得平面流場(chǎng)的整體結(jié)構(gòu)和瞬態(tài)圖像，可在同一時(shí)刻記錄下整個(gè)流場(chǎng)的有關(guān)信息，并且可分別給出平均速度、脈動(dòng)速度及應(yīng)變率等。PIV與激光測(cè)速儀同樣是一種非接觸式的測(cè)量方法，不足是其測(cè)量精度比不上單點(diǎn)測(cè)量技術(shù)。無論何種形式的PIV，其速度測(cè)量都依賴于散布在流場(chǎng)中的示蹤粒子。若示蹤粒子有足夠高的流動(dòng)跟隨性，其運(yùn)動(dòng)就能夠真實(shí)地反映流場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此選擇高質(zhì)量的示蹤粒子對(duì)于PIV測(cè)得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)至關(guān)重要。

PIV應(yīng)用非常廣泛，如黃亞飛[27]采用PIV技術(shù)探討了在流量為0.93 m3/h的上升水流作用下、沙礫厚度為20 mm中的顆粒充分流態(tài)化時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；王勤輝等[28]則利用PIV技術(shù)測(cè)量了一個(gè)截面為200 mm×200 mm、高為4 m的冷態(tài)循環(huán)流化床內(nèi)的高濃度粒子的運(yùn)動(dòng)速度；阮曉東等[29]同樣采用PIV對(duì)氣固兩相流動(dòng)工況進(jìn)行測(cè)試，并考查了不同粒徑的固體顆粒、不同氣體流量以及不同入口位置對(duì)流場(chǎng)的影響；作者研究團(tuán)隊(duì)也利用PIV對(duì)φ50 mm水力旋流器內(nèi)水流速度分布進(jìn)行測(cè)定[30]，捕捉到了精確的渦流區(qū)域，為水力旋流器流場(chǎng)模擬提供了可靠判據(jù)。

激光多普勒測(cè)速儀(Laser Doppler Anemometry/Velocimetry，簡(jiǎn)稱LDA或LDV)作為非接觸測(cè)量的代表，由于采用激光測(cè)量，對(duì)于流場(chǎng)沒有干擾，測(cè)速范圍寬，而且由于多普勒頻率與速度是線性關(guān)系，和該點(diǎn)的溫度和壓力也沒有關(guān)系，因此是目前世界上速度測(cè)量精度最高的儀器，成為研究流場(chǎng)特性的主要方法。它已在航空、航天、機(jī)械、化工、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，如用于螺旋槳尾流場(chǎng)的霧場(chǎng)特性研究、因溫度過高不適合接觸測(cè)量的火焰速度分布研究、激光多普勒測(cè)速儀車載組合導(dǎo)航系統(tǒng)、水下潛器的深海導(dǎo)航等[31-36]。

綜合國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，LDA(或LDV)測(cè)試數(shù)據(jù)的用途主要體現(xiàn)在兩方面，一是對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，再就是為模擬計(jì)算提供準(zhǔn)確的邊界條件。該測(cè)試技術(shù)使得從更微觀的角度研究物料分離過程成為可能，為流體動(dòng)力學(xué)研究及分選過程調(diào)控提供了非常有效的途徑。

4 螺旋溜槽結(jié)構(gòu)與操作參數(shù)研究動(dòng)態(tài)

螺旋溜槽的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)包括直徑、螺距、斷面形狀、圈數(shù)和長(zhǎng)度等[37-45]。

螺旋溜槽的直徑是設(shè)備的規(guī)格標(biāo)志，直接影響其處理能力和粒度回收下限，同時(shí)也是決定其它結(jié)構(gòu)參數(shù)的基礎(chǔ)。研究與生產(chǎn)結(jié)果表明，大直徑的螺旋溜槽(φ1000 mm或φ1200 mm以上)對(duì)粗粒級(jí)物料的處理最為有效；而處理細(xì)粒物料時(shí)則宜采用較小的螺旋直徑。

螺距是決定螺旋溜槽縱向傾角大小的結(jié)構(gòu)參數(shù)，它直接影響礦漿在螺旋溜槽內(nèi)的縱向流速和流層厚度，因此螺距必須選取適當(dāng)。選礦生產(chǎn)中使用的溜槽的距徑比(螺距與螺旋直徑之比)以0.4～0.8居多，但也有超出此參數(shù)范圍的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及相應(yīng)工業(yè)試驗(yàn)對(duì)比，比較典型的代表是張一敏等研制的超極限距徑比螺旋溜槽，即將距徑比降低到0.4以下，使溜槽坡度變緩，顯著提高了小密度差分選物料的分選效率。他們將距徑比為0.36的螺旋溜槽用于釩頁巖的預(yù)富集處理和細(xì)粒級(jí)磷灰石的重選作業(yè)中，取得了良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

在生產(chǎn)中，螺旋溜槽的斷面形狀與處理物料的粒度密切相關(guān)，尤其是螺旋溜槽橫截面的橫向傾角具有更重要的作用，因?yàn)樗诤艽蟪潭壬嫌绊懥说V流在槽面上的分布特性。研究與生產(chǎn)實(shí)踐表明，選別粒度不同的物料必須選取與之相應(yīng)的橫截面。選別粒度小于2 mm的物料，須選取有較大橫向傾角的橫截面，例如長(zhǎng)軸、短軸之比為21～41的橢圓形截面；對(duì)于粒度小于0.3 mm的細(xì)粒礦物或礦泥的選別，則應(yīng)該選取較小橫向傾角的橫截面，如立方拋物線和直線截面，這樣的槽底形狀比較平緩，分選分帶較寬，有利于細(xì)粒級(jí)物料的分選。

螺旋溜槽的長(zhǎng)度和圈數(shù)對(duì)物料運(yùn)行距離的影響顯著。經(jīng)驗(yàn)表明，使用不同長(zhǎng)度的螺旋溜槽對(duì)處理不同粒度的煤顆粒是有益的。圈數(shù)則應(yīng)據(jù)物料性質(zhì)而異，例如，處理易選礦石時(shí)僅需3～4圈即可，然而對(duì)難選礦石或微細(xì)粒級(jí)物料而言，圈數(shù)則需增加到5～6圈甚至更多。

為了適應(yīng)物料性質(zhì)、提高設(shè)備的處理能力和分選精度，螺旋溜槽不斷涌現(xiàn)出新的結(jié)構(gòu)和形式[46-54]，如復(fù)合曲線溜槽、旋轉(zhuǎn)溜槽、刻槽溜槽、格條溜槽、多段螺旋溜槽、磁力螺旋溜槽等，這些有針對(duì)性的結(jié)構(gòu)改進(jìn)使螺旋溜槽的分離性能顯著提高，為進(jìn)一步研究結(jié)構(gòu)參數(shù)與分離性能的相關(guān)性提供了非常有價(jià)值的參考。研究者們也嘗試分析了結(jié)構(gòu)變化對(duì)分選槽中流體流動(dòng)特性以及顆粒分選行為的影響，但由于檢測(cè)手段的限制和流場(chǎng)特性定量描述的缺乏，使得機(jī)理層面的分析有待于進(jìn)一步深入。

對(duì)于螺旋溜槽操作參數(shù)的研究，包括給礦濃度、給礦流量和給料性質(zhì)三個(gè)方面[38,55-58]。在物料分選過程中，三者密切相關(guān)。

研究與生產(chǎn)情況表明，處理粒度為2～0.2 mm的物料時(shí)，適宜的給礦濃度范圍為10%～35%(固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)；處理-0.2 mm粒級(jí)的物料時(shí)，粗選作業(yè)的適宜給礦濃度為30%～40%，精選作業(yè)的適宜給礦濃度為40%～60%。當(dāng)給礦濃度適宜時(shí)，給礦流量在較寬的范圍內(nèi)波動(dòng)對(duì)選別指標(biāo)影響不大。

此外，針對(duì)不同密度的入選物料，適宜的給礦濃度范圍具有一定差異。對(duì)于鎢礦選別，由于入選濃度太大，紊動(dòng)擴(kuò)散作用減弱，不利于礦泥分散，而當(dāng)入選濃度太低時(shí)又?jǐn)U散急劇，阻礙細(xì)粒重礦物沉降使其進(jìn)入螺旋外緣，降低回收率，故入選濃度的適宜范圍為20%～35%；對(duì)于錫礦，給礦質(zhì)量濃度在20%～35%范圍內(nèi)變化對(duì)選別指標(biāo)影響不大，相似的還有鐵尾礦，其適宜的給礦濃度為10%～20%，在此濃度范圍內(nèi)分選指標(biāo)也較為穩(wěn)定。

作者曾圍繞給礦濃度和給礦流量對(duì)螺旋溜槽分離性能的影響開展系統(tǒng)的試驗(yàn)研究[14]，考查了赤鐵礦和石英顆粒的分離指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)給礦濃度和給礦流量對(duì)不同性質(zhì)顆粒具有明顯的交互作用，但內(nèi)在的調(diào)控機(jī)制現(xiàn)階段還不明確，需要借助于有效途徑進(jìn)一步深化研究工作。

5 研究展望

通過以上文獻(xiàn)追蹤與分析，基于螺旋溜槽流場(chǎng)及其分離性能取得了大量成果，然而由于受多種因素的影響，截至目前所開展的研究工作及形成的認(rèn)識(shí)還遠(yuǎn)未達(dá)到指導(dǎo)分選過程調(diào)控的水平，今后需要在以下幾個(gè)方面加強(qiáng)研究工作：

(1)在眾多影響螺旋溜槽分離性能的結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)中，斷面幾何對(duì)螺旋溜槽流場(chǎng)特性具有決定作用，但相關(guān)研究還基本停留在“黑箱”模式，亟需深入到流體介質(zhì)行為層面，建立螺旋溜槽斷面形狀與其分離性能的相關(guān)性，為螺旋溜槽分離過程調(diào)控提供可靠依據(jù)。

(2)鑒于分選過程數(shù)值模擬的優(yōu)越性—受干擾小、過程參量全面，今后應(yīng)進(jìn)一步融合數(shù)值試驗(yàn)與實(shí)際試驗(yàn)方法，基于明渠流動(dòng)原理，確立高精度的螺旋溜槽流場(chǎng)與分離過程數(shù)值計(jì)算模型，為揭示結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)的作用規(guī)律奠定基礎(chǔ)。

(3)在查明螺旋溜槽中流層鋪展及流態(tài)分布狀態(tài)的基礎(chǔ)上，需進(jìn)一步廓清內(nèi)緣薄膜流、二次環(huán)流等特征流的分選作用，并據(jù)此設(shè)計(jì)針對(duì)特定給料與分離目標(biāo)的螺旋溜槽結(jié)構(gòu)參數(shù)，進(jìn)而驗(yàn)證流場(chǎng)特性與顆粒分離結(jié)果的相關(guān)性。