ЗАСТОСУВАННЯ МАТЕМАТИЧНОГО АПАРАТУ ОБЧИСЛЮВАЛЬНОЇ ГІДРОДИНАМІКИ ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ ГРАВІТАЦІЙНОГО ЗБАГАЧЕННЯ МАГНЕТИТОВИХ РУД У СПІРАЛЬНИХ СЕПАРАТОРАХ

Анотація

На прикладі визначення швидкості вільного та стисненого падіння частинок встановлена можливість використання методів обчислювальної гідродинаміки для моделювання процесу осадження мінеральних частинок у рідині та визначення швидкості їх падіння. Показано, що ефективність розділення у спіральних сепараторах суттєво залежить від взаємозв’язку розміру та густини частинок. Збільшення діаметра частинок зменшує вплив турбулентних коливань потоку, що сприяє стабілізації їх траєкторій і забезпечує більш чіткий поділ фракцій. Проведене чисельне моделювання із застосуванням методу скінченних елементів (FEM) у середовищі FreeFEM++ дало змогу визначити гідродинамічні та кінематичні характеристики потоку, які можуть бути використані для оптимізації конструктивних параметрів та режимів роботи спіральних сепараторів задля підвищення селективності процесу гравітаційного збагачення магнетитових руд. Побудова тривимірної моделі потоку відкрила можливості для детального аналізу зон турбулентності, локального збагачення та розподілу концентрацій по ширині каналу. Такі дослідження можуть бути розширені у програмних комплексах OpenFOAM або COMSOL, що підтримують обмін даними з FreeFEM++ через формат mesh-файлів. Результати моделювання були підтверджені фізичними експериментами на спіральному сепараторі СВШ-2-1000, який має параболічну геометрію поперечного перерізу, та сепараторі лабораторного масштабу з профілем поперечного перерізу у вигляді кривої слабко похилої. Лабораторний сепаратор забезпечує отримання концентрату з вищими показниками виходу, вмісту та вилучення магнетиту (до 85,4 %). Втрати магнетиту з хвостами становили 12,5 % для лабораторного апарата СВШ-2-1000 і не перевищували 3 %. Отримані результати свідчать про високу узгодженість чисельних розрахунків і експериментальних даних. Підтверджують перспективність використання обчислювальної гідродинаміки для дослідження та оптимізації процесів гравітаційного збагачення у спіральних сепараторах.