摘要
菱镁矿是我国的优势矿产资源，菱镁矿矿石的组元矿物是以菱镁矿（MgCO3）为主，常含有少量或微量的白云石、方解石等杂质矿物。组元矿物的高效分选是菱镁矿工业应用的前提，现有方法主要包括浮选法、重选法、磁选法、电选法等，由于菱镁矿矿石组元矿物的物理性质相近，现有方法存在分选效果差、环境污染等问题。摩擦静电分选技术近年来被证明可以有效解决上述问题，但是菱镁矿组元矿物的摩擦带电机理尚不明确。本文针对菱镁矿组元矿物碳酸镁的摩擦荷电特性开展研究，利用气固两相流方法研究气流带动下碳酸镁颗粒的荷电过程，并设计实验验证，为菱镁矿的摩擦电选工艺过程提供数据和理论支持。 本文基于上述背景，以菱镁矿主要成分碳酸镁为研究对象，对在气流带动下摩擦荷电过程中气固两相流运动特性及摩擦荷电特性进行分析。主要研究内容和结果如下： （1）建立基于摩擦荷电特性的颗粒作用力理论模型，明确碳酸镁颗粒摩擦荷电过程包括接触过程和电荷转移过程。以离散元模型和电容充电模型为基础对摩擦荷电过程进行数学建模，建立颗粒接触力模型与电容充电模型的关系，为碳酸镁颗粒摩擦荷电计算模块的编写提供了理论基础。 （2）碳酸镁颗粒摩擦荷电仿真研究，在理论模型的基础上，编写适用于碳酸镁颗粒摩擦荷电仿真的计算模块。以滑槽摩擦荷电装置为研究对象进行仿真研究，结果表明碳酸镁颗粒荷质比随给料量的增加而减小，随滑槽倾斜角度的增加而减小，并进行实验验证，在相同的条件下，仿真结果与实验结果具有相同的变化趋势，为进行气固两相流中碳酸镁颗粒气流摩擦荷电特性的仿真研究提供了基础。 （3）利用气固两相流分析方法对碳酸镁颗粒气流摩擦荷电动力学特性进行仿真研究，以波浪式气流摩擦荷电器为仿真模型，利用摩擦荷电计算模块结合CFD-DEM数值模拟方法，仿真研究碳酸镁颗粒气流摩擦荷电特性。结果表明，内部气流速度和颗粒运动主要受x轴方向速度和y轴方向速度影响，碳酸镁颗粒荷质比随入口气流速度的增大而增加，随给料量的增加而减小。 （4）气流带动碳酸镁颗粒摩擦荷电实验研究，得到碳酸镁颗粒荷质比随入口气流速度的增加而增加，随给料量的增加而减小，变化趋势与仿真结果一致。搭建高速摄像拍摄平台，实际观察单个碳酸镁颗粒在气流摩擦荷电器内运动状态，在20m/s和25m/s的入口气流速度条件下，实验拍摄到的单个碳酸镁颗粒运动轨迹基本一致，与波浪式摩擦板的形状比较相似，实验颗粒运动轨迹与仿真颗粒运动轨迹也基本吻合。
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