بررسی فرآیند خود رقیق‌کنی در تیکنرها با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی معدن و متالورژی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

2 دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه کاشان

10.29252/anm.2019.8929.1311

چکیده

تیکنرها از واحدهای کلیدی در کارخانه‌های فرآوری مواد معدنی هستند و برای جداسازی جامد از مایع استفاده می‌شوند. در پژوهش حاضر الگوی اختلاط فازهای پالپ و آب زلال در کانال مخلوط کننده موسوم به ایداک و تاثیر تغییر دبی بر فرآیند رقیق‌سازی قبل از ورود به چاهک خوراک در تیکنرهای مس میدوک با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی بررسی شده است. مطالعه رفتار سیالات با استفاده از مدلسازی معادلات پیوستگی و ناویر- استوکس توسط نسخه 5/14 نرم‌افزار فلوئنت انجام شده است. برای اعمال شرایط جریان آشفته از تابع کتابخانه‌ای k-ԑ و برای مطالعه جریان چند فازی از مدل اختلاط استفاده شده است. در این مطالعه رقت ورودی به چاهک خوراک توسط شبیه‌سازی صورت گرفته در شرایط عملیاتی کارخانه با دبی متوسط 45/605 مترمکعب بر ساعت، 51/19 درصد به دست آمده که تخمین قابل قبولی از وضعیت موجود است. در ادامه با تغییر دبی، نحوه اثرگذاری این پارامتر بر رقت پالپ ورودی به چاهک خوراک تعیین شده است. در شرایط افزایش دبی به 700 مترمکعب بر ساعت، میزان رقت به 51/28 درصد افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Study the Process of Self Dilution in Thickeners by Computational Fluid Dynamics

نویسندگان [English]

  • Ramin Rahimi 1
  • Aliakbar Abdollahzade 2
1 Dept. of Mining and Metallurgy, Amirkabir University of Technology, Iran
2 Dept. of Mining, Kashan University, Iran
چکیده [English]

Summary
Thickeners are the critical units in the hydrometallurgical processing operations and are used to separate solids from liquids. In the present study, the mixing pattern of pulp and clear water phases in the mixing duct known as E-DUC was calculated through computational fluid dynamics (CFD) and the effect of flow rate changes and solids content of the input feed on dilution before entering the feed well in Midouk copper thickener was studied. The flow rate and solids content of the feed under the operational conditions were 605.45 m3/h and 25%, respectively. Under these operational conditions, dilution of the feed flowing into the feed well was calculated 19.51 using simulations, which was an acceptable estimate of the actual dilution. Then, by changing the flow rate of the feed, the effect of this parameter on dilution of the pulp input to the feed well was determined. By increasing the flow rate to 700 m3/h, dilution levels rose to 28.5, respectively.
 
Introduction
One of the main methods of dewatering in mineral processing units is to settle the materials in the thickeners. Since studies have shown that reducing the concentration of the inlet pulp to the thickener is effective in improving its performance, often a mechanism has been used to increase the dilution of the inlet pulp, including the self-dilution system of the pulp using the clear water section at the top of the thickener. Given the powerful processors and the many advances that have been made in computational fluid dynamics, it is possible to simulate the performance of these structures in a thickener numerically.
 
Methodology and Approaches
The dynamic behavior of fluid was studied by modeling the continuity and Navier-Stokes equations in Fluent version 14.5. The k-ε library function was used to apply turbulent flow conditions and the mixture model was used to study multiphase flows.
 
Results and Conclusions
The simulation of the plant operating conditions by the model showed that due to the pressure drop around the nozzle, water enters the E-DUC channel. The dilution of pulp increases as a result of mixing the two phases of the pulp and water before entering the feed well. The result is in excellent compliance with the conditions in the thickener, which may indicate the accuracy of the obtained model. The simulation showed that with increasing the inlet feed flow, the dilution of the inlet pulp raised more than the current situation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Thickener
  • Meiduk Copper Complex
  • Self-Dilution
  • Computational Fluids Dynamics
  • Feed Well

در دهه‌های اخیر سیستم‌های نوین متعددی برای آبگیری باطله‌های کارخانه‌های کانه‌آرایی معرفی و در مقیاس صنعتی پیاده‌سازی شده‌اند. اهمیت روز افزون بازیابی و مدیریت آب در کارخانه‌ها، روند استفاده از فناوری جدید را شتاب بیشتری بخشیده است. با توجه به محدودیت آب در اغلب کارخانه‌های فرآوری مواد معدنی ایران بدیهی است که شناخت این فناوری و استفاده از آن می‌تواند نقش بسیار مهمی در بهره‌برداری بهینه از منابع موجود ایفا نماید]1[. یکی از اصلی‌ترین روش‌های آبگیری در واحدهای فرآوری مواد معدنی، ته­نشین کردن مواد در تیکنرها است. مکانیزم تیکنرها به این صورت است که دوغاب وارد یک چاهک خوراک مرکزی می­شود. چاهک خوراک بدین منظور قرار داده شده است که انرژی جنبشی جریان ورودی را کاهش داده و جریان را به منطقه اصلی تیکنر هدایت می­کند. جامدهای ته­نشین شده تشکیل یک بستر می­دهند و غلظت جامد در این بستر به سمت خروجی افزایش می­یابد. مایع عاری از جامد در مخازن جانبی جمع­آوری شده و از آنجا خارج می­شوند.

[1]           Saleh nasab, M. and R. Dehghan (2013). “Introducing new technologies used in the thickeners”. In first National Conference on Mining Technology of Iran (in Persian).

[2]           Banisi, S., & M.Yahyei (2008). Feed dilution-based design of a thickener for refuse slurry of a coal preparation plant. International Journal of coal preparatation and utilization ,28, 201-223.

[3]           Gupta, A., Yan, D.S. (2006). Introduction to Mineral Processing Design and Operation, Elsevier, Chapter 13. 406-410.

[4]           Moradi, A. and Sh. Hashemi (2015). "Optimization of Midok Copper Complex Thickeners Performance by Changing the Feed Well Geometry Using Computational Fluid Dynamics”. In 15th National Chemical Engineering Congress of Iran (in Persian).

[5]           Peloquin, G., Bui, R.T., Kocaefe, D., Simard, G. (2005). Modélisation mathématique de la décantation de la boue rouge. The Canadian Journal of Chemical Engineering, 83, 458-465.

[6]           Owen, A.T., Nguyen, T.V., Fawell, P.D. (2009). The effect of flocculant solution transport and addition conditions on feedwell performance in gravity thickener. International Journal of Mineral processing, 93, 115-127.

[7]           Nguyen, T., Heath, A.R., Witt, P. (2006). Population Balance-CFD modelling of fluid flow, solids distribution and flocculation in thickener feedwells. In Fifth International Conference on CFD in the Process Industries, Melbourne, Australia.

[8]           Aghajani, A., Soltani,A.,  Ebrahimzadeh, M., Mohebbi,A., Safari,A., Roholamini,M.H. (2012). The study of parameters affecting the solid-liquid separation in a laboratory thickener at Sarcheshmeh Copper Complex, 43-56.

[9]           Jokar, K. and A. Abdollahzadeh (2012). “Optimization of Parameters Affecting the Performance of Waste thickeners in the Meiduk Complex”. First World Copper Congress (in Persian).

[10]         Mula, A.L, Halbe D.N, Barrat D.J. (2002). Mineral processing plant design, practice and control, SME.

[11]         Miduk plant operation manual (1998). “Tailing thickeners”. (in Persian)