摘要：所谓的流体力学，是一门专门研究像液体、气体等流体运动形态以及其运动规律和应用的学科。流体在力的作用下，其本身的物理性质会发生一定的变化，比如流体的固体壁面，流体和固体之间的相互作用，流体的压强、温度，还有流体的密度等等变量，都会发生变化。在选矿的过程中，有许多地方都会用到流体力学的知识，比如一些设备的设计，就是按照流体力学的原理来设计的，所以流体力学在选矿中起着极其重要的作用。本文就流体力学的特点做了详细的阐述，以及对流体力学在选矿中所存在的问题进行了深入的探讨。

　　前言

　　流体力学的发展起源于阿基米德，他是一位古希腊人，建立了液体平衡理论，在这个基础上，流体力学的运用才得以发展。而如今流体力学的应用范围越来越广泛，在空气动力学、电磁计算流体学、气液相流体学等方面都有十分重大的突破。

　　冶金和煤矿的生产都需要进行选矿，在工业生产上，选矿起着非常重要的作用。所谓选矿，就是通过化学或者是物理等方法把有用的矿物和无用的矿物分开，最终获取能够被生产中得以利用的矿物的过程。选择有用物料的方式分为两种情况。

　　一种是针对单体解离状态的，可以采用不同的选矿方法，把我们所需要的有用的矿物筛选出来;

　　另一种是针对不能达到单体解离状态的，这就需要将物料用机械破碎和磨碎的方法来取得当中的有用矿物。回看整个世界的选矿发展史，不难看出，流体力学在整个选矿发展过程中起到了不可替代的作用。众所周知，在工业生产上选矿的方法有很多，比如利用重力来进行筛除选矿，还有利用浮力来选矿等等。随着科技的发展，应用流体力学的原理来进行选矿，已经越来越普及，现在许多大型选矿机器都有流体力学的应用。也就是说，要进行高质量、高效率的选矿，流体力学的运用是必不可少的环节。

　　1.选矿中所用的设备

　　1.1旋流器

　　所谓的旋流器，在液体的分级分离中经常用到它。它的工作原理是利用离心的方法，使得不同质量不同密度的物质分离沉降。旋流器整体是一个圆锥形，采出来的矿浆通过管道进入旋流器内部，进入的矿浆在旋流器强大的离心力作用下，产生旋转。矿浆中含有不同质量和大小的矿物质颗粒，在旋流器离心力的作用下，大的矿物质颗粒和密度高的颗粒就被抛向旋流器内壁，在重力的作用下，这些颗粒靠着内壁逐渐的下沉，最后在旋流器的底部流出。而那些比较细小的颗粒和液体则经过溢流管口流出来。所以，矿浆经过旋流器，就把大的矿物颗粒和细小的矿物颗粒分离开来，离心力的筛选是很有效的，相比于重力场，它具有快速、高效、稳定分离的特点。目前的选矿旋流器主要有两种，

　　一是用水作为介质的水力旋流器，第二种就是专门配制的重介质液体，密度比水更高，以此作为介质的重介质旋流器。这两种旋流器的作用各不相同，

　　第一种是专门用于脱泥以及脱浮选药剂的水力旋流器，第二种是专门用于最后分选冶炼。旋流器的原理简单，但是液体在其内部的流动却是十分复杂的，这要涉及到流体力学中的湍流运动。所谓的湍流运动就是将流体的流动看作是一个三维空间内的运动，在这个三维空间内，任何一点的速度都可以分解成横向速度、纵向速度和切向速度。就是这样的运动特征和旋流器内复杂的边界，使得内部的流体力学并没有一定的规律可循，自然就没有具体的方法来研究，只能通过实际的测量来估算和分析。通过实际测量，旋流器内的运动实际是一个组合运动，它是通过自由涡和强制涡组合在一起共同形成的。在旋流器工作的时候，由于切向速度最大，导致了旋流器内壁的压力小于其中问的压力而形成一个负压区，空气从底部进入，旋流器中间区域就成了真空的空气柱。那些比较重的矿物质直接由旋流器内壁被分离了下来，从底部排出，那些轻的矿物质就由上面的口排出。

　　1.2浮选机

　　浮选矿物质实际就是利用浮力，将矿物质浮到水面来进行筛选。这就要求矿浆中必须要充满大量的气泡，必要时，还要在矿浆中添加一种捕收剂，这种药剂会作用在矿物质颗粒表面，使得矿粒的疏水性增加，利于捕收。有些矿粒是疏水性，而有些是亲水性的，疏水性的矿粒和产生的气泡相结合，由于浮力原因而浮出水面，那些清水性的矿粒则不会与气泡结合而下沉。产生气泡的方法有很多，一般采用机械搅拌和电解水来产生气泡。

　　1.3浮选柱

　　浮选柱也是一种专门用来选择矿物质的设备。浮选柱早在上世纪六十年代就开始应用，只不过由于气泡发生器设计的并不好，始终无法很好的产生气泡，就使得浮选柱并没有广泛的运用。浮选柱的气泡产生器位于柱体下端，矿物由上部倒入。其原理和上面介绍的浮选机差不多，也是通过重力和浮力的相互作用来实现矿粒的分离。所以气泡发生器才是浮选柱工作的关键所在，如果气泡发生器无法正常工作产生气泡，浮选柱也就无法分离矿物质。

　　2.流体力学在选矿设备中的应用

　　浮选机的工作原理是利用气泡产生的浮力和矿物质本身的重力实现矿粒分离，分离的过程中就需要大量的气泡，气泡发生器正是大量产生气泡的设备。通常我们都把气泡发生器分为两类，即外部发生器和内部发生器这两类。

　　外部气泡发生器也有两种，通常用的是气水喷射型。它是把压缩空气和水一起混合，通过喷头直接喷入浮选机内，再通过分流孔将水流分开，从而产生气泡。

　　顾名思义，内部气泡发生器是将有孔介质固定在浮选机内部，然后冲入空气，通过介质的孔向外喷出气泡。内部气泡发生器常常出现问题，原因在于有孔介质放在浮选机内部，很容易被矿粒堵塞和结垢，使浮选机无法正常工作，现在已经很少采用这种方法了。

　　上述两种气泡发生器都是以往一直被使用的。但毕竟它的结构太过复杂容易出现问题，而且能量消耗也不小。目前被广泛采用的是另一种更加先进的设备――微泡发生器。这种气泡发生器利用了流体力学的原理，首先流体在其内部分散开来，在后半段又重新成为连续相。微泡发生器动力消耗小，产生气泡效率高，矿化充分，而且使用寿命长，大大节省了维护费用。

　　目前较为先进的浮选机是德国制造的切向喷射浮选机，其也是利用流体力学的原理进行选料。它有两个槽室，一个收集精矿，一个用作分离室。矿浆沿着切线方向射入容器，从而产生旋转，和气泡结合的矿物质浮力大，向上运动。没有结合水的矿粒则向下沉降，最后通过底部排出。

　　3.分析

　　流体力学在选矿中起着极其重要的作用。随着采矿业的发展，流体力学也被广泛应用在选矿设备中，对矿的开采、选矿的发展起着至关重要的推动作用。像浮选机中的气泡发生器、旋流器这些设备，都是流体力学应用的典型。但是选矿中的流体力学应用还是比较局限的，仍然存在着诸多问题，像旋流器中的湍流运动，就是一个十分复杂的三维立体运动，其内部的运动规律还没有办法完全弄清楚。如果可以结合实验，将湍流运动的数据通过计算，用数值模拟来解决旋流器内部矿浆流动问题，就能大大推动湍流运动在选矿上的应用。