Effect of hydrodynamic forces on mineral particles trajectories in gravimetric concentrator type JIG

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Publisher
Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid
Date
2018-12-08
Abstract
Description
Hydrodynamic interaction is a sensitive process for gravity concentration equipment. Because of the nonlinearity and complexity of interaction dynamics due the solid particles and water, reliable mathematical models are needed to perform plant width design (PWD)-oriented tasks. To this end, in this paper we present a study of particle motion in a water oscillating flow subjected to a sinusoidal profile on a jig device, which is a high yield and high recovery gravimetric concentrator device widely used in minerals processing. A mathematical Eulerian-Lagrangian model (ELM) is used where fluid motion is calculated by solving the Navier-Stokes and continuity equations by a widely used numerical procedure call Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations algorithm (SIMPLE). The motion of individual particles is obtained by a forces balance applying the Newton’s second law of motion through the action of forces imposed by the water and gravity. Liquid-solid interactions forces are calculated by the mathematical Eulerian-Lagrangian model extended to a particle suspension having a wide size and density distribution. The calculation and comparison of Basset, pressure gradient and virtual mass forces with other forces (drag and buoyancy) acting on particle trajectories in water oscillating flows were carried out under turbulent regimen flow. It was found that Basset, pressure gradient and virtual mass forces have a significant effect on the particle’s trajectories affecting their subsequent stratification. Furthermore, the conditions under which these forces can be neglected in the jig’s hydrodynamic model were studied. The study demonstrates significant differences in the particle trajectories for various size and density distribution.
La interacción hidrodinámica es un proceso sensible para los equipos de concentración gravimétrica. Debido a la no linealidad y complejidad de la interacción dinámica de las partículas sólidas y el agua, se necesitan modelos matemáticos confiables para desarrollar tareas de diseño total de planta (DTP). Para este fin, en este artículo se presenta un estudio del movimiento de partículas sometidas a un flujo pulsante para un perfil sinusoidal de agua en un jig, el cual es un equipo de concentración gravimétrica de alto rendimiento y alta recuperación, ampliamente utilizado en el procesamiento de minerales. Se utiliza el modelo matemático Euleriano- Lagrangiano (ELM), donde el movimiento del fluido se calcula mediante solución de las ecuaciones de Navier-Stokes y continuidad por medio de un procedimiento numérico ampliamente usado, llamado método semi-implicito para resolver las ecuaciones asociadas a la presión (SIMPLE). El movimiento individual de las partículas se obtiene por medio de un balance de fuerzas aplicando la segunda ley de movimiento de Newton a través de la acción de las fuerzas impuestas por el fluido y la gravedad. Las fuerzas de interacción sólido- líquido se calculan mediante el modelo matemático, extendido a una suspensión de partículas que poseen distribución amplia de tamaño y densidad. Los cálculos y la comparación de las fuerzas de Basset, gradiente de presión y masa virtual con las otras fuerzas (arrastre y empuje) que actúan sobre la trayectoria de las partículas en flujo de agua oscilatorio se llevaron a cabo para régimen de flujo turbulento. Se encontró que las fuerzas de Basset, gradiente de presión y masa virtual tienen un efecto significativo sobre la trayectoria de las partículas que ingresan al jig, influenciando su posterior concentración. Además, se determinaron, las condiciones bajo las cuales estas fuerzas pueden despreciarse en el modelo hidrodinámico del jig. El estudio mostró diferencias significativas en la trayectoria de las partículas para diferentes distribuciones de tamaño y densidad.
Titulo del recurso fuente
Keywords
Solid-liquid interaction, Gravimetric concentration, Numerical simulation, High density suspensions, Eulerian-Lagrangian model
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