离心选矿机是一种通过离心力使矿物颗粒获得数倍甚至数百倍的重力加速度从而放大轻、重颗粒的比重差,使不同密度矿粒分离的一种选矿设备。该类设备具有处理量大、成本低、环境友好等优点而广泛应用于各大矿物选厂。但传统离心选矿机多应用于大密度矿物分选,对尾矿类有价组分与脉石密度差较小的矿物分选性能较差。针对此问题,本文以STLB20离心选矿机为原型,从微观颗粒作用关系角度出发,研究轻、重两组分颗粒在受到离心力与反冲水压力双向介质耦合作用下的分离规律,采用CFD仿真软件FLUENT对分离过程进行数值模拟,研究不同工艺参数、结构参数对分离性能的影响,优化设备结构,并进行仿真验证,探索适用于尾矿颗粒有价组分的分离、回收技术。论文研究工作包括以下内容:(1)对超重力分离原理及超重力分选设备的工作过程进行了研究,分析矿物颗粒在流场中的受力情况,建立颗粒超重力分离的动力学模型,明确不同密度颗粒在径向、轴向、切向的运动规律以及颗粒堆积对分离程度的影响,分析颗粒径向沉降末速度与颗粒状态的关系,研究反冲水压强、超重力强度、进料速度以及矿浆浓度对两组分颗粒分离的影响。(2)建立两组分颗粒在超重力与反向流化双向介质耦合作用下的有限元模型,通过FLUENT模拟研究颗粒在流场中的压力、径向速度、轴向速度及切向速度的分布规律;从微观角度揭示轻、重颗粒在分离过程中的运动、体积浓度分布规律。(3)研究分选锥转速与反冲水压力对颗粒分离性能的影响,得到:随着分选锥转速、反冲水压强增大,精矿中重颗粒的回收率呈现先增加后减小的趋势,表明通过合理匹配特定分离参数可获得较好的分离效果。(4)分析不同密度颗粒的运动、分布规律,优化富集槽和反向流化结构,并通过仿真验证结构改进的有效性。仿真结果表明改进后的梯形富集槽和环形缝隙反向流化结构对低密度差的两组分颗粒分离具有明显改善效果。论文的研究能够获得超重力环境下多密度颗粒的高效分离,可进一步丰富矿物加工的方法与实践,为我国尾矿的再利用技术提供良好的参考,具有广泛的应用前景。