矿物加工专业知识与技能培训刘.

重力选矿Gravityconcentration主讲刘理根第1章重选基本理论1.1概述利用矿物的密度(粒度)差异，借助流体和一些机械力作用，提供适宜的松散分层条件，从而获得为不同密度的产品.重选的基本规律:松散—分层—分离重选三要素:矿粒间密度(粒度或形状)差机械力作用介质机械作用与介质的关系：机械作用是手段，介质运动是目的。1·矿粒间存在密度差是重选的基本条件矿粒的密度和粒度决定颗粒的重量，是推动颗粒在介质中运动的基本作用力。不同重量的矿粒在介质中所受重力,流体动力和其它机械力不同，其运动速度和运动轨迹也不同。矿物重选方法判断：E=(δ2－ρ)/(δ1－ρ)E值愈大，分选愈容易:E＞2.5容易.分选粒度d≥19μm38-19μm效果差E=2.5-1.75较易.分选粒度d≥38μm38-74μm效果差E=1.75-1.5中等d≥0.5mmE=1.5-1.25困难d＞2mm,且效果差E＜1.25极难,不宜重选.结论：具有足够密度差的物料，只有在有效分选粒度范围可以单体解离的矿物，才能采用重选方法。2·机械力是介质运动的能量源。重选过程不仅要在介质中进行，而且还必须在运动介质中进行矿粒在静止介质中不易松散，不同密度、粒度、形状矿粒位置不能互相转移，即使达到分层也亦难以实现分离。机械运动将作用力的特点传递至介质，使介质形成规律的运动状态。机械力为介质运动提供能量.3·介质是传递机械作用力的媒介同时完成产品运输重选的介质有水、空气和密度大于水的重介质介质的运动形式有:垂直上升和下降,沿斜面运动和作回转运动.其流态有匀速和变速.性质不同的矿粒在介质的浮力和阻力作用下，运动状态出现差别而达到分离。介质借助机械动力松散粒群，为分层创造条件，同时完成运输产物任务。矿粒基本运动形式：在介质中沉降①重力作用下的垂直沉降；②在斜面水流内的移动；③在振动与摇动下的析离；④细粒与运动介质一起钻过周围颗粒的空隙移向底层（钻隙）。1.2矿粒在介质中的自由沉降1、矿粒在介质中的重力自由沉降:单个矿粒在无限宽广的介质中沉降。是最简单的沉降形式，其运动状态主要受重力和阻力支配。此时矿粒所受重力（G0）等于它在真空中的重力（G）与浮力（F）之差，即G0＝G－Fm=V*δG0=m（δ-ρ）g/δg0=（δ-ρ）/δ当δρ时，g0=＋,矿粒下沉；δρ时，g0=－,矿粒上浮；δ=ρ时，g0=0,矿粒处于悬浮状态。2、介质对矿粒运动的阻力阻力产生的条件：矿粒与介质间的相对运动；阻力形成的原因：介质的内摩擦力阻力作用的方向：与矿粒相对于介质的运动速度方向相反。阻力产生的形式：由介质对矿粒的绕流流态确定。G0决定流体对矿粒绕流特点，因而也决定了阻力的形式.阻力的种类:粘性阻力(亦称摩擦阻力)和压差阻力.矿粒在介质中运动时,这两种阻力同时存在,只是不同情况下,各自所占比例不同.两种G0颗粒的绕流形态与沉降阻力形式粘性阻力G0小的颗粒以较低速度沉降,（a）介质平稳绕过颗粒，在背后平稳相合，由颗粒表面层向外，流层间出现速度梯度，形成内摩擦力，此种现象称层流绕流.以粘性阻力为主。压差阻力可不计。压差阻力：G0大颗粒沉降速度快（b）由于内摩擦力作用,在颗粒后方流体形成旋涡，而紧靠颗粒背后出现空隙，为紊流绕流.运动颗粒前后流体内部出现压力差，形成压差阻力。此时介质粘性阻力忽略不计。1.3矿粒在斜面流中的运动借斜面水流作用分选矿石的方法在重选工艺中占有重要地位，尤其在富集大宗低品位重矿物方面应用广泛。水流沿斜面的流动,是靠自身重力沿斜面作用引起的，为无压流动。阻碍水流运动的力是流层间的摩擦力和水流与斜槽底面及周边器壁间的摩擦力，另处还有空气摩擦阻力。斜面流的水层厚度依据处理矿石粒度的粗细而有不同：粗粒溜槽水层厚度10mm，给矿粒度5mm细粒溜槽水层厚度10mm，给矿粒度3-5mm矿泥溜槽水层厚度1-3mm，给矿粒度≤–0.074mm现在大量的斜面流选矿是以薄层水流处理细粒和微细粒矿石，称流膜选矿。与垂直流一样，斜面流也是一种松散分层的手段。水流的流动特性对矿石的松散—分层有较大的影响。1.3.1层流矿浆的松散作用力—层间斥力层流矿浆流膜内不存在旋涡扰动的扩散作用，矿物粒群如何获得松散，R.A.巴格诺尔德（Bagnold）指出悬浮体固体颗粒连续受到剪切运动的作用时，在垂直于剪切方向上将产生一种看斥力，使粒群具有向两则膨胀的倾向。这种层间斥力随剪切速度梯度的增大而增大，当它的大小足以克服颗粒在介质中所受的重力时，粒群即呈悬浮松散状态。1.3.2紊流粒群松散—紊动扩散作用紊流中流体质点沿程交换位置，其速度和方向发生变化，质点的扰动运动是松散床层的主要作用因素,称为紊动扩散作用。脉动速度是紊流层内流体速度的描述，是水流紊动性的主要特征之一，其中对松散底层作用的主要是法向脉动速度。1.3.3斜面中矿石的分选斜面流用于处理d＞2mm的矿石，分选的特点依靠轻—重矿物颗粒沿槽底的运动速度差分离。矿粒-水流推动沿斜槽运动-重力作用向槽底沿降。（1）粗颗粒：沿降速度脉动速度，快速沉至槽底然后沿底面滚动和滑动；（2）中颗粒：沉降速度≈脉动速度，不连续地跳跃运动，落地不稳定；（3）细颗粒：沿降速度脉动速度，随波逐流呈连续悬浮状态。第2章水力分级2.1概述水力分级：根据矿粒在运动介质中沉降速度的不同,将宽级别粒群分成若干窄粒度级别产物。水力分级与筛分的作用相同。二者产物特征的区别水力分级的方法：①介质垂直上升运动-矿粒沉降速度差异;②介质水平运动-沉降速度不同，而有不同的运动轨迹;③回转运动-颗粒离心力和重力不同分离。水力分级在选矿中的应用：①与磨矿闭路，减少过磨；②为某些作业原料分级给料;③脱泥、脱水；④实验室测定微细物料的粒度组成。水力分级与筛分分级的粒度特性2.2水力分析2.2.1沉降水析法沉降法中比较简单而又可靠的方法是淘析法,它的基本原理是利用逐步缩短沉降时间的方法，由细至粗将各粒级物料淘析出来。设预定的分级粒度为d，在水中自由沉降速度υ0按斯托克斯公式计算,则沉降h距离所需时间t为：t=h/υ0=hμ/[54.5d2（δ-ρ)]粒度不同,沉降时间也不同。2.2.2上升水流法上升水流法装置是连续水析器。利用相同的上升水量,在不同直径的分级管中产生不同的上升水速,粒度不同的矿粒按其不同沉降速度,分成若干粒级。该水析器一次可获得准确的74、37、19、10、-10μm产品.但耗时也长。2.2.3离心沉降法离心沉降法装置是串联旋流分级器，也称旋流水析器，结构由五个倒置（底流口垂直向上）水力旋流器互相串联并平行排列组成分级过程在离心力场中进行。旋流水析器内颗粒的径向沉降速度按斯托克斯公式计算,用离心加速度代替重力加速度。试样粒度74μm,用量少于100g,可一次获得多个产品。2.3水力分级设备2.3.1机械分级机具有提升运输沉砂机构的分级机称为机械分级机。机械分级与分级过程是借颗粒在水中的沉降速度差进行的。机械分级机主要与磨矿机配合，进行预先分级和检查分级，还可以用于含泥矿石的洗矿以及进行脱泥、脱水。根据运输沉砂机构的不同，机械分级机可分为螺旋分级机、耙式分级机和浮槽分级机等。螺旋分级机是利用转动的螺旋连续排出沉砂。它与后两者相比，具有构造简单、操作方便、分级槽的倾斜角度大等优点，便于同磨矿机作自流连接，故生产中一般均采用螺旋分级机螺旋分级机工作原理示意图螺旋分级机的三种液面示意图螺旋分级机与磨矿机配置2.3.2水力旋流器1.结构与工作原理:旋流器由空心圆拄体和圆锥体连接组成,圆柱体的直径代表旋流器的规格。在圆柱体中心插入一个溢流管，沿切线方向接有给矿管，在锥体下部留有沉砂（或称底流）口。矿浆在一定的压力下通过切向进料口给入旋流器，形成一个回转流。在旋流器中心处矿浆回转形成了一个低压带。此时通过沉砂口吸入空气，而在中心轴处形成一个低压空气柱。2.旋流器内矿浆的运动:矿浆在旋流器内既有切向回转运动，又有向内的径向运动，而靠近中心的矿浆又沿轴向向上（溢流管）运动，外围矿浆则主要向下（沉砂口）运动。所以它属于三维空间运动。在轴向，矿浆存在一个方向转变的零速点，连接各点在空间构成一近似锥形的面，称作零速包络面。以零速包络面为分界,粗细不同颗粒运动轨迹,形成两个相向运动的内外螺线流,沉降速度小，被向心力的液体流推动进入零速包络面，由溢流管排出成为溢流产物；而较粗颗粒则借较大离心力作用，保留在零速包络面外，最后由沉砂口排出，成为沉砂产物。零速包络面的位置大致决定了分级粒度。3.旋流器工作影响因素旋流器工作的影响因素:结构参数，操作条件和矿石性质。旋流器的直径D、给矿口直径dG和溢流口直径dy是处理量Q和分级粒度dF的主要结构参数。⑴旋流器直径D矿浆体积处理量与旋流器直径的大致关系为：Q∝D2矿浆流量增加，矿浆的向心流速亦增加，分级粒度变粗，将Q、dG和h均换算成D的比例值，则dF∝（Ｄ）1/2因此，粗粒分级用大直径旋流器；在细粒分级用小直径旋流器。如果后者处理能力不够时，可以将多台并联使用。（2）给矿管直径dG的影响给矿口的大小对处理能力，分离粒度以及分级效率均有一定影响。其直径与旋流器直径呈一定比例，大多dG=(0.08~0.25),给矿口的横断面形状以矩形为好。而纵断面常为图（a）所示的切线形。由于这种进料方式易使矿浆在进入旋流器时与器壁冲击产生局部旋涡影响分级效率。因此出现了图（b）的渐开线形及其他型式的给矿管。（3）溢流管直径dy的影响溢流管大小应与旋流器直径呈一定比例，一般为dy=(0.2~0.4)D。增大溢流管直径，溢流量增加，溢流粒度变粗，沉砂中粒级减小，沉砂浓度增加。（4）沉砂口直径dc的影响沉砂口直径与溢流口直径呈一定比例关系，其比值称角锥比，试验得出，角锥比值以3-4为宜，它是改变分级粒度的有效手段。沉砂口是旋流器中最易磨损的零件，常因磨损而增大排出口面积，使沉砂产量增加，浓度降低；如果沉砂口过小，粗颗粒在锥顶越积越多，会引起沉砂口堵塞。沉砂口大小的变化对旋流器处理能力影响不大。（5）锥角的影响锥角大小影响矿浆向下流动的阻力和分级的自由面高度。一般说来细分级或脱水用旋流器应采用较小的锥角，最小达10~15°；粗分级或浓缩用旋流器采用大锥角，达20~45°。旋流器圆柱体高度h主要影响物料在旋流器中的停留时间,一般取h=(0.6~1.0)D。溢流管插入深度hy,大体接近圆柱体高度，为（0.7~0.8）h，过长或过短均将引起溢流跑粗。（5）给矿压力p的影响给矿压力是旋流器工作的重要参数，提高给矿压力，矿浆流速增大，可以提高分级效率和沉砂浓度；通过增大压力来降低分级粒度收效是甚微的，而动能消耗却大幅度增加,且旋流器特别是沉砂口的磨损将更严重。故在处理粗粒物料时,应尽可能采用低（0.05~0.1MPa）操作；只有在处理细粒及泥质物料时,才采用较高压力（0.1~0.3MPa）操作。旋流器的给矿主要有两种方式：①稳压箱给矿——借高差用管道自流给入旋流器或用砂泵将矿浆扬送到高处稳压箱中再引入旋流器。这种给矿受到高差条件限制，只能在低压给矿时使用。②砂泵直接给矿——这种给矿方式可获得较高的给矿压力，配置方便，管路少，便于维护，因此使用广泛。（6）给矿性质的影响其中最主要的是给矿粒度组成（包括含泥量）和给矿浓度。给矿浓度组成和对产物的粒度要求影响选用的旋流器直径和给矿压力。当旋流器尺寸及压力一定时，给矿浓度对溢流粒度及分级效率有重要影响。给矿浓度高，分级粒度变粗,分级效率亦降低;当分级粒度为0.74mm时给矿浓度应以10~20%为宜；分级粒度为0.019mm时，给矿浓度应取5~10%。旋流器工作状态用于分级最佳工作状态是沉砂呈伞状喷出，伞的中心有不大的空气入口，使空气在向上流动时能携带内层矿浆中的细颗粒从溢流中排出，因而有利于提高分级效率;旋流器用于浓缩时可取绳状排出，此时沉砂浓度最高;用于脱水时，沉砂应最大角度的伞状排出，这时沉砂浓度最低，相应可获得含固体量最