重力选矿2010-1

选矿学第二篇重力选矿授课教师崔广文化学与环境工程学院主要内容•1、概论•2、重选的基本原理•3、水力分级•4、重介质选矿•5、跳汰选矿•6、溜槽与摇床选矿•7、重选生产工艺•8、物料的可选性及重选工艺效果评定1概论1.1选矿的概念１）有用矿物——能为人类利用的矿物。２）矿石——含有有用矿物的矿物集合体中，若有用成分的含量，在当前技术经济条件下，能够富集加以利用的矿物集合体。3）脉石——在矿石中含有目前无法富集或工业尚不能利用的一些矿物。４）选矿——利用矿物的性质（如物理或物理化学性质）的差异，借助各种选矿设备将矿石中的有用矿物与脉石矿物分离，并达到使有用矿物相对富集的过程。５）精矿——选矿选出的经富集的有用矿物。６）尾矿——弃之的无用产物称为尾矿。7）重力选矿--根据矿物的密度不同而进行分离的方法1.2基本选矿方法选矿物理选矿浮游选矿化学选矿其它选矿重选磁选电选等根据粒度、密度、形状、硬度、颜色、光泽、磁性及电性等差异据表面的物理化学性质（如颗粒表面的浸湿性等）差异据化学性质所存在的差异：化学浸出、化学分离据其它（如生物）差异重力选矿的分类：根据介质运动形式和作业目的不同，重力选矿可分成6种工艺方法，不同方法所处理物料的密度及粒度也有别，见表1－1。1.3重力选矿的任务和方法１）重力选矿的依据重力选矿方法的主要依据，是品位或灰分不同的物料，在密度上的差别。对于细粒及微细粒级的物料，按粒度分级依据粒度不同的颗粒，在介质中沉降速度的差异。２）对重选设备的要求重选过程是在运动过程中逐步完成分离的。重力设备，应具有使性质不同的矿粒，有不同的运动状况（运动的方向、速度、加速度及运动轨迹等）。３）重选的介质重选过程是在介质中进行的。介质密度高，性质不同矿粒在运动状态上的差别就大，因而分选效果也就更加好。重力选矿过程中所用的介质有：空气、水、重液（密度大于水的液体或高密度盐类的水溶液）及悬浮液（固体微粒与水的混合物），也可用固体微粒与空气的混合物，即空气重介质。４）重选过程颗粒受力物体不仅受重力的作用，而且还承受介质作用于物体上的浮力及介质对运动物体的阻力。５）重选过程密度差起主要作用重力选矿程中，应降低矿粒的粒度和形状对分选结果的影响，以便使矿粒间的密度差别在分选过程中，能起主导作用。６）重选中的介质流连续上升、间断上升、间断下降、上下交变、倾斜流、旋转流。常见的重选方法有重介质选矿、跳汰选矿、旋转介质流分选、摇床分选、斜槽分选等。1.4矿石的可选性•利同重力选矿法分选物料的难易程度，主要是由待分离物料的密度差来决定，可简单地用下式判断•式中:•E—一重选矿石可选性评定系数；•δ1、、δ2—一分别为低密度矿石和高密度矿石的密度；•ρ一一分选介质的密度。1.5应用范围•重力选矿是目前最重要的选矿方法之一。广泛地应用于处理矿物密度差较大的原料。它是选别金、钨、锡矿石的传统方法选在处理煤炭、稀有金属(钍、钛、锆、铌、钽等)矿物的矿石中应用也很普遍。在我国洗煤厂中，重力选矿法担负着处理75—80％的原煤任务，是最主要的选煤方法。重力选矿法也被用来选别铁、锰矿石，同时也用于处理某些非金属矿石，如石棉、金钢石、高岭土等。对于那些主要以浮选法处理的有色金属(铜、铅、锌等)矿石，也可用重力选矿法进行预先选别，除去粗粒脉石或围岩，使有色金属达到初步富集。重力选矿方法除对微细粒级选别效果较差外，能够有效地处理各种不同粒度的原料。重力选矿设备结构较简单、生产处理量大、作业成本低廉，故在条件适宜时均优先予以应用。1.6重力选矿的发展简况1.6.1重选方法发展过程重力选矿是一种应用最早的选矿方法．很早以前，古代人们就开始利用重力选矿的方法，在河溪中用兽皮淘洗自然金属。在14一15世纪时就已出现，直到现在仍保留其主要特征的重力选矿设备。在十八世纪产业革命以后，随着生产的发展，重力选矿技术也日趋完善。1830一1840年在德国哈兹矿区出现了机械式的活塞跳汰机，1892年发明了第一台空气驱动的无活塞跳汰机——著名的鲍姆式跳汰机，十九世纪末制成了现代型式的机械摇床。直到上世纪初浮选法广泛应用以前，重力选矿法一直是主要的选矿方法。分选效率最高的重力选矿方法——重介质选矿，1858年就开始在工业中使用。当时只能在氯化钙溶液中选煤，由于溶液损耗大，所以没有得到推广。1917年又出现了水砂悬浮液选煤法，1926年苏联工程师斯列普诺夫提出了使用稳定悬浮液的重介选矿法，从此之后，重介质选矿才开始广泛使用。由于重介质选矿具有分选效率高、处理量大和适合于处理难选矿物等优点，重介质选矿在不少国家中得到了迅速发展。从上世纪四十年代在荷兰出现水力旋流器后，为利用回转流强化选别过程迈出了一步。该设备现已广泛地用于细粒矿物的分级和分选过程中．虽然其理论研究还很不够，但这是当前重力选矿发展的主要方向之一。随着现代科学技术的发展，现在已开始使用示踪原子、现代的测试技术，直接观察颗粒的运动，研究矿粒在重力选矿过程中的运动规律。为适应生产自动化和设备大型化的需要，开展了以数理统计方法，概括选矿过程规律性的研究，编制工艺参数和设备参数间的数学模型，为工艺生产的自动控制和设备设计提供可靠依据。重力选矿理论概括起来有以下学说动力学角度单颗粒运动(自由沉降,干扰沉降)初加速度学说(综合各因素,建立方程)静力学角度按悬浮液相对密度分层位能假说概率统计假说2重力选矿基本原理•2.1矿粒及介质的性质•2.1.1矿粒的性质•矿粒与重力分选过程有关的性质，是指反映矿粒质量性质的密度，反映矿粒几何性质的粒度（体积）和形状。它们均影响矿粒在介质中的运动状况。•2.1.1.1矿粒的密度及其测定方法•矿粒的密度是指单位体积矿粒的质量。密度用δ表示，按国际单位制为kg／m3或g／cm3。•堆积的矿粒（块）群与同体积水的质量比叫该矿粒群（物料）的堆比重或假比重。需注意的是，粒群是指在自然状态下堆积，计算矿粒群堆积体积时包括矿粒间的空隙。•重力选矿在实际工作中，所处理的物料，绝大多数都不是单一的纯矿物，而是几种矿物的连生体。连生体的密度不是定值，需要时应实际测定，通常有以下三种方法：2.1.1.1矿粒的密度及其测定方法•A、大块矿粒比重的测定•先将矿块在空气中称量，再浸入水中称量。然后根据阿基米德原理，按下式计算矿粒的比重。•••称量可在普通天平上进行，也可用专测比重的比重天平。但应注意，试料称量前必须预先干燥。•B．粉状矿粒比重的测定•测定粉状物料比重的方法很多，有量筒法、比重瓶法、扭力天平法、显微比重法以及利用磁流体技术的微密度仪等等、采用哪种方法要根据试验精确度的要求及试样重量的多少来决定。选矿试验常用比重瓶法。•注意，用上述各种方法所测定的矿粒密度或比重，测定值与真值误差应小于1%。δδδ2.1.1矿粒的性质•2.1.1.2矿粒粒度的表示及测量•矿粒粒度是矿粒的几何性质，它是指矿粒外形尺寸的大小。但是，由于矿粒多为不规则形状，因此粒度大小的表示和测量方法有下列几种：•A．直接测量法•这种方法只适用于大块矿粒，直接测量其外形尺寸。但因矿粒形状不规则，要用几个尺寸才能说明它的大小，有时就很不方便。选矿工艺中多用一个尺寸来表述矿粒的大小，这个尺寸一般称之为“直径”，用符号d表示。•B．显微镜测量法•在显微镜下直接测量矿粒的长度和宽度，用其算术平均值或几何平均值表示矿粒的粒度。该方法适用于测量粒度从40μm到1／10μm。•C．筛分分析法•测定矿粒能通过的最小筛孔尺寸与不能通过的最大筛孔尺寸，然后取其平均值，用以表示矿粒的粒度。这种方法适用于粒度大于0.04mm的物料。•这是最常用简单的方法，实际并非如此。因为测量的结果不但受到筛孔精度的限制，而且还取决于负荷的大小及筛分时间的长短。特别是细粒物料的筛分。筛面清洁程度，筛网编织的好坏等等，均影响筛分分析的质量。•D．水力分析法•它是借测定矿粒的沉降速度间接度量颗粒粒度的方法。常用来代替筛分分析测定微细矿物的粒度组成及颗粒粒度。•矿粒在水中的沉降速度，不仅取决于它的粒度，而且与其密度和形状也有关系，故周该法所求得的粒度与前述按矿粒外形尺寸测得的粒度，有完全不同的物理概念。前者可统称为几何粒度，后者称为重力粒度或水力粒度。2.1矿粒及介质的性质•2.1.2介质的性质•重力选矿所用的介质有：水、空气、重液（高密度的有机液体及盐类的水溶液）、悬浮液（固体细粒与水的混合物）和空气重介（固体细粒与空气的混合体）。其中水、空气和重液是均质介质，因它们不存在物理的相界面。悬浮液和空气重介则存在着固液和固气的相界面，则为非均质介质。均质介质与非均质介质，在物理性质上有许多差别，在此便分析与重力分选过程有关的均质介质的性质，至于非均质介质，将在后面叙述。•与重选过程有关的均质介质性质是它的密度和粘度。•2.1.2.1均质介质的密度•均质介质的密度为单位体积的质量，用符号ρ表示，它的单位是kg／m3或g／cm3。均质介质的密度可用称量已知体积介质质量的方法求得，或者用误差小于1％密度计粗略测定。水的密度随温度和压力的变化很微小，在选矿实践中，可把纯水的密度看成是一个常数，取为1000kg／m3或1g／cm3。空气的密度随温度和压力的变化较大，在标准状态（0℃，0.1MPa）下，空气密度为1.29kg／m3；在温度为20℃，压力为0.1MPa时，则空气密度下降为1.18kg／m3。但在通常条件（温度0～20℃、压力101325Pa）下，空气密度可取值为1.25kg／m3来计算。2.2矿粒在介质流中垂直运动•颗粒的沉降有两种形式：自由沉降干扰沉降•自由沉降：单个颗粒在广阔空间中独立沉降，此时颗粒除受有重力、介质浮力和阻力作用外，不受其他因素影响。•干扰沉降：个别颗粒在粒群中沉降，成群的颗粒与介质组成分散的悬浮体，颗粒间的碰撞及悬浮体平均密度的增大，使个别颗粒的沉降速度降低。•物体在介质中运动时，作用于物体上的力有两个—重力和阻力•2.2.1矿粒在介质中所受的重力•矿粒在介质中所受的重力，小于它在真空中所受的重力。根据阿基米德原理，矿粒在介质中的重力G0，等于该矿粒在真空中的绝对重力与排开同体积介质所具有的重力之差。2.2矿粒在介质流中垂直运动•2.2.2矿粒在介质中运动时所受的阻力•（1）定义：矿粒在介质中运动，当它与周围其它物体（流体介质、固体颗粒、容器器壁等）出现相对运动的时候，周围物体给予矿粒的作用力，称为矿粒在介质中运动时所受的阻力。•矿粒与周围物体之间的相对运动，是产生阻力的基本条件。•（2）种类：在重力选矿过程中，矿粒运动时所受阻力的来源，一是分选介质作用在矿粒上的阻力，称为介质阻力。再一是矿粒与其它周围物体以及器壁间的摩擦、碰撞而产生的阻力，称机械阻力。•矿粒在介质中运动时，若只受到介质阻力，矿粒的这种运动称做自由运动；若既受介质阻力，又受机械阻力，则称矿粒作干扰运动。若矿粒运动只限于在垂直方向，则自由运动称自由沉降；干扰运动便称为干扰沉降。理想的自由沉降，应是单个矿粒在无限边际的介质中沉降。实际上这种理想条件是不存在的，通常所说的自由沉降，是指介质中除沉降的这个矿粒之外，其它物体的含量很少，整个沉降空间比沉降矿粒的断面积大很多，以致机械阻力可忽略不计。2.2.2矿粒在介质中运动时所受的阻力•（3）介质阻力的产生与形式•无论是实际流体流过物体，或者是物体在静止流体中运动，只要流体与物体之间存在着相对运劾，则流体便对物体有作用力，此力在物体运动的相反方向的分力，就是介质阻力。•介质阻力是物体与介质间发生相对运动时产生的。当物体与介质间作等速直线运动时，介质作用于物体表面的力由两部分组成；即法向压力P.ds及切向力Τ.ds见图2—2。介质对物体的总作用力是这两部分的合力。合力是空间力系，它的方向与物体的形状及其运动状态有关。在一般情况下，它的方向与物体、介质间相对运动的方向斜交，介质对运动物体的阻力，只是该合力在运动方向上的一个分力．•切向力是介质经物体表面绕流时，由于介质的粘性使得介质自物体表面向外产生一定的速度梯度，从而导致在各流层之间产生了内摩擦力。故由切向力所引起的阻力，称摩擦