【采矿课件】第三篇重力选矿上1(nxpowerlit

第三篇重力分离技术内容提纲第一章重力选矿概论（0.5)第二章重选基本原理（3.5）第三章重介质分选技术（10）第四章跳汰分选技术（6）第五章流膜分选技术（4）第六章重选生产工艺（2）第七章物料可选性及重选工艺效果评定（2）第一章重力选矿概论教学重点矿粒的性质:密度、粒度、形状、电性、磁性、润湿性等。分选介质的类型:水、空气、重液、重悬浮液、空气重介质等。重力选矿的定义及重选方法。重选过程的共同特点。重力选矿的应用。质中运动时，由于它们性质的差异和介质流动方式的不同，其运动状态也不同。在真空中不同性质的物体具有相同的沉降速度，在分选介质，如水、空气、重液（密度大于水的液体或高密度盐类的水溶液）、悬浮液（固体微粒与水的混合物）、空气重介质（固体微粒与空气的混合物）中，由于它们受到不同的介质阻力，才形成运动状态的差异。不同粒度和密度矿粒组成的物料在流动介重力选矿就是根据矿粒间密度的差异，因而在运动介质中所受重力、流体动力和其它机械力的不同，从而实现按密度分选矿粒群的过程，粒度和形状亦影响按密度分选的精确性。各种重选过程的共同特点是：（1）矿粒间必须存在密度的差异；（2）分选过程在运动介质中进行；（3）在重力、流体动力及其机械力的综合作用下，矿粒群松散并按密度分层;（4）分层好的物料，在运动介质的运搬下达到分离，并获得不同的最终产品。重力选矿的目的，主要是按密度来分选矿粒。因此，在分选过程中，应该想方设法创造条件，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。根据介质运动形式和作业目的的不同，重力选矿可分为如下几种工艺方法：水力分级、重介质选矿、跳汰选矿、摇床选矿、溜槽选矿、洗矿。其中洗矿和分级是按密度分离的作业，其它则均属于按密度分选的作业。重力选矿是当今最通用的几种选矿方法之一，尤其广泛地用于处理密度差较大的物料。在我国它是煤炭分选的最主要方法，也是选别金、钨、锡矿石的传统方法。在处理稀有金属（钍、钛、锆、铌、钽等）矿物的矿石中应用也很普遍。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、金刚石、高岭土等。对于那些主要以浮选处理的有色金属（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，使其达到初步富集。重力选矿法还广泛应用于脱水、分级、浓缩、集尘等作业。而这些工艺环节几乎是所有选矿厂和选煤厂所不可缺少的。第二章重选基本原理教学参考书：1.谢广元等.选矿学.中国矿业大学出版社,2001.82.姚书典.重选原理.北京冶金工业出版社,1992.83.张家骏等.物理选矿.煤炭工业出版,1992.104.张鸿起等.重力选矿.煤炭工业出版,1987.10教学重点：一、颗粒及颗粒群沉降理论（一）矿粒在介质中的自由沉降1.矿粒在介质中所受的重力2.矿粒在介质中运动时所受的阻力（1）摩擦阻力及阻力个别公式（2）压差阻力及阻力个别公式（3）过渡区阻力及阻力个别公式（4）介质阻力通式3.矿粒在静止介质中的沉降末速（1）沉降末速通式（2）沉降末速个别公式及统一形式4.矿粒的自由沉降等沉比（二）矿粒在介质中的干扰沉降1.矿粒在干扰沉降中运动的特点及常见的几种干扰沉降现象2.颗粒的干扰沉降速度公式及求n值的方法3.干扰沉降的等沉比二、粒群按密度分层理论（一）按颗粒自由沉降速度差分层学说（二）按颗粒的干扰沉降速度差分层学说（三）按矿物悬浮体密度差分层的学说（四）按重介质作用原理分层学说第一节概述重选的实质概括起来就是松散-分层和搬运-分离过程。置于分选设备内的散体物料，在运动介质中，受到流体浮力、动力或其它机械力的推动而松散，被松散的矿粒群，由于沉降时运动状态的差异，不同密度（或粒度）颗粒发生分层转移。就重选来说，就是要达到按密度分层，通过运动介质的运搬达到分离。其基本规律可概括为：松散-分层-分离。重选理论研究的问题，简单地说就是探讨松散与分层的关系。松散和运搬分离几乎都是同时发生的。但松散是分层的条件，分层是目的，而分离则是结果。（1）颗粒及颗粒群的沉降理论；（2）颗粒群按密度分层的理论；（3）颗粒群在回转流中分层的理论；（4）颗粒群在斜面流中的分选理论。矿粒在流体介质中的沉降是重力分选过程中矿粒最基本的运动形式，松散可以看作矿粒在上升介质流中沉降的一种特殊形式。矿粒固体本身的密度、粒度和形状不同，而有不同的沉降速度。为便于研究，首先分析颗粒的自由沉降规律，在此基础上，再进一步讨论粒群存在时的干扰沉降运动。沉降过程中，最常见的介质运动形式有静止、上升和下降流动三种。单个颗粒在无限宽广的介质中的沉降，称为自由沉降。这是最简单的沉降运动形式。其运动状态，受重力和阻力支配。第二节颗粒及颗粒群沉降理论一、矿粒在介质中的自由沉降（一）矿粒在介质中所受的重力矿粒在介质中所受重力（）等于它在真空中的重力（）与浮力（）之差。即（N）（2-2-1）或（N）（2-2-2）因故（N）（2-2-3）若设矿粒为球体，则（N）（2-2-4）0GGPPGG0ρ)gV(δG0δVmgδρδmG03d6πVρ)g(δd6πG30可见，重力与矿粒的尺寸、密度及介质的密度有关。（二）矿粒在介质中运动时所受的阻力矿粒在介质中运动时，由于介质质点间内聚力的作用，最终表现为阻滞矿粒运动的作用力，这种作用力叫介质阻力。介质阻力始终与矿粒相对于介质的运动速度方向相反。由于介质的惯性，使运动矿粒前后介质的流动状态和动压力不同，这种因压力差所引起的阻力，称为压差阻力。由于介质的粘性，使介质分子与矿粒表面存在粘性摩擦力，这种因粘性摩擦力所致的阻力，称为摩擦阻力。介质阻力由压差阻力和摩擦阻力所组成。这两种阻力同时作用在矿粒上。介质阻力的形式与流体的绕流流态，即雷诺数有关。不同情况下，它们各自所占比例不同，但归根结底，都由介质粘性所致。Re最重要的介质阻力公式为粘性摩擦阻力区斯托克斯公式和涡流压差阻力区的牛顿-雷廷智公式，其次是过渡区的阿连公式。摩擦阻力占优势，压差阻力可忽略（≤1），摩擦阻力可用斯托克斯公式计算（N）（2-2-5）或写成（N）（2-2-6）粘性摩擦阻力和压差阻力是相同的数量级（≤500），此时过渡区阻力用阿连公式计算（2-2-7）或写成（2-2-8）Re3πμdυRs22sρυdRe3πR513Aυμρd1.25πR22AρυdRe45πRRe1当压差阻力占优势（），摩擦阻力可以忽略不计。压差阻力可用牛顿-雷廷智公式来计算（2-2-9）或写成（2-2-10）可见，介质阻力是与矿粒尺寸、矿粒的相对速度、介质密度及介质粘度有关的。当压差阻力占优势时，介质阻力与矿粒的相对速度平方和直径平方成正比；当摩擦阻力占优势时，介质阻力与矿粒的相对速度和直径的一次方成正比。5102Re50022RNρυ0.055πdR2218π2220π16πRNρυdρυdR~介质阻力还可用下列通式表示：（2-2-11）式中为阻力系数，它是矿粒形状和雷诺数的函数。由式（2-2-11）可知，介质阻力与、、、成正比，并与雷诺数有关。ρυψdR22ψReR2d2υρRe英国物理学家李莱（L.Rayleigh，1893）总结了大量实验资料，并在对数坐标上作出了各种不同形状颗粒在流体介质中运动时，雷诺数与阻力系数间的关系曲线，又称李莱曲线。Reψ图2-2-1球形颗粒的与的关系曲线ψRe图2-2-2不规则形状矿粒与的关系曲线ψRe（三）矿粒在静止介质中的沉降末速矿粒在静止介质中沉降时，矿粒对介质的相对速度即矿粒的运动速度。沉降初期，矿粒运动速度很小，介质阻力也很小，矿粒主要在重力（）作用下，作加速沉降运动。随着矿粒沉降速度的增大，介质阻力渐增，矿粒的运动加速度逐渐减小，直至为零。此时，矿粒的沉降速度达到最大值，作用在矿粒上的重力与阻力平衡，矿粒以等速度沉降。我们称这个速度为矿粒的自由沉降末速，以表示。矿粒在介质中沉降时，受力与运动加速度将有如下关系（2-2-12）0GR0υdtdυmRG00G若矿粒为球体，则。将、m、R代入式（2-2-12），可得（2-2-13）运动开始的瞬间，则；所以，此时的矿粒运动加速度具有最大值，通常以来表示，即（2-2-14）称为矿粒沉降时的初加速度，是一种静力性质的加速度，在一定的介质中（如水，），为常数，它只与矿粒的密度有关。颗粒运动时，介质阻力产生的阻力加速度，是动力性质的加速度，它不仅与颗粒及介质的密度有关，而且还和颗粒的粒度及其沉降速度有关。δd6πm3πdδρ6ψυgδρδdtdυ20υgδρδdtdυ0ggδρδg031000kg/mρ0gπdδ6ψρυa20G0g0g颗粒在静止介质中达到沉降末速的条件为：即故得（2-2-15）式（2-2-15）即为计算颗粒在静止介质中自由沉降时的沉降末速的通式。（2-2-16）为此，刘农（R.Lunnon）提出了两个无量纲中间参数和。经推导易求出（2-2-17）（2-2-18）0υ0agdtdυ或GR00πdδ6ψρυgδρδ206ψρρ)gπd(δυ0ρ)gπ(δρ6ψυd20ψRe2ReψμρG6μρ)ρg(δπdψRe0232302υ6ρρ)gπμ(δReψ0υ图2-2-3球形和不规则形状矿粒的关系曲线Vk2VReψRe图2-2-4球形和不规则形状矿粒的关系曲线VVkRe/Reψ按照求沉降末速通式的原则，采用斯托克斯、阿连和牛顿-雷廷智阻力公式，也可求出三个适用于不同雷诺数范围的颗粒在静止介质中自由沉降末速的个别公式。介质阻力以摩擦阻力为主，此时可用斯托克斯沉降末速公式计算，即m/s（2-2-16）若单位采用CGS制cm/s或（2-2-17a）即（2-2-17b）式中——颗粒相对于介质的有效密度，或称比密度；——流体介质的运动粘度0υρ)g(δ1δμdυ2os)μρδ(54.5dυ2os1.0)μρ(1.0)ρρδ(254.5dυOS11.02OSνΔ54.5dυ中间尺寸矿粒的沉降末速，可用阿连公式计算，即：m/s（2-2-18）若单位采用CGS制cm/s或（2-2-19a）即（2-2-19b）3μρ3)ρρδg152(dυ2OA3μρ3)ρρδ(25.8dυ2OA31321.0OA)μρ()ρρδ(25.8dυ31321.0OAνΔ25.8dυ介质阻力以压差阻力为主，此时用牛顿-雷廷智沉降末速公式计算，即m/s（2-2-20）若单位cm/s或（2-2-21a）即（2-2-21b）总之，上述三个阻力公式，可在特定的阻力区内使用，将它们写成统一形式，其系数和指数根据雷诺数值在表2-2-1中查取，计算时采用CGS制。ρρ)d(δ5.42ρρ)g3d(δυR-ON)(2.54dRON02121)()(2.54dRON02121R-ONνΔ54.2dυ0υ流态区公式名称KxyzReRe2ψψ/Re粘性摩擦阻力区斯托克斯公式（层流绕流）54.52110~0.50~5.25∞~42过渡流区的起始段23.62365320.5~305.25~72042~0.027阿连公式（过渡流区中间段）24.31323130~300720~2.3×1040.027~8.7×10-4过渡流区过渡流区的末段37.2329591300~30002.3×104~1.4×1068.7×10-4~5.2×10-5涡流压差阻力区牛顿公式（紊流密绕流）54.3212103000~1051.4×106~1.7×1095.2×10-5~1.7×10-6高度湍流区5102Re×工业生产中遇不到表2-2-1球形颗粒在介质沉降末速的个别公式系数、指数的选择三个流态区颗粒沉降末速个别公式的统一表达式为：（2-2-22a）或（2-2-22b）以上沉降末速通式和个别公式均表明：矿粒的沉降末速与矿粒的性质（、）和介质的性质（、）有关。相对于形状不规则的矿粒，在使用上述各公式时，必须考虑到形状的影响，而对公式加以修正，此