第三章颗粒分级

92第三章颗粒分级将固体颗粒物料按其大小进行分级的操作通常有筛分和流体分级。利用具有一定大小孔径的筛面，将固体颗粒物料，按粒径大小进行分级的操作称为筛分。利用流体作用，将固体颗粒物料，按其大小进行分级的操作称为流体分级。筛分一般适用于较粗的物料，通常与破碎作业配合；流体分级作业通常与粉磨作业配合使用。第一节筛分一、筛分作业的分类及其作用筛分按其在工艺过程中所完成的任务不同，可分为独立筛分和辅助筛分。独立筛分是将物料分为若干级别的筛分作业或将原料中过大或过小的颗粒除去的筛分作业，其目的是为直接获得粒度上合乎要求的最终产品。在粉碎过程中加入的物料的大小应该控制在一定的范围内或在粉碎后分出合乎要求的产品，对粉碎过程起辅助作用的筛分作业称为辅助筛分。在粉碎前进行的辅助筛分常称为预先筛分，它可在粉碎前分出粒度合格的部分，使粉碎机在适宜的条件下工作。在粉碎后对所得产物进行筛分的辅助筛分称为检查筛分，它可以保证产品的最终粒度。由于辅助筛分能提高粉碎作业的生产能力，改善产品的质量和降低能耗，因而带有筛分的粉碎作业已成为一种常用的生产工艺流程。二、筛分效率对于筛分作业即要求生产能力大，又要尽可能将小于筛孔的细物料筛到筛下产物中去，常用筛分效率来表示筛分过程进行的完全程度和筛分产物的质量，筛分效率是衡量筛分过程和重要质量指标。筛分效率有总筛分效率和部分筛分效率两种表示方法。1．总筛分效率总筛分效率是指筛下级别的筛分效率，即指筛下物料与原物料中筛下级别的比值。设：G1为过筛前的物料量；G2为筛下物的物料量；G3为未能过筛的物料量；931为过筛前物料中筛下级别的含量百分率；2为筛下物料中筛下级别含量有百分率；3为过筛物料中筛下级别含量的百分率。则总筛分效率总为：总=100×GG2211%在工业生产中，筛分过程是连续进行的，筛分前后物料的称量不易淮确，而只能采用取样的方法测定筛分物料的粒度，因此，应将公式改写成仅仅由粒度表示的形式。根据物料平衡：G1=G2＋G3G11=G22＋G33则有G11=G22＋（G1－G2）3化简得:GG21=1323则得总筛分效率为:总=100×132231%在正常操作中，筛面没有破损，则2=100，故上式改为：总=100×1331100100%由此，只要测得1和3，就很容易计算出总筛分效率。在工业生产中，筛分效率一般为60~70%，振动筛的筛分效率较高，可达95%以上。2、部分筛分效率部分筛分效率不是指整个筛下级别的筛分效率，而是指筛下级别中某一粒度范围的筛分效率。若将公式中的1、2和3表示为筛下级别的某一粒度范围中的含量，部分筛分效率部仍可以利用上面的公式进行计算。总筛分效率用来评定筛分机械的操作时，常会因物料的粒度分布不同得出94不正确的结论。如用同一筛分机械筛分两种物料，它们的筛下级别的总含量相同，但粒度分布不同，所测的总筛分效率将不相同，此时，如果计算其各部分粒度的部分筛分效率，将有助于评定筛分机械的操作情况。3、筛分效率的测定在入筛的物料流中和筛上物料流中每隔15~20分钟取一次样，应连续取样2~4小时，将取得的平均试样在检查筛里筛分，检查筛的筛孔与生产上用的筛子的筛孔相同。分别求出原料和筛上物料中小于筛孔尺寸的级别的百分含量1和3，代入上面的公式中即可求出筛分效率。如果没有与所测定的筛子的筛孔尺寸相等的检查筛时，可以用套筛作筛分分析，将其结果绘成筛析曲线，然后由筛析曲线图中求出该级别的1和3。三、筛分机理筛分作业同粉碎作业一样，是一种古老的作业。近年来，其作业用的机械设备有较大的发展，但对于相应的过程原理的研究却进展缓慢，至今还缺乏比较透彻的了解，并且对影响筛分过程的许多因素还不能用正确而严格的数学方式表达。筛分就是不同大小的固体颗粒混合物流经筛面，部分小于筛孔的颗粒通过筛孔而下落，其余的颗粒留在筛面上然后排出的过程。在筛分过程中物料要通过筛孔，其必要的条件是颗粒的大小无论如何一定要比筛孔小，其次就是颗粒有通过筛孔的机会。下面以单个粒子通过筛孔的特征来分析筛分过程。1、粒子通过筛孔的概率假设筛孔为金属丝组成的方形孔，筛孔每边净长为D，筛丝的直径为b。筛分物料的粒子设为球形，直径为d，当筛分时粒子垂直落向筛面，要使粒子能顺利通过筛孔，其球心应在面积Dd2之内。而球粒在该筛孔上可能出现的位置应为Db2的面积。根据概率定义，任一事件的概率等于有利于该事件出现的机会次数与可能出现的全部机会的次数之比值。因此，球粒通过的概率为：P=DdDb22上式说明，筛孔尺寸越大，筛丝和粒子直径越小，则粒子通过筛孔的概率越大，根据对不同b/D下，不同的d/D值时的概率P的分析，当d/D大于0.8时，粒子通过的概率就很小，也即是难过筛，常把这类粒子称为“难筛粒”。当筛面倾钭设置，则筛孔D只以它的投影面起作用，即D'=Dcos，因此，球形颗粒通过筛孔的机会必将减少。反之，筛面是水平放置的，而球形粒子的95运动方向不垂直筛面，则同样会产生类似的影响。当粒子的形状不是球形，而是正方形，长方形或其它不规则形状，其通过筛孔的概率也将减少。在实际情况下，球形粒子通过筛孔的概率要比上述分析的要大。当球形粒子的下落位置即使在Dd2之外，但因粒子与筛丝碰撞时其重心仍在筛孔面积内，这种粒子完全有可能通过筛孔。倘若其重心不在筛孔内，粒子经与筛丝相撞而弹跳起来，当其第二次落到筛面时，仍有落入筛孔而通过的可能。2、粒子的运动速度当球形粒子沿筛面运动，它的运动速度为v，由于重力作用，粒子运动轨迹呈抛物线，其运动方程可表示为：x=vty=122gt当x=D－d2时，如果yd/2，则粒子可以通过筛孔。反之，yd/2，粒子就不能通过筛孔。粒子在垂直方向下落y=d/2的距离所需时间为：t=2yg=dg则得到粒子能通过筛孔的最大允许速度v:v=(D－d2)dg(毫米/秒)式中D－筛孔尺寸，方孔为边长，圆孔为直径（毫米）d－粒子直径（毫米）g－重力加速度（毫米/秒2）当粒子的水平速度大于计算值时，粒子不能通过筛孔，而从筛孔上越过。上式未考虑空气阻力和碰撞的影响，计算是近似值。3、孔间率孔间率也称开孔率，即是筛孔净面积占筛面总面积的比率，可以用下式表示：S=11002Zb式中Z—单位长度内的筛孔数；b—筛丝直径前述的颗粒通过的概率是对某个筛孔而言，而孔间率是指整个筛面的有效96面积比率。一般筛网的孔间率可达80%，但在筛孔较小的情况下，孔间率则为40%左右，筛板的孔间率均在50%以下，这样也就影响了粒子通过筛孔的可能性。四、筛面筛面是筛分机械最重要的一个组成部分，通常由金属材料组成。在国外，近年来橡胶筛面发展迅速，这种筛面具有耐磨损，重量轻及噪音小等优点。此外，还出现了聚胺脂等合成材料的筛面。常用的金属筛面的类型有如下三种：1、筛栅筛栅也称格筛或篦条是由相互平行的按一定间隔排列的许多钢质栅棒组成，中间穿以若干根带螺栓的钢条，在栅棒之间套上一定尺寸的支隔横管，以保持栅棒间的间隙大小。筛面上的筛孔尺寸由棒条间的缝隙宽度决定。如图3-1所示。栅条的断面形状有多种，断面形状都是上大下小的，以避免物料堵塞。图3-1筛栅栅通常用在固定格筛上，格筛倾钭放置，筛面与水平面的夹角为35~45之间，对粘性矿物可达50~60的角度。格筛主要用于粗碎或中碎前的预先筛分，它的筛孔尺寸一般大于50毫米。固定筛的筛分效率一般不超过60%~70%。筛栅的特点为机械强度大，损坏后检修也简单，但较笨重。2、筛板筛板是由薄钢板冲孔而成，如图3-2所示。孔的形状有圆形，方形或长圆形等几种，筛孔最好是上小下大，稍呈锥形，圆锥角约为7，这样可以防止堵塞。筛孔多采用交错排列，以提高筛分效率。97生产实践证明，交错排列的筛孔筛分效率较高，长圆形筛孔的筛分效率最高。筛板上孔间距离的大小应考虑筛板强度和筛面有效面积的变化，一般由经验方法确定。筛板的机械强度比较高，刚度也大，它的使用寿命也较长，但有效筛面面积比较小，且筛孔尺寸很难做得很小，因此一般用在中筛作业中，筛孔尺寸为12~50毫米。图3-2筛板3、筛网筛网也称编织筛，是应用最广泛的一种筛面，由钢丝，铜及尼龙丝编织而成。如图3-3所示。筛孔有正方形和长方形两种。试验用筛网的筛孔都是正方形的，工业用筛网的筛孔，多数场合是正方形筛孔，也右用长方形筛孔。筛网的突出优点是有效筛面面积大，可达70%~80%，这是前两种筛面达不到的，筛网的筛孔尺寸幅度很大，从几十微米到几十毫米，所以它的用途也广，通常用于中，细粒级物料的筛分作业中。用同一筛孔尺寸而筛孔形状不同的筛面进行筛分时，筛下产品的粒度并不一样。圆形筛孔的筛下物料粒度最小，正方形居中，长方形孔的粒度最大。它们的筛下物料的最大粒度，对于圆形孔约为筛孔尺寸的0.7倍，方形孔为0.8~0.9倍。长方形（长条形）孔则接近于1。98图3-3筛网板筛和编织筛的规格，各国大多订有标准，称为筛制，它对筛孔的尺寸，筛丝尺寸，相邻两筛，筛孔的大小比（又称筛比）等均作了规定。五、影响筛分效率的因素影响筛分效率的因素可归纳为：物料性质，筛分机械，操作条件三方面。1、物料性质（1）物料的粒度分布被筛物料的粒度组成，对于筛分过程有决定性的影响，比筛孔愈小的颗粒愈容易通过筛孔，颗粒大到筛孔的3/4，虽然比筛孔的尺寸小，但难于过筛。直径比筛孔略大的颗粒，常常卡住筛孔，妨碍细粒透过。直径在1~1.5倍筛孔尺寸以上的颗粒形成的料层，对“易筛粒”或“难筛粒”穿过它去接近筛面的影响并不大。因此，物料中的粒子有三种粒度界限值得注意：小于3/4筛孔尺寸的颗粒叫“易筛粒”；小于筛孔尺寸但大于3/4筛孔尺寸的颗粒叫“难筛粒”；粒度为1.5倍筛孔尺寸的颗粒叫“阻碍粒”。显然，含“易筛粒”愈多的物料愈好筛。因此，当增加物料中的“易筛粒”时，筛子的生产率迅速提高，或者说，在保持生产率一定的情况下，可以得到较高的筛分效率。原因是当“易筛粒”多的物料给到筛上时，细粒很容易通过筛孔，留在筛上的物料量减少了，这时即使在筛上还有一些“难筛粒”，由于其它颗粒对它们的影响程度也相对地减少了，所以也利于一部分“难筛粒”透过筛孔。相反，当原料中含“难筛粒”和“阻碍粒”愈多，因它们阻碍细粒与筛面接触而透过筛孔，使筛分效率降低。当原料中细级别含量少，而筛上物本身又过粗，其粒度大大超过筛孔尺寸99的时候，可以采用增加辅助筛分的方法，用筛孔尺寸较大的辅助筛，预先排出筛上物料中过粗的级别，然后筛分含有大量细级别的较细物料，相对而言，是完全合理的。在这样两次筛分的条件下，可以提高筛分效率和延长筛网的使用期限。物料颗粒最大容许尺寸与筛孔尺寸之间的一定比例关系没有明确规定，一般认为最大粒度为应大于筛孔尺寸的2.5~4倍。（2）物料的含水率料中含有水份时，筛分效率和筛分生产率都会降低，在细孔筛网上筛分时，水份的影响尤其突出。物料表面的水份使物料互相粘结成团，并附着在大粒子上。这种粘性物质将堵塞筛孔。附着在筛丝上的水份，因表面张力的作用，可能形成水膜，把筛孔掩盖起来，这样阻碍了物料的分层和通过。应当指出，影响筛分过程并不是物料所含的全部水份，而只是表面水份。化合水的吸附水对筛分并无影响，因此吸湿性好的物料允许水份含量可高一些。每种物料的含水量对筛分效率的影响只能通过试验来决定。筛分效率与物料湿度的关系如图3-4所示，图中曲线说明，物料水分如达到某一范围，筛分效率急剧降低。这个范围取决于物料性质和筛孔尺寸。物料水分超过这个范围后，颗粒的活动性又重新提高，物料的粘滞性反而消失了，此时，水分有促进物料通过筛孔的作用，并逐渐达到湿法筛分的条件。图3-4筛分效率与物料湿度的关系1—吸湿性弱的物料；2—吸湿性强的物料（3）物料的颗粒形状圆形颗粒物料容易通过方形和圆形筛孔，多角形物料容易通过长方形筛孔；条形，板状，片状和料难于透过方形和圆形筛孔，但较容易通过长方形孔。1002、筛分机械影响（1）有效筛面面积筛孔的面积与整个筛面面积之