5资源加工学_王淀佐

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1、第5章 物 理 分 选,基本概念,给 料,所处理的给入物料，矿物加工行业中也称给矿。,精 料,经分选后富集了有价成分的最终分选产品，也称精矿。,中 料,分选过程中产出的中间未完成的产品，需要返回原分选中处理或单独处理。,尾 料,经过分选后残余的可弃去的产品，也称尾矿。,品 位,给料或产品中有价成分的重量百分含量。,产 率,产品对给料计的重量百分数，通常以表示。,回收率,精料中有价成分重量含量与给料中有价成分重量含量之比，总的回收率通常以%表示。,富集比,精料品位对给料品位的比值。,选别比,选得一吨精料产品所需给料顿数，以K表示。,料浆重量浓度,物料与介质(通常为水)组成的料浆中，物料重量所占百

2、分比，以C表示,基本概念,5.1 重力分选,5.1.1.2 重力分选概述,重力分选是利用不同物料颗粒间的密度差异进行分离的过程。利用重选方法对物料进行分选的难易程度，可简易地用待分离物料的密度差判定。,一般认为，当E2.5时，属极易选；2.5E1.75时，易选；1.75E1.5时，可选，1.5E125时，难选；E1.25时，极难选。,5.1.2 重选过程的物理基础,1、分选过程与分选区,2、分选介质,3、重力分选过程的作用力,4、分选基本条件,5、分选粒度范围,5.1.2.1 分选过程与分选区,重选过程包括三个部分：选别前物料的准备，即将待选物料碎磨至基本单体解离；重选作业，即物料粒群的松散沉

3、降按密度分层或振动离析分层运搬分离；产品处理， 包括浓缩脱水，过滤烘干，进一步精选分离。,(1) 二维分选区,(2) 三维分选区,分选作用基本上是在平面上进行，颗粒在平面上做二维运动。二维分选区的主要代表是重力分选中的流膜分选法，,颗粒的分选过程在同颗粒粒度相比非常大的三维立体空间实现。,5.1.2.2 分选介质,传递能量的媒介，同时还担负着松散粒群和搬运输送产物的作用。,分选介质的作用,等速的上升流动、垂直的非稳定流动，沿斜面的流动、回转运动等。,分选介质的运动形式,水、重介质和空气。,分选介质的种类,5.1.2.3 重力分选过程的作用力,（1）重 力 Fg = mg = Vg （2）浮 力

4、 Ff=Vg （3）惯性力 Fin = -ma2 （4）离心力 Fc = m2r = mu2t /r （5）介质阻力 FR = v2d2 （6）粒间摩擦阻力Fm 颗粒受周围颗粒群正面阻挡及侧面 磨擦所产生阻力。 （7）粒间剪切悬浮力p 粒群中，颗粒受周围颗粒连续剪切作用时，在垂直于剪切方向存在的 斥力。,5.1.2.4 分选的基本条件,1）分选物料的密度差异要足够大,2）分选物料之间的粒度差要足够大,5.1.2.5 分选粒度范围,任何分选方法及设备均适用于一定的分选粒度范围。选择分选设备及工艺流程时，必须充分考虑设备的适应粒度范围，特别是分选粒度的上限及下限。因此，实践中常将物料按粒度分成数个

5、粒级。,5.1.3 重选基本原理概述,(1)颗粒及颗粒群在介质中的沉降理论；(2)颗粒群在垂直流中按密度分层的理论；(3)颗粒群在斜面流中的分选理论；(4)颗粒群在回转流中的分选理论；,5.1.4 颗粒在介质中的 沉降运动与等降比,1）颗粒在介质中的上浮与沉降,2）等降现象与等降比,3) 自由沉降等降比,4）干涉沉降等降比,5.1.4.2 等降现象与等降比,1.颗粒在介质中的浮沉与沉降,颗粒在液体中所受重力为 Fg=mg=Vg ，所受浮力为 Ff=Vg 。定义Go为颗粒在介质中的有效重力，go为颗粒在介质中的重力加速度：,Go= Fg - Ff = (-)Vg = mgo,显然，若颗粒密度大于

6、介质密度，则Go0，颗粒将下沉。若颗粒密度小于介质密度，则Go0，颗粒将上浮。若有两种密度分别为1和2的颗粒混合物，则可选取适当的重介质，其密度为，使12 。此时密度为1的颗粒将上浮，密度为2的颗粒将下沉。这就是重介质浮沉分选的基本原理。,等降现象,等降现象：密度、粒度和形状等不完全相同的颗粒以相同的沉降速度沉降。等降颗粒：具有相同沉降速度的颗粒称为等降颗粒。等降比：在等降颗粒中，密度小的颗粒粒度和密度大的颗粒粒度之比。,5.1.4.2 等降现象与等降比,5.1.4.3 自由沉降等降比,应用阻力公式可以求出相应雷诺数范围内的等降比。设两个粒度分别为dv1和dv2的颗粒在相同介质中等速沉降，利用

7、 V01=V02，得到在不同的雷诺数范围的等降比分别为：,Ree0， 干涉沉降等降比始终大于自由沉降等降比。而且可以看出，干涉沉降等降比将粒群容积浓度的减小而降低，且以自由沉降等降比为极限；容积浓度大，干涉沉降等降比也大。,eh=dv1/dv2,5.1.5 物料在垂直交变介质流中 按密度分层,1）分层过程,2）静力学体系学说及按密度分层的位能学说,3）动力学体系学说,5.1.5.1 分层过程,重选中的跳汰分选主要是指在垂直交变介质中物料按其密度差异进行的分选作业。分层过程大致描绘在图5-2中。,跳汰分层原理，归纳起来有两种基本观点。一是从个别颗粒的运动差异（速度、加速度）中探讨分层原因，谓之动

8、力学体系学说；另一种是从床层整体的内在不平衡因素（位能差，悬浮体密度差等）中寻找分层依据，可称之为静力学体系学说。,5.1.5.2 静力学体系学说 及按密度分层的位能,（1）由E（2-1）可见，两种物料只要密度存在差别，即21，即有E0，分层过程便能自动进行，而且两种物料密度差值越大，越易按密度得到分层。（2）E及H均与h1和h2的乘积成正比。,5.1.5.3 动力学体系学说,第一项，是只与颗粒和介质密度有关的重力加速度项，即表明了颗粒的初加速度。,第二项，颗粒与介质相对运动时阻力加速项。,1952年维诺格拉道夫等通过颗粒在垂直交变流中的受力分析，建立了颗粒运动方程,第三项，反映了介质加速度对

9、颗粒运动影响，可看出，当介质密度一定时，该项仅与颗粒密度关。,第四项，反映了附加质量惯性阻力对颗粒运动的影响。,第五项，为机械阻力，它随床层松散度的变化极大，其对分层的作用主要表现在床层下降收缩期间。随着床层间隙的减小p首先失去活动性的是那些粗大的颗粒，而细小的颗粒则仍可穿过粗颗粒间隙向下运动。,5.1.5.3 动力学体系学说,5.1.6 斜面流分选原理,1）斜面水流运动特性,2）粗粒群在厚层紊流斜面流中的松散分层,3）细粒群在薄层弱紊流斜面流中的松散分层,4）粗颗粒在层流斜面流中的松散分层,1）斜面水流流态,斜面水流按流态可分为层流和紊流 。薄层水流的雷诺数临界值与厚层水流不同，下临界值为R

10、e2030时属层流，上临界值约为3005000。,式中：umea-斜面水流的平均流速； 一水的密度； 水的动力粘性系数； R一水力半径，为过水断面与湿周之比：,B槽宽； H水层厚度。,2）斜面水流层流流速分布,图5-4 层流水速沿深度分布计算图,水层问的内摩擦力为：重力分力为： 当水流匀速流动时，FW，即: 积分可得距底面高度h处的微层流速：,2）斜面水流层流流速分布,当hH时，表层的最大水速umax为: 令u除以umax得水速沿深度的变化关系，即流速分布为 ：式中表明，层流速度沿深度的分布为一条二次抛物线。即靠近水面处流速最大，越向下水速越小，与底面接触处的水速为零。h高度以下水层的平均流速

11、为：,整个水流的平均流速umea：。平均流速与最大流速间的关系： 水流体积流量： 流层厚度为： H（3Qgsin）13斜面水流流层厚度随着水流流量增大而增厚，随着斜面坡度的增加而变薄。,2）斜面水流层流流速分布,3）紊流斜面特性,图5-5 紊流斜面流水速沿深度分布,当雷诺数很高（Re5103）时，光滑底面的紊流流速沿水深的分布规律为 ：当雷诺数增加或减小时，公式为 ：n值随Re值的增加而增大。n越大流速分布均均匀 。,（1）紊流斜面流流速分布,（2）紊流斜面流的脉冲流速,某点流体的瞬时速度与该点的时均速度之差称为瞬时脉动速度,法向脉动速度uim的大小用时间段t1-2内法向瞬时脉动速度的时间均方

12、根表示为,按水流的平均流速计，则脉动速度的大致范围是,4）水跃现象,水流沿斜槽流动的途中，若遇有挡板或槽沟等障碍，则在障碍物的上方水面突然升高，如图5-6（a）所示，这便是水跃现象 。,图5-6 水跃现象 （a）槽底障碍水跃 （b）槽底转折水跃,5.1.6.2 颗粒在紊流厚水层 斜面水流中的运动,图5-7颗粒在紊流斜面槽底受力分析,颗粒在水中的重力,水力阻力,脉动速度的上升推力Rim,摩擦力,upm作用于颗粒上的水流平均速度； 颗粒运动速度。,G0sin+d2(upm-v)2=fGocos,当斜槽坡度较小时，cos1，sin0，可写成uo=vo,，,(1)粒度相同的颗粒，密度愈大沿斜面的运动速

13、度y较小(而沉降时，密度越大的颗粒， 沉降速度却越大)；密度大的颗粒与密度小的颗粒沿槽底的速差是随两者粒度的增大而增大，说明粒度大的颗粒比粒度小的颗粒易于在斜槽中获得分选。 (2)密度相同而粒度不同的颗粒，其移动速度的变化存在一极大值。密度不同的颗粒运动速度y出现最大值的位置不同，密度大的颗粒出现在较小的d心值处；密度小的颗粒出现在较大的4H处。(3)在斜槽中，密度大的粗颗粒和密度小的细颗粒具有相等的沿槽移动速度而成为 等速颗粒(与沉降时等降颗粒情况正好相反)，因此垂直流中呈等降的颗粒可在斜面流中得到分选。,对上述公式进行分析，可得如下一些认识 ：,5.1.6.3 细粒群在薄层 紊流斜面中的松

14、散分层,弱紊流中的悬移层借紊动脉动速度维持被群悬浮，结果如同上升水流中悬浮不均匀粒 群那样，粗的和密度高的颗粒将较多地分布在下层。 弱紊流中的流变层，粒群主要借层间斥力松散，接着发生分层转移。,析离分层,细粒重物料在最底层，其上是粗粒重物料和部分细粒轻物料，再上面的是细粒轻物料，最上层则是粗粒轻物料 。,析离分层也是剪切作用下的一种静力分层形式，常发生在粒度范围较宽而最大粒度大于2mm3mm情况下。,5.1.6.4 细粒在层流斜面流中的松散分层,拜格诺学说,当悬浮液中固体颗粒受到连续剪切作用时，在垂宜于剪切方向存在 分散压(斥力)作用，使粒群具有向两侧膨胀的倾向。分散压力的大小随切向速度梯度的

15、增大而增加，当剪切遮度梯度足够大时，分散压力与颗粒在介质中的重力达到平衡，颗粒 即呈悬浮状态。,层流料浆流膜分成三层结构，即表面极薄的表流层；中间层浓度分布较均匀，厚度相对较大，近似地呈层流流态，但仍有檄弱的大尺度旋涡扰动痕迹，属于流变层。再往下颗粒即失去了活动性，形成了沉积层。,5.1.6.5 摇床斜面流分选原理,摇床属于流膜类分选设备，具有两个特征：,一是沿床面的纵向设置了床条(或刻槽)；,二是床面作往复不对称运动。,摇床分选是在一个倾斜的床面上，借助床面的不对称往复运动和薄层斜面水流的综合作用，使细粒固体物料按密度差异在床面上呈扇形分布而进行分选的一种方法。,图5-12 摇床分选及其床面上物料按密度呈扇形分带示意图,床面的摇动和横向水流的脉动，使物料松散并析离分层，如图5-9。床面上扇形分带是不同性质颗粒横向运动和纵向运动的综合结果。大密度颗粒具有较大的纵向移动速度和较小的横向移动速度，其合速度方向偏离移动方向的倾角小，趋向于重产物端；小密度颗粒具有较小的纵向移动速度和较大的横向移动速度，其合速度方向偏离移动方向的倾角大，趋向于轻产物端。大密度粗粒和和小密度细粒则介于上述两者之间。,