第四章---跳汰选矿（一）

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1、第四章 跳汰选矿, 4 - 1 概 述,一、跳汰选矿的基本概念,1、跳汰选矿：跳汰选矿是指矿粒在垂直交变介质流中按密度进行分选的重选作业。,2、床层：矿石给到跳汰机的筛板上，形成一个密集的物料层，称作床层。,水介质跳汰或水力跳汰,风力跳汰,在给料的同时，从跳汰机下部周期性的给入上下交变的水流，垂直变速水流透过筛孔进入床层，物料在这种水流中进行跳汰分选。,跳汰分层过程示意图,物料在跳汰过程中之所以能分层，起主要作用的内因，是矿粒自身的性质（密度、粒度、形状），但能让分层得以实现的客观条件，则是垂直升降的交变水流。在跳汰机入料端给入物料的同时，还会给入一定量的水平流。水平流的主要作用是润湿和运输物

2、料。润湿是为了防止于物料进入水中后结团；运输是负责将分层之后，居于上层的低密度物冲走，使它从跳汰机的溢流堰排出机外。水平流对分选具有一定的影响。,推动水流运动的方法多种多样，选矿常见的是由偏心连杆机构带动橡胶隔膜作往复运动，借以推动水流在跳汰室内上下运动的隔膜跳汰机 另外还有无活塞跳汰机（选煤）、动筛跳汰机。,几个相关定义：,脉动水流：跳汰机中水流运动的速度及方向是周期变化的，这样的水流称作脉动水流 。,水流冲次：水流每分钟循环的次数称为冲次。,水流冲程：水流在跳汰室中上下运动的最大位移称为水流冲程,跳汰周期曲线：在一个周期内表示水速随时间变化的关系曲线称作跳汰周期曲线。,跳汰周期：脉动水每完

3、成一次周期性变化所用的时间即为 跳汰周期。,机械冲程：而隔膜或活塞本身运动的最大距离称作机械冲程。,二、跳汰分选的应用,跳汰选矿是处理粗、中粒矿石的有效方法。工艺简单、处理量大，并有足够的选别精确度，应用很普遍。 处理金属矿石时，给矿粒度上限可达30-50mm，回收粒度下限为0.2-0.075mm。 选煤用的处理范围为100-0.5mm。 跳汰广泛用于选煤、钨矿、锡矿、金矿及稀有金属矿石；还可用于选铁、锰矿石和非金属矿石。, 4 2 跳汰选矿原理,跳汰选矿的应用距今已有500多年的历史，但对跳汰分选原理的研究较晚，早在1867年奥地利人雷廷智开始研究单个颗粒在介质中的运动规律，至今已有百余年的

4、历史。但由于跳汰过程影响因素过于复杂，因而跳汰原理的研究遇到了较大的困难，所以，至今对跳汰过程的机理的认识还不充分，虽然，提出了许多假说，都是从不同方面对跳汰过程进行的研究的探讨，也只能反映跳汰选矿过程某些方面的规律性，对生产起一定的指导作用，但是，还没有一种能为大家公认的理论。下面从实际出发，分析流体的动力学及其对分层的影响，即跳汰分层的动力学分析。,4.2.1 偏心连杆机构跳汰机内水流的运动特性,转数n ，r/min；角速度，rad/s偏心距r，mm机械冲程，l=2r,隔膜速度：,跳汰机的隔膜面积一般小于跳汰室的筛板面积，令,则脉动水流速度u,当t =0或时，umin=0， 当t =/2时

5、，水流速度达到最大值：,设跳汰周期为 T： ，则：,小结：,水流的速度曲线为一正弦函数曲线,水流的加速度曲线为一余弦函数曲线,水流的位移曲线,4.2.2、跳汰床层中颗粒的受力和运动分析跳汰选矿过程中的水流是垂直交变的，是非稳定流。因而颗粒受力情况比较复杂，下面对颗粒受力情况具体分析。设向上的方向为正方向。 （1）、颗粒在介质中的有效重力G0，其方向向下，取“”号：,（2）、介质对颗粒的阻力R：,跳汰选矿的动力学原理,（3）、介质的加速度引起的惯性阻力颗粒在加速运动阶段，还要带动周围部分介质作加速运动而受到的介质惯性阻力。,4、加速运动的介质流对颗粒的附加推动力,5.,将上述各项作用力加以综合，

6、可得到颗粒在跳汰过程中受力的方程式：, 上式也称为维诺格拉道夫方程。,从上式可以看出，在垂直交变的介质流中，矿粒运动的加速度，除了机械阻力的因素没有考虑外，主要有四种加速度所合成。第一项，是矿粒在水介质中的重力加速度，即初加速度；第二项，由颗粒与介质做相对运动引起的阻力加速度；第三项，由矿粒加速运动，引起其周围部分介质也作加速运动导致的附加惯性阻力加速度；第四项，由介质加速度运动所致的附加推力加速度。,，使速度阻力只在床层上升初期,推动其整体抬起，及至床层松散后，在有效分层运动期间则减小相对速度。,希望跳汰周期应有一个较大的向上的加速度和一个小的向下的加速度，即跳汰周期曲线有由上升水流缓慢过渡

7、到下降水流的特点。a0一般并不大，影响较阻力加速度小。,在上升初期，当水流加速度 方向向上时，式中该项取正值，重矿物上升的速度轻矿物上升的速度，对按密度分层有利； 在上升末期，水流作负加速度上升时，式中该项取负值，促使低密度矿粒比高密度矿粒的上升速度更快地减小，显然，对分层不利。 在下降水流初期，水流作负加速度下降时，式中该项取负值，促使地密度矿粒比高密度矿粒下降得更快，不利于分层； 在下降水流末期，水流作正加速度下降时，式中该项取正值，促使低密度矿粒比高密度矿粒下降速度减小得更快，显然有利于分选。,当介质加速度 方向向上时，对按密度分层有利。,举例分析：,4.2.3、在跳汰周期各阶段床层的分

8、层过程,图4-4 在正弦跳汰周期四个阶段床层的松散分层过程,第一阶段：水流上升运动前半期 水流在开始上升的前/2周期内，速度由零增大到最大值，方向向上为(+)；加速度方向也为(+)，但由最大值减小到零。 在此阶段初期，床层呈紧密状态。随着水流上升，上层细小颗粒开始浮动，当速度阻力和加速度阻力之和超过重力时，,整个床层升起，但床层内颗粒难以相对转移。 该阶段作用在于使床层占有一定的空间高度，为下一步松散分层创造条件。,可分为四个阶段：,可分为四个阶段：,第二阶段：水流上升半期 加速度为(-)，水流作减速上升。速度方向为(+)，但由最大降至为零。上层矿粒上升，下层剥落，松散度逐渐达到最大。M点出现

9、轻矿物与水流相对速度为零的时刻。 由于速度阻力的减小，矿物颗粒可以更充分按比重分层。,可分为四个阶段：,第三阶段：水流下降运动前期 这一阶段水流和大部分矿粒均向下运动，水流的速度甚至超过轻颗粒的下降速度。这一阶段仍是分层的有利时机属于第二阶段的继续。 底部重颗粒已经达到筛面上。 颗粒大的失去活动性，颗粒小的在间隙间向下，结果粗颗粒在上，细颗粒在下。,可分为四个阶段：,第四阶段：水流下降运动后期 床层基本上落到了筛面，并在下降水流中变得愈来愈紧密。机械阻力达到最大。只有细小的颗粒钻隙运动。 控制好下降水速可以只允许细重颗粒进入底层，达到补充分层的目的。因此常需要补加筛下水。,下降水流宜初长而缓，

10、末短而速, 几种典型跳汰周期特性曲线,（a) ua ub；tatb,在正弦周期的筛下连续补加等速上升水流，即可得到这种周期。,特点:上升水速大、作用时间长，下降水速小，作用时间短。因此介质与矿粒的相对速度大，床层较松散，设备处理能力大，下降水流的吸入作用减弱，不适于处理含细粒级多的物料，而适于处理中粗粒级的物料。,（b) ua ub；ta=tb, 几种典型跳汰周期特性曲线,特点：上升水速大于下降水速，而作用时间相等的不对称跳汰周期。在正弦周期的水流下降阶段，利用分水阀间断补加筛下水，即可得到这种跳汰周期。与正弦周期相比，上升水速的作用未变，但下降水流的速度降低且变化缓慢，下降期吸啜作用加强（但

11、不是很强），故适用于处理含细粒级的物料。,（c) ua ub；tatb, 几种典型跳汰周期特性曲线,特点：上升水速大，作用时间短，下降水速小，作用时间长。以凸轮推动杠杆的机械传动，或以凸轮传动的油缸柱塞的机械液压传动，以及间断导入压缩空气驱动水流运动的传动方式都可以得到这种周期。,在每一周期开始，极加速上升水流将床层鼓起必要的高度；接着是长而缓的下降水流，在此期间床层得到充分松散，而矿粒与介质间具有小的相对速度，有利于分层；当床层落回筛面,又有强的吸入作用，使重矿物细颗粒较好地进入底层。可分选宽级别细粒物料。,（d) ua ub；tatb,（d）上升水速缓但作用时间长：床层松散慢，但一经松散，

12、随水流上升速度逐渐减弱，收缩过程也缓慢，这可使分层时间延长，而且矿粒与水流相对速度小，形状和粒度的影响变小，对分层有利；下降期由于重颗粒大多已落回筛面，更有利于中细粒级的细啜作用。, 几种典型跳汰周期特性曲线, 几种典型跳汰周期特性曲线,只有上升水流的跳汰周期：,只有上升或下降水流的跳汰周期：,利用周期开启的阀门间断地想跳汰室中引入筛下水，即可得到这种曲线。矿粒在这种周期曲线下主要是按照干扰沉降规律分层。粒度对分层影响较大。故适用于分选窄级别原料或用来回收相对密度大的贵金属（Au、Pt等）。由于没有下降水流，床层比较松散，设备处理量大，重产品比较纯净，但回收率低。,当筛板向上运动时，动筛跳汰机

13、的水流相对于筛板向下流动，床层在被提升过程中变得紧密。在筛板向下运动时，床层失去支持，好像在静止水中沉降。水流相对床层的流动可视为只有下降水流的跳汰周期曲线 一些简单的动筛。处理量低。, 几种典型跳汰周期特性曲线, 合理的跳汰周期特性应与被选物料的性质相适应，使物料充分松散，并按密度分层。,锯齿波形不对称跳汰周期曲线,锯齿波形不对称跳汰周期曲线是本世纪60年代圆形跳汰机所采用的较为理想的跳汰周期曲线，由凸轮机构或液压装置所产生。,此种周期曲线能更好的适应物料沉降分层的要求、分选较宽级别的物料、分选效果好、不需要筛下补加水。,4 - 3 跳汰机,随着选矿和选煤技术的发展，跳汰选矿的主体设备跳汰机

14、得到了不断改进和完善，并且日趋大型化发展，跳汰机类型多，分类方法多，根据设备结构和脉动水流的运动方式不同分为：（1）活塞跳汰机 （2）隔膜跳汰机 （3）空气脉动跳汰机 （4）动筛跳汰机 （5）离心跳汰机。,引言,在金属矿山选厂应用最多的是隔膜跳汰机，选煤多用空气室跳汰机。动筛跳汰机一般用于选煤动力排矸。,旁动隔膜跳汰机,横向侧动隔膜跳汰机,下动隔膜跳汰机,隔膜跳汰机按隔膜安装的位置分类,按跳汰室筛板表面的形状，隔膜跳汰机又可分为矩形、梯形和圆形跳汰机等。依跳汰室并列的数目又有单列、双列和三列之分。,一、旁动隔膜跳汰机,一、旁动隔膜跳汰机,图 旁动隔膜跳汰机,1、构造及工作过程该机结构小巧而简单

15、，由机架、传动机构、跳汰室、隔膜室及底箱4部分构成。为了配置电机方便，设备有左右之分，从给矿端看传动机构在跳汰室左侧的为左式，反之为右式。,该机结构简单，维修方便，冲程调节范围大，分选指标好，广泛用于我国中小型钨、锡矿选矿厂。粒度上限1218mm，粒度下限0.2mm。水流接近正弦曲线。给矿在入选前要适当分级。 缺点：耗水量大，34m3/t以上。单机规模小，生产能力低，设备占地大。,1锥形阀；2外套筒；3轻矿层；4重矿层；5筛上精矿导管； 6筛下精矿阀门,1、中心排矿装置：适用于小型跳汰机，可排放粗粒物料, 几种筛上产品的排矿方式,在跳汰室中心线靠近尾矿端设置排料管。排料管的上口高出筛面一定距离

16、，外面装有套管。套管底缘距离筛面有一定的高度并可调节。聚集在管外的重产物借助床层的压力进入套管内，然后转入中心管排出机箱。调节套管下缘距离筛面的高度，即可改变产品数量和质量。适用于精矿产率不大的情况。,跳汰分层后，轻产品随上部水流越过末端堰板排出，重产品有：1、透筛排料；2、中心管排料；3、一端排料, 几种筛上产品的排矿方式,跳汰分层后，轻产品随上部水流越过末端堰板排出，重产品有：1、透筛排料；2、中心管排料；3、一端排料,人工床层：处理细物料时，为了托住床层，又避免筛孔太小增加筛板对脉动水流的阻力，往往在筛板上人为铺设一层高密度的矿粒，称为“人工床层”。人工床层由接近或略大于重矿物的矿块组成，有时采用金属球。粒度为筛孔的1.22倍。,1、透筛排料：重产物通过筛孔排入底箱。在排料粒度较细，而且筛孔不能太小的情况下使用。为了控制排料速度，需在筛面上另铺设一层料石。称为“人工床层”。人工床层也随水流的升降运动。改变床层的粒度、密度或铺设厚度，即可调节重产品排出的数量和质量。排入底箱的产品通过阀门放出。用于十几毫米以下铁矿石和煤炭的处理,