第三章 水力分级.ppt

*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,重 力 选 矿,主讲人 何东升,环境与城市建设学院,第,1,章 重选概论,第,2,章 重选的基本原理,第,3,章 水力分级,第,4,章 重介质选矿第,5,章 跳汰选矿第,6,章 溜槽与摇床选矿第,7,章 重选生产工艺,提 纲,第,3,章 水力分级,3.1,概述,3.2,水力分析,3.3,水力分级设备,3.1,概述,水力分级,水力分级,是根据矿粒在运动介质中沉降速度的不同，将粒度级别较宽的矿粒群，分成若干窄度级别产物的过程。,水力分级与筛分比较,水力分级和筛分的性质相同。筛分比较严格地按几何尺寸分开，筛分产物具有严格的粒度界限。水力分级则是按沉降速度差分开。矿粒的形状、密度以及沉降条件对按粒度分级均有影响，因而分级不是严格按粒级进行的，具有较宽的粒度范围。,3.1,概述,3.1,概述,3.1,概述,分级的界线粒度,（,1,）分级产物的粒度,分级产物的粒度,以该产物的粒度范围（如,0.25-0.5mm),表示，或分级产物的粒度,(,如大于或小于,0.074mm),在该产物中的含量表示。它仅说明分级产物的粒度范围，而不能表示出两种分级产品的分界粒度。,3.1,概述,（,2,）分级的分界粒度,分级粒度,是指按沉降速度计算的分开两种产物的临界颗粒的粒度。,分离粒度,指实际进人沉砂和溢流中分配率各占,50%,的极窄粒级的平均粒度，,写成,d,50,。,大于分离粒度的颗粒大多进入沉砂中，小于分离粒度的颗粒大多进入溢流中。,3.1,概述,水力分级介质流形式及判断式,（,1,）垂直运动,=,0,-,u,a,沉降速度大于上升水速的粗颗粒,，向下降落，由设备底部排出，称为,沉砂或底流,。沉降速度小于上升水速的细颗粒，,向上运动由设备底部排出，称为,溢流,。如果要求得到多个粒级产物，则可将第一次分出的溢流（或沉砂）在流速依次减小（或增大）的上升水流中继续沉降分离,。,3.1,概述,（,2,）接近水平流动,在接近于水平流动的水流中进行分级，颗粒在水平方向的速度与水流速度大致相同。而在垂直方向则依粒度（还有密度、形状）不同而有不同的沉降速度。粗颗粒较早地沉降下来落在槽内成为,沉砂,，细颗粒则随水流流出槽外成为,溢流,。分级过程是按颗粒沉降速度差进行，如图所示。,3.1,概述,（,3,）回转流,在回转流中，颗粒根据径向速度差分离。介质的,向心运动速度,是决定分级粒度的基本因素。,3.1,概述,水力分级在选矿中的应用,（,1,）在某些重选作业（如摇床选矿、溜槽选矿等）之前，将入选原料分成窄粒级，以便于选择适宜操作条件，此时分级产物的粒度特性将有助于进行析离分层；,（,2,）与磨矿作业构成闭路工作，及时分出合格粒度产物，以减少过磨；,（,3,）对原矿或选别产物进行脱泥、脱水；,（,4,）测定微细物料（多为,-0.075mm,）的粒度组成，即进行水力分析。,第,3,章 水力分级,3.1,概述,3.2,水力分析,3.3,水力分级设备,3.2,水力分析,水力分析,(,简称水析,),是借测定颗粒的沉降速度间接测量颗粒粒度组成的方法。,范围：常用于小于,0lmm,物料的粒度组成测定。,常用水析法有三种,:,重力沉降法、上升水流法和离心沉降法。,3.2,水力分析,测定条件：自由沉降，,悬浮液的固体容积浓度小于,3%,。,计算公式：斯托克斯沉降速度公式,为了防止水析过程中固体颗粒团聚，通常加入,水玻璃,等分散剂，浓度,:,0.01%0.02%,。,3.2.1,沉降水析法,原理,：,逐步缩短沉降时间的方法，由细至粗地，逐步地将各粒级物料自试料中淘析出来。,实验装置,：,基本器皿为一带毫米刻度纸的透明容器，以及搅拌器、虹吸管等。,图 淘析法水析装置,1,玻璃杯；,2,虹吸管；,3,夹子；,4,溢流收集槽；,5,玻璃杯座；,6,标尺；,7,虹吸管架,设预定的分级粒度为,d,，在水中的自由沉降速度为,0,，则沉降,h,距离所需时间,t,为：,3.2.1,沉降水析法,步骤：,（,1,）算出粒度为,d,的矿粒在水中沉降,h,所用时间,t,；,（,2,）将矿浆倒入杯中，（矿浆液固比,6:1,），加清水至零刻度，搅拌。（容积浓度,3%,）。,（,3,）静置，沉降，经,t,时段，用虹吸管将,h,上部的矿浆全部吸出（小于分级粒度）,；,（,4,）杯中补加清水，重复上述步骤，直至吸出液体中不含小于分级粒度的矿粒为止；,（,5,）烘干，称重，化验。,特点：,简单、可靠，但费时、费工。,3.2.1,沉降水析法,3.2.2,上升水流法,原理,利用相同的上升水量，在不同直径的分级管中，产生不同的上升水速，粒度不同的矿粒按其不同沉降速度，分成若干粒级。,装置,如图所示为一组四管水析器，该水析器除主要工作部件分级管外，还有给水装置、水玻璃添加装置、给矿装置和溢流接收装置等。,3.2.2,上升水流法,分级管直径,由给水量和分级粒度确定。如分级管断面积为,A,，给水量为,Q,，分级管的内径为,D,，则存在如下关系,:,式中,D,一分级管直径。,在每个分级管中，沉降速度,0,大于管内上升水流速度,u,a,的颗粒便,沉降下来,，小于,u,a,的颗粒便进入下一个分级管内依次进行分级。在每个分级管内保持悬浮的颗粒即是该次分级的临界粒度。,3.2.2,上升水流法,每次水析的试料约为,50g,，装入带搅拌器的玻璃杯内，给矿前各分级管及连续管内均充满水，打开管夹使矿浆流人各分级管内。在一般情况下给料时间约,1.5h,，,2h,后停止搅拌，大约,6h,后停止给水,(,以溢流水是否清澈为准,),。然后用夹子夹住各分级管下端的软胶管，按粗细顺序将各粒级产物清洗排出，进行澄清、过滤、烘干、称重、化验等一系列处理。,3.2.2,上升水流法,这种连续水析器一次可获得多级产品，操作简便，只要保持工作正常,(,及时放出管内气泡且不使矿粒堵塞胶管,),，所得结果就较为准确，但水析时间较长。,3.2.2,上升水流法,3.2.3,离心沉降法,原理,：使分级过程在离心力场中进行。旋流水析器内颗粒的径向沉降速度依然可按斯托克斯公式求出，仅需用离心加速度取代重力加速度。,离心沉降法所用装置,：串联旋流分级器，也称旋流水析器，结构如图所示。它是由倒置,(,底流口垂直向上）水力旋流器互相串联并平行排列所组成的。,3.2.3,离心沉降法,实验过程,：每个旋流器的沉砂口都与装有排料阀的接料槽相通，试验时排料阀是,关闭,的。水经水泵从水槽抽出，控制转子流量计保持一定流量，通过流量控制阀给人第,1,号旋流器，因沉砂口排料阀关闭，底流存留在锥体底部，而溢流则进入第,2,号旋流器。以此类推，由第,l,到第,5,号旋流器溢流口和进料口直径依次逐渐减小，旋流器分级粒度也相应逐渐减小。因此，物料分级完成后，第一个旋流器底流产品粒级最粗，最细粒级产物则是最后一个旋流器的溢流。,试样小于,75m,，每次用量以小于,100g,为宜，从试料容器中给入，约经,30min,，分级过程完毕，取出各旋流器内的底流经过滤、烘干、称重和化验。可见旋流水析仪比连续水析器分级速度快。,3.2.3,离心沉降法,第,3,章 水力分级,3.1,概述,3.2,水力分析,3.3,水力分级设备,3.3.1,多室及单槽分级机,多室分级机,云锡式分级箱,机械搅拌式水力分级机,筛板式槽型水力分级机,单槽分级机,分泥斗,倾斜浓密箱,云锡式分级箱,上升水流,优点,：,结构简单，不耗动力，便于操作。,缺点,：,耗水量大，分级效率低。,机械搅拌式分级机,优点,：,分级效率高，沉砂浓度大，节省水耗，处理能力大。,缺点,：,构造复杂，设备高度大，配置困难，沉砂口容易堵塞。,大型钨矿选矿厂使用。,筛板式槽型水力分级机,优点,：,构造简单，不需动力，高度较小，便于配置。,缺点,：,分级效率不高，沉砂浓度较低。,分泥斗,优点,：,结构简单，易于制造，不需动力，有储矿作用。,缺点,：,分级效率不高，配置高度差大。,分泥斗,倾斜浓密箱,稀矿浆沿给料槽注入，进到,倾斜板,和,稳定板,之间，矿浆中的固体矿粒在上升过程中，在倾斜板间沉降。矿粒沉降到倾斜板后，由于在水介质中倾斜板超大于安息角，就向下滑行进入稳定板之间，聚集成沉砂，从下部排出。溢流从上部溢流槽排出。沉砂的流量和浓度用底部的调节阀门（或更换排砂咀大小）来控制。,双层倾斜板水力分级箱,3.3.2,机械分级机,机械分级机,：具有提升运输沉砂的机构的分级机。,原理,：借颗粒在水介质中的沉降速度差进行的。,应用,：与磨矿机配合工作进行预先分级和检查分级，还可以用于含泥矿石的洗矿以及进行脱泥、脱水。,分类,：,螺旋分级机、耙式分级机和浮槽分级机,等,特点,：螺旋分级机是利用转动的螺旋连续排出沉砂。构造简单、操作方便。,3.3.2,机械分级机,机械分级机,：具有提升运输沉砂的机构的分级机。,原理,：借颗粒在水介质中的沉降速度差进行的。,应用,：与磨矿机配合工作进行预先分级和检查分级，还可以用于含泥矿石的洗矿以及进行脱泥、脱水。,分类,：,螺旋分级机、耙式分级机和浮槽分级机,等,特点,：螺旋分级机是利用转动的螺旋连续排出沉砂。构造简单、操作方便。,3.3.2,机械分级机,机械分级机,：具有提升运输沉砂的机构的分级机。,原理,：借颗粒在水介质中的沉降速度差进行的。,应用,：与磨矿机配合工作进行预先分级和检查分级，还可以用于含泥矿石的洗矿以及进行脱泥、脱水。,分类,：,螺旋分级机、耙式分级机和浮槽分级机,等,特点,：螺旋分级机是利用转动的螺旋连续排出沉砂。构造简单、操作方便。,3.3.2,机械分级机,螺旋分级机的分类,（,1,）根据螺旋数目的不同，可分为单螺旋分级机和双螺旋分级机。,（,2,）,根据溢流端螺旋叶片浸入溢流面的深浅不同，可分为,高堰式,（,a,）、,低堰式,（,b,）、,沉没式,三种（,c,）。,3.3.2,机械分级机,3.3.2,机械分级机,高堰式单螺旋分级机,FG-750,沉没式单螺旋分级机,FC-1500,构造,倾角,:,分级槽倾角一般为,12,0,-18.5,0,;,形状,:,槽的底部为半圆形,;,给矿,:,矿浆从槽的中间部位进料口,7,给入,在分级槽下端的分级带完成分级。,排料,:,细粒级经溢流堰,8,随溢流排出口,9,排走。粗粒级沉降后，由螺旋,1,将其运至沉砂排出口,10,。,传动,:,螺旋安装在中空主轴,3,上，上端设有传动装置,5,，轴的下端置于提升机构之内，必要时可调节螺旋在槽内的高度。,3.3.2,机械分级机,3.3.2,机械分级机,图 螺旋分级机结构示意图,1,螺旋；,2,分级槽；,3,螺旋轴；,4,轴承；,5,传动装置；,6,螺旋提升机构；,7,进料口；,8,溢流堰；溢流排出口；,10,沉砂排出口,螺旋分级机的工作原理,细磨后的矿浆从位于沉降区中部的进料口给入水槽，倾斜安装的水槽下端是矿浆分级沿沉降区，螺旋低速转动，对矿浆起搅拌作用，使轻细颗粒悬浮到上面，流动溢流边堰处溢出，进入下一道工序处理，粗重颗粒测沉降到槽底，由螺旋输送到排料口作为返砂排出。,若分级机与磨矿机构成闭路，则分级机的沉砂经溜槽进人磨矿机再磨，送回磨矿机的沉砂称“返砂”。,3.3.2,机械分级机,分级过程,发生在靠近表面层的水平矿浆流中,一方面以自身的沉降速度,向下沉降，同时又被水平介质流带动，以接近矿浆水平流速,u,的速度向溢流端行进。,运动方向是两个速度的矢量和。,粗颗粒运行到分级槽终端被溢流堰挡住，在槽内成沉砂，细颗粒运行到分级槽终端时，依然位于溢流堰上面，随水平流从溢流口排出机外。,3.3.2,机械分级机,影响螺旋分级机工艺效果的评定,（,1,）分级机的工作质量,沉砂中小于分级粒度的细粒级含量；,溢流中大于分级粒度的粗粒级含量；,沉砂水分的高低。,（,2,）分级机的生产能力,按溢流中固体含量计算的生产量；,按沉砂中固体含量计算的生产量。,3.3.2,机械分级机,3.3.2,机械分级机,影响分级机工艺效果的主要因素：,矿石性质,密度,:,矿石密度越大生产能力也越高,(,几乎正比,),。,粒度组成和含泥量,:,反映在矿浆的粘度上，粘度增大，矿粒沉降速度减少，处理能力和分级的精确性均降低，因此，当矿泥含量较高时，常采用较低分级浓度，但这又导致处理量的降低。,因此，适量矿泥，增加矿浆的粘性，可抑制螺旋搅动时引起矿浆紊动的发展。,3.3.2,机械分级机,分级机结构,分级面积,影响分级机处理能力并决定分级粒度。,图所示，分级液面长为,l,，分级槽宽若为,B,，分级槽下端高度若为,H,倾角为,则分级机面积,A,为：,增大分级面积方法,：增大分级槽的宽度、提高溢流堰的高度或减小槽体的倾角。,结论：分级机面积增大，按溢流的体积处理能力便增大，分级精度便更细。,螺旋的转速,：影响液面的搅动程度和运输返砂的能力，转速与螺旋直径成反比。,粗粒分级可有较大的搅动程度而不致影响颗粒的沉降。,细颗粒分级则应避免强烈搅动，其螺旋运转速度达到足以将返砂沿外槽运出即可。,3.3.2,机械分级机,3.3.2,机械分级机,给矿浓度,常在磨机排矿口加水调节。实际生产中控制分级机的给矿浓度是控制分级溢流粒度的有效手段。同时，又制约着处理能力。,溢流浓度一般每隔,2030min,测定一次，以确保对分级粒度的控制。,3.3.3,水力旋流器,3.3.3,水力旋流器,水 力 旋 流 器 是 一 种 高 效 的 细 微 粒 矿 物,分 级、脱 泥、浓 缩,设 备，广 泛 于,有 色 金 属 选 矿、陶 瓷、化 工,等 工 业 中，其,特 点,是 结 构 简 单，生 产 能 力 大，占 地 面 积 小，工 作 效 率 高。,特点,：,构造简单，便于制造，无运动部件，生产率高，占,地面积小，分级效率较高，在国内外已经广泛使用；,主要缺点是消耗动力较大，且在高压给矿时,磨损,严,重，采用新的耐磨材料，如硬质合金、碳化硅等制作,沉砂口和给矿口的耐磨件，可部分的解决这一问题。,此外，当用于闭路磨矿分级时，因其体积小，对矿量,波动没有缓冲能力，不如机械分级机工作稳定。,3.3.3,水力旋流器,与一段磨机构成闭路磨矿分级系统，根据不同的处理能力，既可双台布置，也可成组配置。在较高的给矿浓度情况下，具有较高的分级效率和较细的溢流细度，分级效率比常用的螺旋分级机高出,5-10%,，有利于磨机利用系数的提高。,3.3.3,水力旋流器,结构,：水力旋流器的上部呈圆柱形，下部呈圆锥形，圆柱体的中央插入一根溢流管，上部外侧有一与其相切的进浆管。,规格,：圆柱体的内径,D,(mm,),表示。,沉砂口,给料口,溢流管,溢流,沉砂,3.3.3,水力旋流器,水力旋流器分级原理,料浆在,0.4,3.5,个大气压作用下，从进浆管沿切线方向进入旋流器内，作高速回转运动。在离心力和重力的作用下，粗粒被抛向器壁，向下作螺旋运动，从底部排砂口排出，细粒向器壁运动速度小，被朝中心并向上呈涡流流动的液体携带从溢流管排出。,3.3.3,水力旋流器,零速包络面,在轴向，矿浆存在一个方向转变的零速点，连接各点在空间构成的一近似锥形的面,(,见右）。零速包络面的位置大致决定了分级粒度。,3.3.3,水力旋流器,零速包络面,3.3.3,水力旋流器,影响旋流器工作的因素,矿浆体积处理量,与旋流器直径的关系为,:,Q D,2,分级粒度,与旋流器直径的关系：,因此，进行粗分级时常选用较大直径旋流器,;,在细分级时则用小直径旋流器。处理能力不够时，可以将多台并联使用。,3.3.3,水力旋流器,（,1,）给矿管直径,d,G,对旋流器工作的影响,给矿口的大小对处理能力、分离粒度以及分级效率均有一定影响。其直径常与旋流器直径呈一定比例，大多,d,G,=(008025)D,。给矿口的横断面形状以矩形为好。而纵断面常为图所示的切线形。,3.3.3,水力旋流器,由于这种切线形给矿管进料方式易使矿浆在进入旋流器时与器壁冲击产生局部旋涡影响分级效率。因此出现了如图的渐开线形及其他型式的给矿管。,3.3.3,水力旋流器,3.3.3,水力旋流器,（,2,）溢流管直径,dY,对旋流器工作的影响,溢流管大小应与旋流器直径呈一定比例，一般为,d,Y,=(0204)D,。增大溢流管直径，溢流量增加，溢流粒度变粗，沉砂中细粒级减少，沉砂浓度增加。,3.3.3,水力旋流器,（,3,）沉砂口直径,dY,对旋流器工作的影响,沉砂口直径常与溢流口直径比值称为角锥比。试验得出，角锥比值以,3,一,4,为宜，它是改变分级粒度的有效手段。,沉砂口常因磨损而增大排出口面积，使沉砂产量增加，沉砂浓度降低。,如果沉砂口过小，粗颗粒在锥顶越积越多，会引起沉砂口堵塞。,3.3.3,水力旋流器,（,4,）锥角对旋流器工作的影响,细分级或脱水用较小的锥角，最小达,10,0,15,0,;,粗分级或浓缩用用大锥角，达,20,0,一,45,0,。,旋流器圆柱体高度,h,一般取,h(0.61.0)D,。,溢流管插入深度,hy,，为,(0708)h,，过长或过短均将引 起溢流跑粗。,（,5,）给矿压力对旋流器工作的影响,提高给矿压力，矿浆流速增大，可以提高分级效率和沉砂浓度。,处理粗粒物料时，应尽可能采用低压力,(0050.lMPa);,只有在处理细粒及泥质物料时，才采用较高压力,(0103MPa),。,给料方式可采用,稳压箱,或,砂泵,直接给料，从节能和稳定操作角度看后者效果较好。,3.3.3,水力旋流器,（,6,）给矿性质对旋流器工作的影响,给矿浓度高，分级粒度变粗，分级效率亦将降低。当分级粒度为,0074mm,时，给矿浓度以,10%,一,20%,为宜,;,分级粒度为,0019mm,时，给矿浓度应取,5%10%,。,3.3.3,水力旋流器,用于分级的旋流器最佳工作状态应是沉砂呈伞状喷出，伞的中心有不大的空气吸入口。,图 旋流器底流不同排出状况示意图,1,伞状；,2,绳状（底流口很小）；,3,大锥角伞状（底流口很大）,3.3.3,水力旋流器,用途,：,（,1,）广泛用于分级粒度为,0.003,0.25mm,的湿式分级作业，常与二段溢流型球磨机构成闭路磨矿作业。在大型选厂中也有用作与一段球磨机构成闭路磨矿作业。,（,2,）用作分级粒度小于,15m,的浓缩脱水作业，如煤泥脱水和浮选前的矿浆浓缩。,（,3,）非金属矿物原料如高岭土的分级选别。,3.3.3,水力旋流器,