跳汰理论-重选工艺与设备-教学.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,跳汰选矿,Jigging,第一节 概述,一、跳汰选矿的基本概念,跳汰选矿的定义：,矿粒混合物，在垂直升降的变速介质流中，按密度差异进行分层和分离的过程。,跳汰过程相关名词：,跳汰机：实现跳汰过程的设备。,床层：物料给入跳汰机内在筛板上形成一个密集的物料层。,交变水流：在给料同时，从跳汰机下部周期性的给入上下交变的水流，垂直交变水流透过筛孔进入床层，物料在这中水流中经受跳汰分选过程。,床层松散：当水流上升时，床层被冲起，呈现松散及悬浮状态，颗粒间彼此作相对运动。,床层紧密：水流下降时，矿粒回落到筛面，颗粒间彼此紧密接触，失去相对运动的可能。,跳汰周期：水流每完成一次周期性变化所用的时间。,水平流的作用：,润湿：防止干物料进入水中后结团。,运输：将分层后，居于上层的低密度物冲带而走，使它从跳汰机的溢流堰排出机外。,交变水流的作用：,跳汰过程中实现按密度分层，矿粒自身性质是内因，交变水流是分层实现的客观条件。,跳汰周期特性：,一个跳汰周期内，水流运动的速度、加速度的变化特性。,跳汰周期特性的三种基本形式,间断上升介质流,间断下降介质流,升降交变介质流,跳汰周期特性,一定程度上决定了跳汰分选效果,间接体现了跳汰机主要结构,跳汰机推动水流的方法,隔膜跳汰机：,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。,空气脉动跳汰机（无活塞跳汰机）,采用周期性鼓入压缩空气的方法推动水流运动。,动筛跳汰机：,将筛网连同矿石一起在水中上下运动。,第二节 跳汰过程中垂直交变水流的运动特性,研究跳汰机内交变水流的意义：,跳汰过程中，交变水流是物料按密度分层的动力。物料在交变水流中能够得到松散，使物料间彼此换位得以实现，不同密度、粒度、形状的颗粒具有不同的运动状态，实现按密度分层。,考虑到活塞室与跳汰室面积之比,A,1,/A,2,及漏水系数，跳汰室内水速,u、,加速度,u,及行程,s（,波高）分别为：,筛下补充水（顶水）的作用：加强了上升水流的速度，减弱了下降水流的作用，起到调节吸啄强度的作用,实际上升水速是,u+u,d,(一)第,I,阶段，水流上升初期,床层运动特点：,低密度颗粒和细小的高密度颗粒较早升起，大部分高密度颗粒滞后上升。,床层较紧，限制了颗粒的运动和分层。,颗粒速度增长小于水速的增加，相对速度大，,颗粒粒度、形状对分层影响大,。该段持续时间越长，对分层越为不利。,本时段的主要作用：,抬起床层，为颗粒的分层运动创造条件。,第,III,阶段，水流下降初期,床层特性：,床层仍保持松散状态，水流下降速度在强制推动作用下迅速增加，大于低密度矿物的下降速度，与高密度矿物间的相对速度减小。仍是按密度分层的有利时机。,床层中的高密度矿粒已开始落到筛面上，整个床层逐渐开始紧密起来，大颗粒失去活动性，小颗粒可以在床层间隙中继续分层。,第,IV,阶段，水流下降末期,床层特性：,粒群已基本落到筛面，床层处于比较紧密的状态，粗粒和中等粒度的颗粒已停止运动，只有细小矿粒在下降水流的吸嘬作用下通过床层间隙向下移动，这样，在上升期被冲到上层的高密度细粒能够重新进入床层的底部，甚至能通过筛孔进入跳汰机底部成为中产物排出。起到改善分选效果的目的。,过强的吸嘬作用会使床层 过于紧密，使下一阶段的床层松散变的困难，造成一个周期内有效分层时间减少。,吸嘬作用对不分级或宽分级物料是有利的，但在分选窄粒级物料时应加以控制。,三、矿粒在交变水流,(,pulsating water),中的受力及运动分析,颗粒在非稳定流中运动，除了因相对运动受到水流的阻力外，还要受到水流的加速度给予的推力。而且在跳汰机内，个别颗粒的运动又要受到床层其他颗粒的干扰，受力情况是复杂的。因此从颗粒的受力分析中，我们仅能得到有关影响颗粒运动因素的概念性认识，还不能得出实际的数学答案。,选矿过程中，颗粒在垂直交变的非稳定流中运动的受力：,颗粒在介质中的重力,G,0,介质阻力,R,H,加速运动的介质流对颗粒的附加推力,P,介质加速度产生的附加质量惯性阻力,F,颗粒与颗粒、颗粒与筛板间的摩擦和碰撞等干扰作用力（机械力）,设颗粒向上运动的方向为正，向下为负，讨论球形颗粒的受力,：,2)介质对颗粒运动的介质阻力,R,H,只有当颗粒与介质作相对运动时才产生介质阻力，颗粒在床层中运动，当床层松散时，颗粒运动条件接近于干扰沉降。,v,a,颗粒对地面的绝对运动,u,床层间隙水流速度,V,c,向下时，,R,H,方向向上,3）加速运动的介质流对颗粒的附加推力,P,物体在加速运动的介质中所受的推力，其数值等于与矿粒相同体积的介质质量与介质加速度的乘积,P,方向与间隙水流加速度方向一致，取正值。数值与跳汰频率及振幅成正比,。,4）矿粒带动介质一起加速度运动产生的附加质量惯性阻力,F,当颗粒作加速运动时，直接与矿粒表面接触，以及其附近的部分介质液被矿粒带动一起运动，而这部分介质将产生一方向相反的作用力，此力作用在颗粒上使其受到一种额外的惯性阻力作用。,J,附加质量系数，与形状有关，一般,J=0.5,方向与相对加速度方向相反,颗粒运动微分方程,颗粒运动的加速度，除机械阻力外，基本由四种加速度构成,。,各种加速度对推动床层松散及按密度分层所起作用分析,1,重力加速度,g,0,=(,-)g/,方向向下，数值仅与矿粒密度有关，,则,g,0,与粒度及形状无关，是矿粒按密度分层的基本作用因素。,此外，,有利增加轻、重矿粒的重力加速度差值，即利用重介跳汰可以获得更好地分选效果，入选矿粒间的密度差越大，分选效果越好,。,介质阻力加速度对颗粒运动的影响,介质阻力加速度与,、,d,及有关，因此高密度矿物细粒与低密度矿物粗粒可能具有相近的阻力加速度，从而造成轻、重矿物颗粒相互混杂。,上述作用随颗粒与水流间的相对水速的增加以及作用时间增长而增强。即相对水速越大，矿粒粒度及形状对按密度分层的不良影响越大。降低阻力加速度可以减小这种不良影响。膨胀期相对水速最小，是按密度分层的最有利时机。,附加质量惯性阻力产生的颗粒加速度,该项加速度仅与矿粒密度有关，其分析方法与前述类似。他在水流上升初期及下降末期，相对加速度方向向下，推力向上，有利于按密度分层，但在水流上升末期和下降初期，推力方向向下，促使低密度矿粒提前开始有上升转为下降，并具有下降更快的趋势，不利于按密度分层。,同样，在,水流上升和下降期中间有一缓慢的过渡阶段对按密度分层有利,。,跳汰分层理论,动力学观点认识跳汰分层机理,颗粒自由沉降末速分层假说,1876年由奥地利学者雷廷智提出：,认为跳汰过程中，各个颗粒时按自身的沉降末速不同分离的。由此导致选煤厂的生产严格地按小于自由沉降等沉比的粒度级差分级入选，使流程大为复杂化。,干扰沉降分层假说：,1888年美国学者门罗提出,由于干扰沉降等沉比可比自由沉降等沉比大得多，故在跳汰机中可以分选宽级别原料。持这一假说的人把矿粒在床层中的运动比喻成单个颗粒在窄管中沉降。按照计算，这样的干扰沉降等沉比可比自由沉降大7.8倍。,该假说本身虽比自由沉降观点前进了一大步，但由于它的实验条件与实际偏离太大，所给出的计算公式还不能供生产应用。,静力学观点认识跳汰分层,悬浮分层假说：,重液假说,认为在跳汰过程中轻矿物与重矿物即根据床层物理密度分开的。过于简单化。,按相对密度分层假说,将介质与矿粒组成的悬浮体视作一个整体。认为分层是借不同矿物各自悬浮体的密度差进行，而水流的交变运动则有助于改善悬浮体的稳定性和减小颗粒运动的机械阻力。,矿物悬浮体的相对密度可视作水流速度的函数，实际跳汰过程的水流速度远远超过利亚申柯提出的临界流速。,按界限层的相对密度分层假说,认为当矿粒向上运动时，按等降性分层。而矿粒向下运动时，下部容积浓度较大的床层 构成一种界限层。它的相对密度决定了床层的穿透性。轻矿物的有效密度若低于界限层的相对密度，则阻留在上层，不能进入下层。,位能分层理论,热力学第二定律指出：,任何体系都倾向于自由能降低,。也就是说，一种过程如果在变化前和变化后伴随着能量的降低，那末这个过程将要自发地进行。,德国人迈耶尔运用这个普遍原理分析跳汰过程，提出了位能学说。,将跳汰机内的物料层床层视为一个整体，从分析中得出，分层前床层的位能高于分层后的位能，因此只要给以适当的松散条件，重矿物就要进入下层。分层就是通过颗粒的再分布达到位能降低的过程。床层位能降低的速度就是床层分层速度。,图为分层前后的理想变化情况,取床层的底面为基准面。,分层前的位能,E,1,可用重心距地面的距离乘以整个床层的重量表示。,设床层中轻矿物在介质中的重量为,G,01,重矿物在介质中的重量为,G,02,。,上式是粒群按密度分层的基本根据。分层是按悬浮体密度增大值不同进行的。这里未涉及动力因素，迈耶尔称为“静态分层”,粒群在接近自然堆积时，各种矿石的容积浓度近于相等，即,则得到静态条件下分层的有效作用因素是,可见分选按颗粒的有效密度差进行。但增大介质密度亦可使矿粒的有效密度相对增大，有利于按密度分层。由于决定分层的因素不再与颗粒的粒度有关,，,故应能分选不分级或宽级别物料。实践证实，分选过程愈接近迈耶尔的静态条件，给矿粒度范围可以愈宽。,矿石重力分选的难易度可用位能的相对降低值,E/E,1,来衡量。数值愈大，分选愈易于进行。,设轻矿物与重矿物在床层中重量的含量分别为,将床层高度以小数表示，即,矿石分选难易度与以下因素有关：,1）介质密度,愈大，,E/E,1,值愈高，分选愈易进行；,2）轻、重矿物的密度差（,2,-,1,)愈大，分层进行愈好；,3）当,（,2,-,1,)值相同时，,2,及,1,本身的值愈小，分选效果愈好。,4）给矿中轻、重矿物的重量比值（,1,及,2,），同样影响分层难易程度。适宜的含量可通过,E/E,1,对,1,的一阶导数为零的关系求得。,概率统计观点,不同性质的颗粒进入各自的分层（平衡层）时，应服从概率统计规律,颗粒进入自己平衡层的速率与它留在分选区的数目成正比。,Q,0,某种密度的矿粒入料含量,Q,x,t,时间分选后，仍留在分选区的该种矿粒含量。,Q,y,=Q,0,-Q,x,进入平衡层的数量,T,时间后进入平衡层的数量通过积分后得：,现代跳汰理论研究成果,跳汰周期的合理选择,1 上升初期床层升起高度决定分选过程的松散度；,2 上升初期矿粒与介质间的,相对速度,V,c,大,，对按密度分层不利，应缩短该阶段的时间，且应使床层有较小的松散度。采用短而速的上升水流较为有利；,3 床层托起后，应有一个暂息时间，即水流作缓慢上升和缓慢下降，（相对速度小）使床层 得到充分松散和分层；,4 上升末期，下降初期床层最松散，应延长这一时期，并应使相对速度,V,c,最小，应采用缓慢的上升和下降水流；,5 吸嘬作用应根据原料性质加以控制（强度与时间）。,总之，在一个周期内，松散应迅速，有效按密度分层作用时间要长，吸嘬作用要加以控制。,跳汰周期特性曲线,1 正弦跳汰周期曲线,上升水流阻力强，床层较松散，有利于提高设备处理量，适于处理粗粒矿石。,相对速度大，不适合用于分选宽粒级物料,。,1）上升水速大，作用时间长的不对称正弦跳汰周期曲线,在筛下连续补加等速上升水流的情况下，标准的正弦周期曲线即变成这种形式。,上升水流阻力强，床层松散度大，处理量大，适于处理较粗粒级矿石，但水流与矿粒相对速度大，不适于处理宽级别物料。,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,在正弦跳汰周期的水流下降阶段，间断地补加筛下水。,减弱了上升水速的作用力，降低下降水流速度同时增长了作用时间，吸入作用稍有加强，可用于处理宽级别细粒物料。,复振跳汰周期曲线,采用两组偏心连杆机构，一组具有大冲程，小的冲次，另一组具有小冲程，大冲次。两组机构同时作用于隔膜，隔膜的运动便是两组正弦周期曲线的叠加结果。,曲线中的大冲程具有扩展床层的作用，而小冲程的振荡运动则可维持床层的松散。因而可在相对水速不甚大的情况下使床层有足够的松散度，,可用于处理细粒宽级别原料,。,2,上升水速大，但作用时间短的不对称跳汰周期,以压缩空气驱动水流运动，并以一定结构的风阀（如：滑动风阀）控制进气与排气，在进气期间水流被空气推动急速上升。接着供气中断，有一短暂休止期，水流只作较少的运动。当压缩空气排出时，水流则借自重下降；于是得到一个速度较缓而作用时间较长的下降水流。,这种跳汰周期长用来处理宽级别或不分级的煤，亦可用于选别铁、锰及某些氧化铅锌矿石。,3 只有上升水流或下降水流的跳汰周期,（1）只有上升水流的跳汰周期,利用周期开启的阀门间断地向跳汰室中引入筛下水可以得到这种周期曲线。,矿粒在这种周期曲线下主要是按干扰沉降规律分层。粒度对按密度分层影响较大。故只适于分选窄级别原料或用来回收密度很大的贵金属（金、铂等）。由于没有下降流，床层较松散，设备处理量大，重产物纯，但回收率低,（2）只有下降水流的跳汰周期,动筛跳汰机当筛板向上运动时，水流相对于筛板向下流动，床层在被提升过程中变的紧密。当筛板向下运动时，床层失去支持好像在静水中沉降一样。水流相对床层的这种流动可视为只有下降水流的跳汰周期曲线。一些简单的动筛跳汰机属于这种周期曲线。,床层较少受到水流的动力推动，松散度小，吸入作用强。可处粒宽级别或矿物密度差较小的物料，但设备处理量不大。,4,迈耶尔推荐的跳汰周期曲线,1）处理粗粒不分级煤的周期曲线,周期分为三个阶段；,第一阶段水流急速上升，床层被整体抬起。,第二阶段水流静止期，此时床层松散，颗粒发生分层转移。及至颗粒落到筛面上。,第三阶段水流速作急速下降，这一作用时间应尽量减少。,处粒细粒不分级煤的跳汰周期曲线,全周期分为两个阶段：,第一阶段相当于高频的对称周期加上等速上升水流，细粒的煤炭层在这样的振动水流中保持着松散状态，使分层得以进行。,第二阶段是床层落到筛面时水流下降，以便为下一个周期准备。,迈耶尔跳汰周期曲线存在的问题,迈耶尔将颗粒将在静水中的沉降视为分层的最为有利条件，显然这是不合适的。由跳汰分层动力学分析可知，,按密度分层的最为有利状态时颗粒与介质间具有最小的相对运动速度,。而在静水中沉降照样可以有较大的相对速度，只有适当改造后才能获得良好的分选效果。,迈耶尔完全无视动力学因素的影响，连对公认的分选宽级别原料有益的吸入作用也忽略了。这也是静力学思想体系所必然带来的片面性。事实上由于松散床层的需要，动力因素不可避免的要引入，其对细粒矿物的分选总是要有一定影响。迈耶尔学说完全排除粒度对分层的影响是不现实的。,在评价周期曲线形式好坏时，,脱离入选物料的性质时很难说清楚的,，即跳汰周期曲线应与所选物料性质相适应。,跳汰周期的选择还与生产规模、设备条件有关,。,选煤厂日处理量大，简化工艺流程是主要考虑的问题。所以多选择生产能力大且可处理宽级别的无活塞跳汰机，虽需增加一些辅助设备（如压气机等），但还是合算的。,在有色金属选矿厂，入选矿石量少，此时则宁愿采用结构简单，操作灵活的隔膜跳汰机。虽然它只能处理窄粒级，为了进行预先分级需要增加筛分设备，但比起增设其他大型辅助设备还是方便的多。,问题：,1.跳汰周期中水流运动可以分成几个时段，各时段物料处于什么状态，各时段水流应当处于什么状态对按密度分选最为有利？,2.水流加速度在跳汰周期各时段是如何影响按密度分选的，在哪个时段对分选有利，哪些时段起到负面影响，应当如何调整跳汰周期来发挥其有利影响，克服其不利影响。,3.细粒物料和粗粒物料的分选在跳汰周期的选择上主要有什么区别，为什么？,4.跳汰未能学说提供了那些有价值的观点，在实际跳汰分选的实践中如何加以利用？,跳汰机,