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1、第六章 重介质选矿 第一节 概述 1、什么是重介质选矿 任何重力分选过程，都是在一定的介质中进行。若所使用的分选介质其密度大于 lg/cm3时，这种介质称为重介质。矿石或煤炭在该介质中分选，称重介质选矿或重介质选煤。 2、重介质选矿的发展过程 1858年有人提出用锰、钡、钙的氯化物溶液作为分选介质进行选煤，但因介质难于回收，致使成本昂贵，未能获得推广使用。 1917年出现使用水砂混合物作为重介质分选,煤炭，但效果受到局限，一般仅用于选分易选的动力煤。 1926年苏联工程师 EA斯列普诺夫首先提出使用稳定悬浮液的重介质选煤法。以后，重介质选矿法便开始逐渐获得广泛应用。 至今，除重介质选煤是选煤的
2、重要方法之外，也可应用于金属矿石、黑色金属矿石、贵金属矿石、稀有金属矿石及其它物料的分选。 3、重介质选矿分选原理 根据阿基米德定理，小于重介质密度的颗粒将在介质中上浮，大于重介质密度的颗粒在介质中下沉。,重介质的密度 zj 应在轻产物q 和重产物密度z 之间。 qzj z 其中的重介质密度即为分选密度。 重介分选机中，原煤进入后就会按密度分为两个产品，分别收集这两种产品，可达到按密度分选的目的。 虽然物料在分选机中的分层过程 主要取决于它的密度，但是它的分层速度却是物料粒度及物料与介质密度差的函数，粒度越大，密度差越大，物料的分层速度快，粒度小，物料的分层速度越慢。因此在实际生产过程中往往有
3、一部分细粒级煤在分选机中来不及分层就排出，降低了分选效率。,同时，分选中悬浮液流动和涡流的影响，物料之间碰撞的影响及悬浮液对煤粒运动阻力的影响，原煤的粒度和形状都对分选结果有一定影响。生产中注意减少它们的影响。 4、重介质选矿的特点 优点： 1）分选效率和分选精度都高于其它选煤方法。 块煤：max = 99.5% ，E可达 0.020.03; 末煤：max = 99%，E可达0.05。 2）分选密度调节范围宽 跳汰：一般，1.451.9; 重介：1.351.9 , 重介质旋流器：1.32.0。,3）分选粒度范围宽 块煤：10006 mm 末煤旋流器：500.15 mm 4）适应性强 对精煤质量
4、变化时，灰分可按要求变。原煤性质改变影响不大。 5）生产过程易于实现自动化 悬浮液密度、液位、粘度、磁性物含量等工艺参数能实现自动控制。 缺点： 增加了加重质的净化回收工作，设备磨损比较严重。,基于以上各点，重介质选矿方法应用非常广泛。 重介质选煤主要适用于难选、极难选煤。,第二节 加重质选择 1、加重质的种类 在工业生产中重介质选矿所用的重悬浮液，其加重质主要有硅铁、磁铁矿粉、重晶石、高炉灰、铅精矿、黄铁矿、石英和矸石粉等。选煤使用最多的是磁铁矿粉。 我国1982年研制成功的DBZ型重介质旋流器，是采用浮选尾矿或矸石粉作为加重质，用以分选跳汰机中煤、矿井废弃的矸石或小于13mm的洗矸，不仅节
5、省大量磁铁矿的精矿粉、而且为我国从煤矸石中回收煤炭，减轻矸石山对环境的污染，提供了即经济又简便的工艺方法。 重介质选矿配制悬浮液时所用的各种加重质,主要性能及其回收方法见表6-1。,采用重介质分选法时，对加重质的选择是十分重要。因为加重质的密度、粒度、硬度及磁性等，对其所配制的悬浮液性质 (密度、粘度和稳定性，均有直接影响。而悬浮液性能的优劣又直接影响重介质分选的效果、分选设备的生产能力、重介质的制备和回收、设备的选择以及选矿 (煤）成本等。 2、对悬浮液的要求 在所要求的分选密度下，悬浮液应具备粘度低，稳定性好，而且用过并稀释后容易回收和净化。 3、选择加重质应考虑的因素,1）加重质密度 a
6、.加重质密度与悬浮液容积浓度关系 加重质与水配成的悬浮液，在要求的分选密度一定时，加重质密度低，悬浮液固体浓度就越高，悬浮液粘度大。大到一定值时，不能进行分选。因此，体积容积浓度s有上限， 对应可得加重质的密度最低值D。,b 悬浮液临界容积浓度 悬浮液的临界容积浓度L与加重质的性质及粒度组成有关。在通常使用的加重质粒度范围内，密度在26511.30g/cm3范围内的各种加重质，与水所构成的悬浮液，其L都非常接近，一般在025一033之间。 加重质的密度过高也不适宜，否则，悬浮液固体容积浓度太低，加重质颗粒沉降速度过快，导致悬浮液在密度方面，失去作为分选介质的作用。据研究，重介质选矿所川悬浮液的
7、容积浓度，不应小于10，即作为分选介质时，悬浮液固体容积浓度的下限值x大于10。由此就可求出在规定分选密度时，所需加重质密度的最高值G,选用的加重质密度应在D与 G之间,即 G D 例:要求的分选密度为1.4g/cm3, G = 5.0g/cm3 , s=2.21g/cm3 . 分选煤炭时，重介质密度若要求为14O g/cm3，那么配制悬浮液所用加重质，其密度应在为500-22lg/cm3范围的物料中挑选。密度符合这个条件的常用加重质很多，如磁铁矿、重晶石、黄铁矿,残渣、高炉灰渣、石英、黄土、矸石、浮选尾煤等。 2）容易回收和净化； 3）料源充足、制备容易； 4）硬度较大（防泥化）、球形（粘度
8、低）、不与水发生化学作用。 4、选煤过程常用的加重质 重介质选煤多采用磁铁矿粉作为加重质，因用其配制的悬浮液密度范围宽，完全能够满足分选各种煤炭使用，而且便于回收。 黄土、浮选尾煤、矸石粉等，只能配制低密度悬浮液，并用于回收精煤。,5、对磁铁矿加重质的要求 重介质选煤厂利用磁铁矿粉作加重质时，磁铁矿粉的磁性物含量越高，加重质的回收再使用的数量也越大，介质耗资少，生产费用可有所降低。还有加重质粒度愈细，悬浮液密度也越稳定，在悬浮液中为起稳定作用所需掺入的煤泥量也相应减少，悬浮液密度的真实性越高，分选效率也会越佳。 我国设计规范规定，用磁铁矿粉作加重质时，其磁性物含量应在95%以上，密度在45g/
9、cm3左右。对加重质粒度的要求是，分选块煤 (用于斜轮或立轮重介质分选机)时，小于0074(-200目)mm粒级的含最应占80%以上，用于重介质旋流器分选末,煤时，小于0044mm粒级 (-325目)含量应占90%以上。如外来磁铁矿粉粒度不能满足要求时，选煤厂应设置研磨设备。 第二节 重介悬浮液性质 一、悬浮液密度 1、悬浮液密度的特点 悬浮液的密度在物理意义上与均质介质的密度不完全相同，只有将悬浮液中的固、液两相作为一个统一的整体看待时，才具有密度的概念。因为悬浮液是由两种密度完全不同的质点（固、液）所构成的两相混合物，故悬浮液密度zj在数值上不能表征其中每一个质点的密度，因此，,通常称该密
10、度为悬浮液的假密度，或称悬浮液的物理密度。 当加重质粒度较细，容积浓度又较高，而入选的矿粒较大时，在分选过程中，对矿粒而言，悬浮液作为一个整体才称其分选介质。否则，此时的分选介质只是悬浮液中的液体而不是悬浮液的整体，矿粒在悬浮液中的沉降，仅仅看为矿粒在液体中受加重质悬浮粒作用的干扰沉降。矿粒排开的介质不是具有密度为悬浮液密度的本身，而是悬浮液中的液体，密度为s 。因此，尽管有的矿粒密度低于悬浮液的密度zj ，但也将下沉，即矿粒不能按悬浮液的密度zj进行浮沉过程，而达到低、高不同密度矿粒的分离。,重介质选矿过程中作为分选介质而起作用的悬浮液，其中固体悬浮粒 (加重质)的粒度和容积浓度与入选物料的
11、粒度之间应具有一定的关系，悬浮液的密度要由加重质的密度和容积浓度来决定。 (二） 悬浮液密度对加重质粒度的要求 在悬浮液内，矿粒排开的同体积悬浮液中，至少应有一个加重质的颗粒。 即 悬浮液浓度 加重质粒体积 / 矿粒体积,式中K值是个大于1的修正系数，一般K=1.6一493之间。 (三）悬浮液有效密度 从理论上讲，重介悬浮液的物理密度应该就是分选密度，但实际工作中有时并非如此。这是由于加重质颗粒很细，当悬浮液固体容积浓度大到一定程度后，加重质颗粒由于种种原因经直接接触而相互连接起来，形成空间网状结构物，这就便悬浮液发生了结构化。由于悬浮液出现结构化的影响，实际的分选密度常常高于悬浮液的物理密度
12、。对于未结构化的重介悬浮液，因加重质颗粒的沉降，分选密度既可高于也可低于悬浮液的假定密度，这应由轻、重产物分离界限层的位置决定。,已出现结构化的悬浮液内，若体积为Vk的矿粒向下运动，开始时所遇到的静力作用，除悬浮液的浮力外，还有静切应力引起的支持力F,二、悬浮液粘度 （一）悬浮液粘度及结构化 液体的粘性由分子间引力引起； 气体的粘性由动能不同的分子在流速不同的层间交换引起； 上两种流体为均质介质，符合牛顿内摩擦定律。 悬浮液的粘性由于包括了因固液界面增大和颗粒间摩擦、碰撞所引起的流动切应力，外观表现为粘性增强。 因与均质介质粘性形成的原因不完全相同，故所测得的悬浮液粘度称为视粘度。,当加重质的
13、粒度和形状差别不大时，悬浮液的视粘度随容积浓度的增加而增大，与加重质颗粒的密度基本无关。图5-3是几种不同的加重质在粒度为0074一0.037mm时，视粘度随容积浓度的变化关系。,从图6一3中可以看出，视粘度随容积浓度的变化规律。 在低浓度 (04)时，也呈直线关系，但粘度随增大而迅速地升高。 在中等浓度时，其视粘度与呈曲线关系增长。 这是由于固体容积浓度很低时，不但颗粒间直接接触少，而且相对说固一液界面也不太大，此时悬浮液的内摩擦力虽有增加，但其增加值与颗粒体积含量大致成正比。,随容积浓度的增大，固体颗粒间直接碰撞与摩擦就不可避兔地增多。这种增加开始时属于粘性切应力，以后的浓度再大又过渡为惯
14、性切应力，呈曲线关系。 当增大到相当高数值后，悬浮液发生了结构化，视粘度随增加而急剧增大。 （二）非结构化悬浮液的流变特性 如图6-4 。 固体容积浓度低时，可视为牛顿流体； 固体容积浓度1520%时，视为非牛顿流体。,结构化流体的流变特性：当外力小，只变形而不流动，当处力克服一定切应力后，流动。 当速度梯度达一定时，结构化被破坏。 （三）影响悬浮液粘度的主要因素 1、加重质性质对悬浮液粘度的影响 由于悬浮液的粘度和结构化的形成与加重质的比表面积有关，因此，一切与比表面积有关的加重质性质，如粒度、形状及含泥量等均对悬浮液视粘度有影响。 图6-5可以看出，在同样容积浓度下，加重质,的粒级越小，悬
15、浮液的视粘度也越大，而开始形成结构化的浓度越低。选矿工艺对加重质粒度有一定的要求，它与所用设备的工作条件及被选物料的粒度有关。 图6-6说明加重质颗粒的形状对悬浮液视粘度的影响。从图中可以看出，加重质颗粒的形状越接近球形，悬浮液的视粘度愈小。 2、含泥量的影响 悬浮液中若混有一部分微细粒级的泥质，将使悬浮液粘度显著增大。因泥质物粒度细，表面积大，不但使悬浮液流动时内摩擦力变大，而且使悬浮液容易结构化。泥质的存在往往使悬浮液粘度增大到0.5-1.0倍，在个别情况下，甚至使悬浮,液完全丧失流动性，从而起不到分选介质的作用。 矿泥含量对硅铁悬浮液粘度的影响如图6-7所示。所指的矿泥是指粒度小于10一
16、2O微米的颗粒。其中一部分是由原矿石带入，另一部分则是在使用过程中加重质经磨剥所生成的新矿泥。 泥质对悬浮液粘度的影响是随悬浮液中含泥量的增大而增大，而且，悬浮粒本身的粒度越细，悬浮液的密度越高，亦即悬浮液本身粘度越高，这种影响也越为显著，如图6-8所示。 3、药剂的影响 某些阴离子和阳离子表面活性剂可降低悬浮液的粘度。如图6-9所示。,降低粘性提高分选速度，但稳定性下降，分选条件难控制。 4、温度的影响 温度升高，粘度降低。可以认为，不同温度下，悬浮液的粘度与相同温度下水的粘度之比始终不变。,三、悬浮液的稳定性 重力场中，悬浮液上、下层物理密度不稳。上层固粒少，下层固粒多。重介质密度不稳定，
17、影响按密度分选精确性。保持悬浮液自身各部分密度不变的能力称悬浮液的稳定性。 通常用加重质颗粒在悬浮液中沉降的速度的倒数，表示稳定性大小，作为稳定性指标，用Z表示。 Z = 1 / v Z越大，悬浮液的稳定性越好。 影响稳定性的因素： 1、加重质粒度,粒度小，悬浮液稳定性好。因为粘度增加，阻力升高，沉速下降。图6-13、6-14。 粒度小，制备量大，回收难。,2、加重质密度 降低加重质密度，悬浮液稳定性好。但密度降低，容积浓度增加，粘度上升。如图6-15。,3、悬浮液密度 一定加质，悬浮液密度越高，容积浓度越大，稳定性好。生产中，悬浮液密度一定，不能靠此法提高稳定性。 悬浮液密度升高，稳定性增加
18、，介质粘度升高。 用悬浮液密度大时，主要问题是粘性，应采用粗、密度大的加重质； 用悬浮液密度小时，主要总是是稳定性，应采用细、密度小的加重质。 分选粗粒物料，主要是稳定性； 分选细粒级物料，主要是粘度。,4、含泥量的影响 密度低、粒细的的泥质物混入悬浮液，粘性上升，稳定性增加。如图6-16。 当主要稳定性不好时，有意加入一些粒度微细的泥质物，以提高稳定性。,对同一种悬浮液，流变粘度和稳定性有一定关系。粘度越大，稳定性越好，粘度越小，稳定性越差，选煤要求粘度低、稳定性好，应使悬浮液在流变粘度和稳定性两方面都能满足选煤要求。 采用现有磁铁矿作加重质时，主要是悬浮液的稳定性不好，当悬浮液密度高达2.
19、0以上，或原煤中有大量泥质污染悬浮液时，粘度才升为主要矛盾。 （三）维持悬浮液稳定性的措施 悬浮液的性质对分选效果的优劣，起着决出性的作用。然而，悬浮液的三个性质:密度、粘度和稳定性，都具有理想指标，是难能兼得的。实际工作中要看那个是主要矛盾，再采取相应措施。,工 为达到比较精确地分选，生产中常采用机械搅拌或使用各种不同方向的悬浮液流，用以保证它上下层密度的近似，使悬浮液在分进机中具有较好的稳定性。 当悬浮液在不断循环流动具有保持其本身各部分密度不变的性能，称为悬浮液的动稳定性。悬浮液的动稳定性不仅与悬浮液的稳定性 (是指悬浮液在静置时，保持其本身各部分密度不变的性能，也称悬浮液的静稳定性，以
20、前所讨论的均为静稳定性，若静稳定性越好，也越容易得到较好的动稳定性)有关，同时也与分选机的结构及重介质流在分选机中的流动状况有关。,使用机械搅拌，加重质颗粒可处于悬浮状态，从而维持了悬浮液各层的密度近于不变。 在各种不同类型的重介质分选机中，都采用方向不同的重介质流，来维持分选槽内重介质悬浮液各处密度的稳定。重介质流的运动可采用水平的、垂直 (上升或下降)的以及回转方式。经常是这些方式联合使用。当然，在重介质旋流器中悬浮液悬作旋转运动。 上升介质流可阴止加重质颗粒的沉降，使悬浮液稳定。但是，由于矿粒在分选机内分层时，虽然主要取决于它的密度，但粒度及形状也对分层有影响。,水平介质流的稳定作用，是
21、靠分选机内分层表面由外部引入大理新鲜悬浮液来完成的。 实践证明，只有当水平介质流和垂直介质流联合使用，才能使静稳定性比较差的悬浮液，获得较好的动稳定性。尤其是水平介质流与下降介质流联合使用，可以用较小的下降流速使得悬浮液获得较高的动稳定性。,4.3 重介质分选机 一、对重介质分选机的要求及分类 重介质分选机是借助悬浮液在重力场中按密度分选物料的设备。 为保证分选机正常工作并具有较好的分选质量和较高的处理能力，重介质分选机 工艺性能及结构上应满足： （1）重悬浮液 分选带各处的密度应保持稳定。 因悬浮液密度是决定分选机实际分选密度的最主要指标，密度偏离规定范围，影响产品质量，并增大 用矿物的损失
22、，所以运动部件运动不宜过快，流动速度不宜过快高，避免涡流破坏分选带,介质密度稳定。 所以，结构要合理，确保按密度分选。 （2） 物料在分选槽中完成分层过程，合理选择长宽比。 分选槽是分选机的重要部件，其长度必须保证物料有足够的分层时间，宽度尽量满足入选物料上限的要求。因此正确安排长宽比，结构在满足分选质量前提下，最大限度使物料粒级加宽，简化工艺系统。 （3） 能迅速排出选后产品 其它条件相同时，迅速排出产品，则分选机生产能力大。,（4） 分选机内须引入一定的介质流 当原料中邻近密度物含量远销，悬浮液沿分选槽高度分布不均时，为提高分选效果，适当引入垂直介质流，使邻近密度物分层速度增快，不断随液流
23、从分选机排出，但，此时矿粒粒度及形状对分选产生影响，要慎重引入垂直流，必要引入时，流速尽可能低。 （5）介质循环量尽量少，降低磨损及电耗。 （6）结构简单，操作维修方便。 重介质分选机分类： 按选后产品：两产品、三产品。 按悬浮液流动：水平液流、垂直液流、复合液流。,按分选槽形式：深槽、浅槽。 按排矸装置形式：提升轮分选机、刮板分选机、圆筒分选机、空气提升式分选机。 各种重介质分选机的入料粒度上限，最大可达1200mm，下限6-13mm。 6-13mm以下，利用重介旋流器。 4.3.1 选煤用重介质分选机 （一）斜轮重介质分选机 1、选后产品：两产品，生产能力大，入料粒级宽。 2 、结构：如图
24、2-4-8所示。,3、介质流方式 水平介质流和上升介质流 在给料端下部位于分选带的高度引入水平介质流，在分选糟底部引入上升介质流。水平介质流不断给分选带补充合格悬浮液，防止分选带密度降低。上升介质流造成微弱的上升介质速度，防止悬浮液沉淀。水平介质流和上升介质流使分选槽中悬浮液的密度保持稳定均匀，并造成水平流运输浮煤。 4、排料方式 浮煤由排煤轮刮出，经脱介进入下一脱介脱水作业。,沉煤由斜轮提升至排料口排出。提升过程进行 次脱介。 5、排矸轮减速装置： 摆线针齿齿轮减速器具有速比大、传动功率高、重量轻、结构紧凑、占地面积小、噪音小等优点，但要求精度高、制造复杂、维修闲难。 歪脖子减速器使用较多，
25、其结构紧凑、占地少、维修方便、使用性能也较好，只是大小伞齿轮啮合调整有些困难。 普通减速器加开式伞齿轮传动，使用可靠、制造容易、调整方便;但其结构落后，占地面积大、装配不紧凑等。,6、斜轮重介质分选机的优点 (1)分选精确度高。由于重产物的提升轮 分选槽底部旁则运动，在悬浮液中处于分选过程的物料不被干扰，可能偏差E可达002-003； (2)分选粒度范围宽，处理能力大。该机槽面由于制得较为开阔，斜提升轮直径可达8m或更大。因此，分选粒度上限可达10OOmm，下限为6mm。如国产分选槽宽为4m的重介质分选机，其斜轮直径为655m，处理能力为350一500t/h; (3)该机悬浮液循环最少。由于轻
26、产物采用排煤轮的重锤拨动排放，所以被煤带走的悬浮液量少，故悬浮液循环量低;,(4)由于分选槽内有上升悬浮液流使悬浮掖比较稳定，分选机可使用中等细度的加重质，即小于325目(004mm)占40%-50%已达到细度要求。 缺点：斜轮重介质分选机的排矸轮采用中心传动，这将使制作槽宽5m以上的大型设备受到限制。 （二）三产品斜轮重介质分选机 1、产品 分选出三产品：精煤、中煤、矸石。工艺流程简化，节约基建投资。 2、悬浮液 分选槽内 高、低两密度级悬浮液,悬浮液具有明显和稳定的分界面。,3、排煤方式 原煤从分选槽上部给入，首先在上部低密度悬浮液中分选出精煤，由六角轮及时排出。 沉物 (中煤和矸石)在高
27、、低密度分界面进行再分选。此时，中煤被分界面下部的高密度悬浮液，带到斜轮的内隔室提升，经中煤排料口排出。矸石沉入分选槽最下部，由斜轮的外隔室提升并从矸石排料口排出。 三产品重介斜提升轮重介分选机入料粒度为63254mm，其处理量不受中煤和矸石的含量影响。三产品分选机，应根据需要，在密度为1300-1900 kg/m3之间，选配两种密度不同的悬浮液，并且能使得界面分明，密度稳定。这样才能精确地分选,出三种产品，从而获得较好的分选效果。 （三）立轮重介质分选机 1、JL型立轮重介质分选机 1）结构 如图6-25所示。 2）分选槽 用钢板制作的焊接件，几何形状规整，相对排矸轮分选槽基本是独立的，故重
28、介质受排矸轮2的干扰较小。分选槽的有效宽度为1800mm，分选槽底部与排矸轮相通。 3）排矸轮 由两套托轮装置9支承，传动是靠安装在两侧,的棒齿3带动。悬浮液经管道水平给入分选槽内。原煤从给料端进入，浮煤经排煤轮5的刮板从溢流口刮出。沉物由槽底经排矸轮提上，并从矸石溜槽7排出。 立轮重介质分选机规格是以分选槽的槽宽表示，我国自行设计制造的有JL1.8、JL2.0及 JL2.5等。可能偏差E=0.05，数量效率=9991%。 2、DISA 型立轮重介质分选机 1）传动 环形皮带 2）介质流形式 水平流、上升流,3）产品 两产品、三产品,3、TESKA重介质分选机 1）结构 如图6-29所示 2）
29、介质流方式 水平流、下降流 3）排料 浮煤溢流堰处刮板刮出，沉物下沉至分选槽底部由叶板提升至顶部经溜槽排出。 4）传动 链轮、链条传动 4）提升轮与分选槽间密封 螺栓紧固双重密封。如图6-30,5）优缺点 优点是采用下降介质流的方式保持分选机中悬浮液的稳定，因此如采用较粗的磁铁矿粉 (02006mm级占90%)做加重剂时，同样可得到良好的分选效果。避免因粗颗粒物料在分选槽中沉淀而影响提升轮旋转。回收加重剂可用静力法。此外，排放嘴的,直径根据煤的可选性不同进行调节。易选煤介质循环量少，其排放嘴直径可小些，反之加大。 该机缺点是介质循环量大，提升轮的高度高，需要检修高度也高，因此增加厂房的高度。密
30、封装置所用之橡胶块磨损快。 6）三产品太司卡分选机,（三）立轮重介质分选机与斜轮重介质分选机比较的优点 （1）在分选槽内立轮产生涡流的流动方向与沉物的沉降方向一致，所以对分选过程影响不大；斜轮在分选槽内所产生的涡流运动方向与沉物的沉降方向相反，并同时造成一个水平旋转涡流，不仅影响分选效果，而且降低处理量。,（2）相同槽宽的立轮重介质分选机比斜轮重介质分选机体积小、重量轻。 （3）立轮分选机传动机构简单，不易损坏，事故少；斜轮则传动机构较复杂，事故多，维修量大。 （4）立轮重介分选机工作中磨损情况较斜轮轻。 （四）其它类型重介质分选机 1）刮板式重介质分选机 2）圆筒型重介质分选,4.4 旋转重
31、介质选矿 物料在介质中的运动速度差，是重力选矿的主要依据。 由第二章知，物体在介质中的沉降速度 v0 ，不但与物体本身的性质有关，而且成重力加速度的10.5 次方成正比。所以，假若可能，提高作用于物体上的重力加速度，是改善重力选矿过程的有效途径。但在整个重力场中，重力加速度为常数。从50年代，人们开始研究离心力场中进行的选矿过程。在离心力场中离心加速度可比重力加速度大几十倍甚至几佰倍。 因此，特别是细粒和密度差别小的物料，在旋转流造成的离心力场中进行选别比重力场中有效,的多，而重介旋流器则正利用了这一原理。 近年来，由于机械化采煤的发展，煤质不断变坏，末煤量迅速增加，以及用户对精煤质量的要求不
32、断提高，从而使重介旋流器得到日益广泛的应用。重介质旋流器选煤在我国的应用已有近三十年历史，并取得了一定成绩。国内外实践证明，发展重介质旋流器选煤非常必要。 重介质旋流器选煤大体上可以认为是利用阿基米德定律在离心力场中完成的。 物料受离心力： F1 = V2 r2 / r 悬浮液给物料的向心力：,F2 = Vzj2 r2 / r 物料在悬浮液中的受离心力为： F = F1 F2 = V（- zj )2 r 当 zj 时，F （+），离心力，向外； 当 zj 时，F（-），向心力，向内。 以上可实现按密度分层。 4.4.1 圆锥形重介质旋流器 1 重介质旋流器的构造及分选过程,2、旋流器内液流的速
33、度分布 1）切向速度分布,如图5-11所示，切向速度分布有以下规律： 1）同一水平横截面上，切向速度 uQ与回转半径 r成反比。只有靠近溢流管处才随半径减少而降低。 uQ rn =const 指数n与旋流器工作条件及旋流器的结构尺寸有关。同一旋流器不同水平横断面上，n值也不相同。 n=1时，液流运动为自由涡运动； n=-1时，液流运动为强制涡运动；n1时，半自由涡运动。 2）从最大速度至旋流器轴心处，规律为： uQ = r 流体旋转角速度。,该运动为强制涡运动，中心区速度比较大，压力低，故形成负压区，所以由旋流器底流口吸入空气，形成空气柱。 3）切向速度的等值线，在除了靠近壁外，都近于垂直。即
34、不同横断面的同一半径处，切向速度均接近相等。 离心力大小与回转半径关系： 因为： uQ = c / rn 离心加速度： a = uQ2 / r = c / r2n+1 即回转半径越大，离心加速度越小。所以旋流器内，中央离心力大，外缘离心力小。,2）径向速度分布 在旋流器内不同横断面处，液体的径向速度uj与半径 r 的变化情况，如图5-12。 径向速度随半径减小而变小，靠近锥壁处径向速度最大。并且在不同高度的横断面上 uj 的分布情况接近相同。,3）轴向速度分布 如图所示为旋 流器内轴向速度 分布。,旋流器内液流的轴向速度uz，在溢流管末端以下所有横断面上，随着半径r减小，轴向速度uz由靠近器璧
35、处的负值 (向下流)向中央逐渐变为正值 (向上流)。在溢流管末端以上各横断面，靠近溢流管壁附近，uz是随r的减小而变小。因此可知，旋流器内自中央到外缘，轴向速度uz有个转向点，该点就是轴向速度uz=O的那点。 将所有横断面上 uz =0的各点连起来，可以给出一个圆锥形表面，在此圆锥形面的内部液体均向上流，而在锥形面外的液流是朝底流口方向向下流动。就轴向速度的绝对值而言，向上流远远大于向下流。轴向速度=0的各点所形成的圆锥形表面，称之为轴向零速包络面，即图5-14中的,AB虚线。从上述可知，轴向零速包络面在空间的位置，在很大程度上决定了分级粒度的大小。 3 旋流器内矿浆中固体颗粒的运动 1)介质
36、分布,悬浮液密度由中央向外随半径的增加而增高，若旋流器正立安置，由上而下，则悬浮液密度的分布是由小到大。而且，悬浮液在旋流器中受到的浓缩作用越强，也就是说加重质颗粒粒度越粗、密度越高、相互间密度差值越大、底流口越小、锥角越大、给料压力越高、悬浮液密度分布的不均匀程度就越加突出。 给入时悬浮液的密度低于旋流器底流口悬浮液密度，高于溢流口悬浮液密度。 物料在旋流器中的实际分选密度介于溢流密度和底流密度之间，但高于给入时悬浮液的物理密度，如表。,2) 矿粒在旋转重介质流中的分层规律 根据悬浮液在旋流器中的轴向流速及密度的分布，可把旋流器内的整个空间划分成两个区域，即中央空气柱至轴向速度为0的锥形包络
37、面间，密度较低的、且具有上升介质流的区域；自轴向速度为的0的包络面到旋流器壁间，密度较高的，具有下降介质流的区域。 零包络面为两区域的分界面。,矿粒在离心力作用下，位于包络面里侧的高密度矿粒便由中心向外移动，若矿粒密度高于包络面处悬浮液密度，则该矿粒将穿过包络面而进入下降介质流，并随之下行，最后经底流口排出。反之，若矿粒密度小于包络面处悬浮液的密度，如原来就位于包络面里面的，则仍停在上升介质流中；若处于包络面外侧，由于重介质的浮力及向心介质流的作用，必将穿过包络面向中心运动。所有低于包络面处悬浮液密度的矿粒，在上升介质流及向心介质流的作用下，从溢流口而去。 锥形包络面上悬浮液的密度，即为矿粒在
38、旋流器中的实际分选密度。 由于包络面向下密度逐增，矿粒的分选可视为,连续进行的多次分选过程 。 4 影响重介质旋流器工作的因素 1 ） 进料压力 进料压力高，悬浮液的速度大，离心力升高，分选速度提高，分选效果改善，处理量大。 但压力过高，悬浮液浓缩严重，实际分离密度提高，反而降低了效果，此外，压力高，增加动力设备磨损，动力消耗大。 一般入料压力， 0.050.1 Mpa 。 2 ） 入料固液比（矿粒与悬浮液的体积比） 矿粒与悬浮液的体积比影响处理量及分选效果，当矿粒与悬浮液的体积比增加时，处理量增大，,过程慢，效果差。（因阻力大） 一般，1:41:6，极难选煤时，1：8。 3 ）悬浮液密度 悬
39、浮液密度高，旋流器内物料实际分选度越大。实际，入料悬浮液密度与实际分选密度差值，可通过改变给料压力及底流口孔径调节。 入料的密度不同，经调节可达按同一分选密度分选。 因此，实际对入料的悬浮液密度的要求不十分严格，当然，若悬浮液密度稳定，则调整量少。 入料悬浮液密度低，加重质少，但受离心力浓缩，使悬浮液密度分布不均，分选效率降低。,4 ） 给料料度 上限不超过入料口或底流孔径的1/4； 下限不必太细，太细脱介难，不经济，入料中虽然细物料，分选效果差，但它不影响粗粒分选。,5 ）结构参数的影响 （1）旋流器锥角 旋流器锥角增大，悬浮液浓缩作用强，分离密度大，悬浮液密度分布不均，效果降低。一般并不大
40、，约150 300 。选煤，200 。 （2）溢流口与底流口大小 增大溢流口直径可使轴向零速包络面向外扩大，增大分离密度。溢流口过大会造成圆柱部分溢流速度过大，影响溢流稳定。虽然精煤产量增加，,但质量降低。因此应根据原煤性质定，易选煤溢流口应大些，一般可取(0.300.40)D，D为旋流器直径。 缩小底流口直径同样会使轴向零速包络面向外扩大，使分离密度增大，但底流口过小时，会使矿粒在底流口挤压，使矸石易混入精煤中，严重堵塞。底流口过大，会引起精煤损失。一般，取（0.240.3)D。 锥比底流直径与溢流直径之比。 改变锥比可调节分离密度，或轻、重产物产率。 当锥比增加时，可得较纯净精煤，当锥比下
41、降时，可得较纯净矸石。,锥比与D、入料性质、介质性质有关。一般 0.70.8 。 （3）给料口大小 给料口只影响处理能力，不影响效果。 给料口过小，入料粒度上限受限，易堵，过大，切线速度减少。 一般 （0.200.25)D。 （4）圆柱体长度 圆柱体长度加长，物料停留时间长，分选密度提高，低密度产物质量下降，反之，圆柱体长度过短，介质不稳，分选密度下降，低密度易进底流。,（5）溢流管插入深度 实践表明，320400mm 较好。 5 旋流器安装及给料方式 1）、安装方式 垂直、倒立、及倾斜。 垂直：直径不大时； 倒立：水力分析时； 倾斜：直径较大、锥角较小时。 选煤用，一般，100。 2）、给料
42、方式 泵打入、定压箱给入、无压给料。,泵：压力大，物料粉碎及磨损严重。 6、重介旋流器的使用效果 1、优点 1）粒度下限低，达 0.5mm-0.3mm； 2）分选效率高，可达95%以上，至99%； 3）可用粘度高甚至结构化悬浮液； 4）处理能力高； 5）结构简单、无动力。 2、缺点 1）上限较低； 2）物料在旋流器及泵中，粉碎、泥化程度高；,3）磨损重；加衬板。 4）介质量大。 7、其它类型旋流器 1）倒立型重介质旋流器,（2） 麦克纳利重介质旋流器,4.4.2 圆筒形旋流器 1 D.W.P 圆筒形旋流器,2 圆筒型旋流器,3 沃尔西旋流器,4.4.3 三产品重介质旋流器,4.5 悬浮液的回收
43、与净化 回收与净化主要包括：从产品上脱除悬浮液，从稀悬浮液中回收加重质，把回收的重介质再配制成预定分选密度的悬浮液供补加用，不断除稀悬浮液中的煤泥与粘土，制备新加重质以补损失的加重质等。,一、悬浮液回收与净化系统 介质的净化就是中重质与泥质的分选过程 。采用的方式与加重质的性质有关。 图2-4-45、2-4-46为二介质回收净化流程。 图2-4-45 浓缩-磁选流程的特点： 优点：可减少磁选机负荷； 缺点：细粗磁铁矿易随浓缩机溢流损失，净化滞后时间长，不利于密度调节。 适用：块煤系统。 图2-4-46分级磁选流程的特点： 优点：可保留部分细粒磁铁矿和细煤泥在介质中。,缺点：流程复杂。 适用：重
44、介质旋流选末煤。 直接磁选流程： 优点：流程简单、滞后时间短； 缺点：磁选机负荷大，稀介泵易磨损。 适用：稀介少。 4.5.2 悬浮液中煤泥量的动平衡 进入系统的煤泥：原生、次生； 原生煤泥入料中所带煤泥； 次生煤泥分选过程中受到破碎及泥化作用而产生的煤泥。 排出系统的煤泥：产品带走、分流后磁选出的煤,泥。 数质量进出平衡：煤泥既不能在悬浮液系统中无限积存，也不可能在系统中无限减少。动平衡。 某参数改变时，煤泥量就不平衡了，煤泥时在合格介质中增加和减少，但达到一定值后，又在新的基础上平衡。如分流量增加后，进入系统的煤泥量没变，但从磁选机排除的煤泥量增加了，于是从系统中排除的煤泥量大于进入系统的
45、煤泥量，合格介质的煤泥含量大于进入系统的煤泥量，合格介质的煤泥量减少，合格悬浮液的流变粘度也逐渐减少，这样，脱介筛脱介效果将会改善，进入第二段稀悬浮液的煤泥量也会减少，最后由产品带走的煤泥量也逐渐减少，结果从系统中,排除的煤泥量逐渐与进入系统的煤泥量趋于平衡，也就是在合格悬浮液中煤泥含量减少的基础上达到新的平衡。 所以，当原煤的煤泥含量增多或分流量减少，合格介质中的煤泥含量会增加，一般，可通过分流来调节介质中煤泥量。 当悬浮液密度低，需加大分流时，同时也引起悬浮液中煤泥含量降低，操作中应注意。 4.5.3、悬浮液回收与净化的主要设备 1、脱介筛 脱介在弧形筛和振动筛上进行。,弧形筛、固定筛用于
46、预脱介；、 振动筛分两段：第一段可脱介7090%，为合格介质，可循环使用，第一段须加喷水。 直线振动、共振、缝条 0.251.0mm。 前置：固定筛、弧形筛 2 浓缩设备 耙式浓缩机、磁力脱水槽、水力旋流器等。 3 介质桶 合格介质桶。储存、缓冲悬浮液。 4 提升输送介质设备 空气提升器,5、磁选机（净化设备） 磁选机是根据各种矿物磁性不同，在磁选机中受到不同的作用力使矿物达到 分选的一种选矿机械。 6、介质损失 介质损失量与矿粒形状、粒度、表面粗糙程度、加重质颗粒的大小及喷水量有关。,4.5.4 磁铁矿的损失 磁铁矿的损失是重介选煤厂的一项主要技术经济指标。它不仅关系到原材料的消耗量，还影响
47、重介系统生产的正常稳定。 磁铁矿实际损失包括：技术损失和管理损失。 技术损失：产品带走、磁选机尾矿的损失之和折合成每吨原煤损失量。 管理损失：运输、转载、添加方式不佳等管理不善损失。 选煤厂设计规范规定： 块煤重介：0.2-0.3kg/T原煤 末煤重介：0.5-1.0kg/T原煤,磁铁矿损失大时，要查原因，如管理损失比例大时，要从储存、转运、添加等方面检查，加强管理，如技术损失大时，要查各工艺环节，产品带走的比例大，改善脱介效果，若磁选机尾矿损失大，要提高回收率，如分流大造成损失，应控制分流量。 分析原因，加强管理，从以下几方面： （1）改善脱介筛工作效果 采用高效率的脱介筛和开孔率大的筛网，
48、在脱介筛前设固定筛和弧形筛。重介旋流器底流悬浮液密度很高，脱介效果差，可引入一部分精煤筛下水合格悬浮液冲稀底流，改善脱介效果，产品喷水要足。清水用有压喷水，循环水可用无压喷水。,（2）可采用稀介质直接磁选 （3）保证磁选机回收率 （4）保持各设备液位平衡，防堵、漏事故； （5）减少进入稀介中的加重质数量，并保持稀介质的质量稳定； （6）严格控制从重介系统中外排煤泥水 （7）保证磁铁矿粉细度要求； （8）选择最佳磁铁矿储运和添加方式。,4.6 悬浮液自动控制 在重介选煤生产中，除保证悬浮液粘度小、稳定性好、循环量稳定外，还必须保证悬浮液稳定。 悬浮液的密度直接影响实际分选密度的大小，为了提高选煤
49、效率，减少实际分选密度的波动，要求进入分选机中悬浮液密度流动要小于0.1 g/cm3. 悬浮液的密度是根据产品质量要求确定的，但由于在分选机中流体运动的影响，悬浮液密度与实际分选密度是有差别的。对于用上升流的块煤分选机，悬浮液密度一般比实际分选密度低 0.03-0.1g/cm3 .重介旋流器悬浮液密度一般比实际分选密度低0.1-0.2g/cm3 .,要求的密度差值大小除了同悬浮液的稳定性、粘度、原煤的粒度组成和密度组成有关外，还有如下规律： 块煤：与水平、垂直介质流有关。下降流较大时，实际密度低于悬浮液密度。 重介旋流：与给料压力、液固比、结构参数有关。 密度测量：人工、浓度壶，密度计。生产中采用自动控制系统。 一、双管压差密度计 测量（电极间电阻变化，偏离报警） 放大信号 执行,二、水柱平衡密度计,三、放射性密度测定仪 四、悬浮液密度自动控制系统 合格介质桶内悬浮液密度一旦升高，就立即补加清水；一旦密度降低，就加大分流量，进行浓缩。 液位低，加新磁铁矿粉，液位高