第三章 水力分級

1、重 力 選 礦,主講人 何東升,環(huán)境與城市建設(shè)學院,第1章 重選概論第2章 重選的基本原理第3章 水力分級第4章 重介質(zhì)選礦第5章 跳汰選礦第6章 溜槽與搖床選礦第7章 重選生產(chǎn)工藝,提 綱,第3章 水力分級,3.1 概述3.2 水力分析3.3 水力分級設(shè)備,,,3.1 概述,水力分級 水力分級是根據(jù)礦粒在運動介質(zhì)中沉降速度的不同，將粒度級別較寬的礦粒群，分成若干窄度級別產(chǎn)物的過程。,水力分級與篩分

2、比較 水力分級和篩分的性質(zhì)相同。篩分比較嚴格地按幾何尺寸分開，篩分產(chǎn)物具有嚴格的粒度界限。水力分級則是按沉降速度差分開。礦粒的形狀、密度以及沉降條件對按粒度分級均有影響，因而分級不是嚴格按粒級進行的，具有較寬的粒度范圍。,,3.1 概述,,3.1 概述,,3.1 概述,分級的界線粒度（1）分級產(chǎn)物的粒度 分級產(chǎn)物的粒度以該產(chǎn)物的粒度范圍（如0.25-0.5mm)表示，或分級產(chǎn)物的粒度 (如大于或小于0.074m

3、m)在該產(chǎn)物中的含量表示。它僅說明分級產(chǎn)物的粒度范圍，而不能表示出兩種分級產(chǎn)品的分界粒度。,,3.1 概述,（2）分級的分界粒度 分級粒度是指按沉降速度計算的分開兩種產(chǎn)物的臨界顆粒的粒度。 分離粒度指實際進人沉砂和溢流中分配率各占50%的極窄粒級的平均粒度，寫成d50。 大于分離粒度的顆粒大多進入沉砂中，小于分離粒度的顆粒大多進入溢流中。,,3.1 概述,水力分級介質(zhì)流形式及判斷式 （1）垂直運動

4、 υ=υ0-ua,沉降速度大于上升水速的粗顆粒，向下降落，由設(shè)備底部排出，稱為沉砂或底流。沉降速度小于上升水速的細顆粒，向上運動由設(shè)備底部排出，稱為溢流。如果要求得到多個粒級產(chǎn)物，則可將第一次分出的溢流（或沉砂）在流速依次減小（或增大）的上升水流中繼續(xù)沉降分離 。,,3.1 概述,（2）接近水平流動 在接近于水平流動的水流中進行分級，顆粒在水平方向的速度與水流速度大致相同。而在垂直方向則依粒度（還有密度、形狀

5、）不同而有不同的沉降速度。粗顆粒較早地沉降下來落在槽內(nèi)成為沉砂，細顆粒則隨水流流出槽外成為溢流。分級過程是按顆粒沉降速度差進行，如圖所示。,,3.1 概述,（3）回轉(zhuǎn)流 在回轉(zhuǎn)流中，顆粒根據(jù)徑向速度差分離。介質(zhì)的向心運動速度是決定分級粒度的基本因素。,,3.1 概述,水力分級在選礦中的應(yīng)用（1）在某些重選作業(yè)（如搖床選礦、溜槽選礦等）之前，將入選原料分成窄粒級，以便于選擇適宜操作條件，此時分級產(chǎn)物的粒度特性將有助于進行析離

6、分層；（2）與磨礦作業(yè)構(gòu)成閉路工作，及時分出合格粒度產(chǎn)物，以減少過磨；（3）對原礦或選別產(chǎn)物進行脫泥、脫水；（4）測定微細物料（多為-0.075mm）的粒度組成，即進行水力分析。,第3章 水力分級,3.1 概述3.2 水力分析3.3 水力分級設(shè)備,,,3.2 水力分析,水力分析(簡稱水析)是借測定顆粒的沉降速度間接測量顆粒粒度組成的方法。 范圍：常用于小于0·lmm物料的粒度組成測定。 常用水析

7、法有三種:重力沉降法、上升水流法和離心沉降法。,,3.2 水力分析,測定條件：自由沉降，懸浮液的固體容積濃度小于3%。 計算公式：斯托克斯沉降速度公式 為了防止水析過程中固體顆粒團聚，通常加入水玻璃等分散劑，濃度:0.01%~0.02%。,,,3.2.1 沉降水析法,原理：逐步縮短沉降時間的方法，由細至粗地，逐步地將各粒級物料自試料中淘析出來。 實驗裝置：基本器皿為一帶毫米刻度紙的透明容器，以及攪拌器、虹吸管

8、等。,圖 淘析法水析裝置1—玻璃杯；2—虹吸管；3—夾子；4—溢流收集槽；5—玻璃杯座；6—標尺；7—虹吸管架,,設(shè)預(yù)定的分級粒度為d，在水中的自由沉降速度為υ0，則沉降h距離所需時間t為：,3.2.1 沉降水析法,,步驟： （1） 算出粒度為 d 的礦粒在水中沉降 h 所用時間 t ； （2）將礦漿倒入杯中，（礦漿液固比 6:1 ），加清水至零刻度，攪拌。（容積濃度 < 3% ）。 （3）靜置，沉降，經(jīng) t 時

9、段，用虹吸管將 h 上部的礦漿全部吸出（小于分級粒度） ； （4）杯中補加清水，重復上述步驟，直至吸出液體中不含小于分級粒度的礦粒為止； （5）烘干，稱重，化驗。特點： 簡單、可靠，但費時、費工。,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，在不同直徑的分級管中，產(chǎn)生不同的上升水速，粒度不同的礦粒按其不同沉降速度，分成若干粒級。 裝置 如圖所示為一組四管水析器，該水析器除

10、主要工作部件分級管外，還有給水裝置、水玻璃添加裝置、給礦裝置和溢流接收裝置等 。,,3.2.2 上升水流法,分級管直徑 由給水量和分級粒度確定。如分級管斷面積為A，給水量為Q，分級管的內(nèi)徑為D，則存在如下關(guān)系:,式中 D一分級管直徑。 在每個分級管中，沉降速度υ0大于管內(nèi)上升水流速度 ua的顆粒便沉降下來，小于ua的顆粒便進入下一個分級管內(nèi)依次進行分級。在每個分級管內(nèi)保持懸浮的顆粒即是該次分級的臨界粒度。,,3.2

11、.2 上升水流法,每次水析的試料約為50g，裝入帶攪拌器的玻璃杯內(nèi)，給礦前各分級管及連續(xù)管內(nèi)均充滿水，打開管夾使礦漿流人各分級管內(nèi)。在一般情況下給料時間約1.5h，2h后停止攪拌，大約6h后停止給水(以溢流水是否清澈為準)。然后用夾子夾住各分級管下端的軟膠管，按粗細順序?qū)⒏髁＜壆a(chǎn)物清洗排出，進行澄清、過濾、烘干、稱重、化驗等一系列處理。,,3.2.2 上升水流法,這種連續(xù)水析器一次可獲得多級產(chǎn)品，操作簡便，只要保持工作正常(及時放出管內(nèi)

12、氣泡且不使礦粒堵塞膠管)，所得結(jié)果就較為準確，但水析時間較長。,,3.2.2 上升水流法,,3.2.3 離心沉降法,原理：使分級過程在離心力場中進行。旋流水析器內(nèi)顆粒的徑向沉降速度依然可按斯托克斯公式求出，僅需用離心加速度取代重力加速度。離心沉降法所用裝置：串聯(lián)旋流分級器，也稱旋流水析器，結(jié)構(gòu)如圖所示。它是由倒置(底流口垂直向上）水力旋流器互相串聯(lián)并平行排列所組成的。,,3.2.3 離心沉降法,實驗過程：每個旋流器的沉砂口都與裝有排料

13、閥的接料槽相通，試驗時排料閥是關(guān)閉的。水經(jīng)水泵從水槽抽出，控制轉(zhuǎn)子流量計保持一定流量，通過流量控制閥給人第1號旋流器，因沉砂口排料閥關(guān)閉，底流存留在錐體底部，而溢流則進入第2號旋流器。以此類推，由第l到第5號旋流器溢流口和進料口直徑依次逐漸減小，旋流器分級粒度也相應(yīng)逐漸減小。因此，物料分級完成后，第一個旋流器底流產(chǎn)品粒級最粗，最細粒級產(chǎn)物則是最后一個旋流器的溢流。,試樣小于75μm，每次用量以小于100g為宜，從試料容器中給入，約經(jīng)30

14、min，分級過程完畢，取出各旋流器內(nèi)的底流經(jīng)過濾、烘干、稱重和化驗?？梢娦魉鰞x比連續(xù)水析器分級速度快。,,3.2.3 離心沉降法,第3章 水力分級,3.1 概述3.2 水力分析3.3 水力分級設(shè)備,,3.3.1 多室及單槽分級機,,多室分級機,云錫式分級箱機械攪拌式水力分級機篩板式槽型水力分級機,單槽分級機,分泥斗傾斜濃密箱,云錫式分級箱,,上升水流,,優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，不耗動力，便于操作。缺點：耗水量大，分級效率低

15、。,機械攪拌式分級機,優(yōu)點：分級效率高，沉砂濃度大，節(jié)省水耗，處理能力大。缺點：構(gòu)造復雜，設(shè)備高度大，配置困難，沉砂口容易堵塞。,大型鎢礦選礦廠使用。,篩板式槽型水力分級機,,優(yōu)點：構(gòu)造簡單，不需動力，高度較小，便于配置。缺點：分級效率不高，沉砂濃度較低。,分泥斗,優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，不需動力，有儲礦作用。缺點：分級效率不高，配置高度差大。,分泥斗,傾斜濃密箱,稀礦漿沿給料槽注入，進到傾斜板和穩(wěn)定板之間，礦漿中的固體礦粒在上

16、升過程中，在傾斜板間沉降。礦粒沉降到傾斜板后，由于在水介質(zhì)中傾斜板超大于安息角，就向下滑行進入穩(wěn)定板之間，聚集成沉砂，從下部排出。溢流從上部溢流槽排出。沉砂的流量和濃度用底部的調(diào)節(jié)閥門（或更換排砂咀大小）來控制。,雙層傾斜板水力分級箱,,3.3.2 機械分級機,,機械分級機：具有提升運輸沉砂的機構(gòu)的分級機。 原理：借顆粒在水介質(zhì)中的沉降速度差進行的。 應(yīng)用：與磨礦機配合工作進行預(yù)先分級和檢查分級，還可以用于含泥礦石的洗礦以及

17、進行脫泥、脫水。 分類：螺旋分級機、耙式分級機和浮槽分級機等 特點：螺旋分級機是利用轉(zhuǎn)動的螺旋連續(xù)排出沉砂。構(gòu)造簡單、操作方便。,3.3.2 機械分級機,,機械分級機：具有提升運輸沉砂的機構(gòu)的分級機。 原理：借顆粒在水介質(zhì)中的沉降速度差進行的。 應(yīng)用：與磨礦機配合工作進行預(yù)先分級和檢查分級，還可以用于含泥礦石的洗礦以及進行脫泥、脫水。 分類：螺旋分級機、耙式分級機和浮槽分級機等 特點：螺旋分級機是利用

18、轉(zhuǎn)動的螺旋連續(xù)排出沉砂。構(gòu)造簡單、操作方便。,3.3.2 機械分級機,,機械分級機：具有提升運輸沉砂的機構(gòu)的分級機。 原理：借顆粒在水介質(zhì)中的沉降速度差進行的。 應(yīng)用：與磨礦機配合工作進行預(yù)先分級和檢查分級，還可以用于含泥礦石的洗礦以及進行脫泥、脫水。 分類：螺旋分級機、耙式分級機和浮槽分級機等 特點：螺旋分級機是利用轉(zhuǎn)動的螺旋連續(xù)排出沉砂。構(gòu)造簡單、操作方便。,3.3.2 機械分級機,,螺旋分級機的分類

19、 （1）根據(jù)螺旋數(shù)目的不同，可分為單螺旋分級機和雙螺旋分級機。 （2）根據(jù)溢流端螺旋葉片浸入溢流面的深淺不同，可分為高堰式（a）、低堰式（b） 、沉沒式三種（c） 。,3.3.2 機械分級機,,3.3.2 機械分級機,,高堰式單螺旋分級機FG-750,沉沒式單螺旋分級機FC-1500,構(gòu)造 傾角: 分級槽傾角一般為120 -18.50; 形狀: 槽的底部為半圓形; 給礦: 礦漿從槽的中間部位進料口7

20、給入,在分級槽下端的分級帶完成分級。 排料: 細粒級經(jīng)溢流堰8隨溢流排出口9排走。粗粒級沉降后，由螺旋1將其運至沉砂排出口10。 傳動: 螺旋安裝在中空主軸3上，上端設(shè)有傳動裝置5，軸的下端置于提升機構(gòu)之內(nèi)，必要時可調(diào)節(jié)螺旋在槽內(nèi)的高度。,3.3.2 機械分級機,,3.3.2 機械分級機,,圖 螺旋分級機結(jié)構(gòu)示意圖1—螺旋；2—分級槽；3—螺旋軸；4—軸承；5—傳動裝置；6—螺旋提升機構(gòu)；7—進料口；8—溢

21、流堰；溢流排出口；10—沉砂排出口,螺旋分級機的工作原理 細磨后的礦漿從位于沉降區(qū)中部的進料口給入水槽，傾斜安裝的水槽下端是礦漿分級沿沉降區(qū)，螺旋低速轉(zhuǎn)動，對礦漿起攪拌作用，使輕細顆粒懸浮到上面，流動溢流邊堰處溢出，進入下一道工序處理，粗重顆粒測沉降到槽底，由螺旋輸送到排料口作為返砂排出。若分級機與磨礦機構(gòu)成閉路，則分級機的沉砂經(jīng)溜槽進人磨礦機再磨，送回磨礦機的沉砂稱“返砂”。,3.3.2 機械分級機,,分級過程 發(fā)生在靠近表

22、面層的水平礦漿流中,一方面以自身的沉降速度υ向下沉降，同時又被水平介質(zhì)流帶動，以接近礦漿水平流速u的速度向溢流端行進。 運動方向是兩個速度的矢量和。 粗顆粒運行到分級槽終端被溢流堰擋住，在槽內(nèi)成沉砂，細顆粒運行到分級槽終端時，依然位于溢流堰上面，隨水平流從溢流口排出機外。,3.3.2 機械分級機,,影響螺旋分級機工藝效果的評定 （1）分級機的工作質(zhì)量 ①沉砂中小于分級粒度的細粒級含量；

23、②溢流中大于分級粒度的粗粒級含量； ③沉砂水分的高低。 （2）分級機的生產(chǎn)能力 ① 按溢流中固體含量計算的生產(chǎn)量； ②按沉砂中固體含量計算的生產(chǎn)量。,3.3.2 機械分級機,,3.3.2 機械分級機,,影響分級機工藝效果的主要因素： ①礦石性質(zhì) 密度: 礦石密度越大生產(chǎn)能力也越高(幾乎正比) 。 粒度組成和含泥量: 反映在礦漿的粘度上，粘度增大

24、，礦粒沉降速度減少，處理能力和分級的精確性均降低，因此，當?shù)V泥含量較高時，常采用較低分級濃度，但這又導致處理量的降低。 因此，適量礦泥，增加礦漿的粘性，可抑制螺旋攪動時引起礦漿紊動的發(fā)展。,3.3.2 機械分級機,,②分級機結(jié)構(gòu) 分級面積——影響分級機處理能力并決定分級粒度。,圖所示，分級液面長為l，分級槽寬若為B，分級槽下端高度若為H, 傾角為α,則分級機面積A為：,,增大分級面積方法：增大分級槽的寬度、提

25、高溢流堰的高度或減小槽體的傾角。 結(jié)論：分級機面積增大，按溢流的體積處理能力便增大，分級精度便更細。 螺旋的轉(zhuǎn)速： 影響液面的攪動程度和運輸返砂的能力，轉(zhuǎn)速與螺旋直徑成反比。 粗粒分級可有較大的攪動程度而不致影響顆粒的沉降。 細顆粒分級則應(yīng)避免強烈攪動，其螺旋運轉(zhuǎn)速度達到足以將返砂沿外槽運出即可。,3.3.2 機械分級機,,3.3.2 機械分級機,,③ 給礦濃度

26、常在磨機排礦口加水調(diào)節(jié)。實際生產(chǎn)中控制分級機的給礦濃度是控制分級溢流粒度的有效手段。同時，又制約著處理能力。 溢流濃度一般每隔20~30min測定一次，以確保對分級粒度的控制。,3.3.3 水力旋流器,,3.3.3 水力旋流器,,水 力 旋 流 器 是 一 種 高 效 的 細 微 粒 礦 物 分 級 、 脫 泥 、 濃 縮 設(shè) 備 ，廣 泛 于 有 色 金 屬 選 礦 、陶 瓷 、化 工 等 工 業(yè) 中 ，其 特 點 是 結(jié)

27、構(gòu) 簡 單 ，生 產(chǎn) 能 力 大 ，占 地 面 積 小 ，工 作 效 率 高 。,特點： 構(gòu)造簡單，便于制造，無運動部件，生產(chǎn)率高，占地面積小，分級效率較高，在國內(nèi)外已經(jīng)廣泛使用；主要缺點是消耗動力較大，且在高壓給礦時磨損嚴重，采用新的耐磨材料，如硬質(zhì)合金、碳化硅等制作沉砂口和給礦口的耐磨件，可部分的解決這一問題。此外，當用于閉路磨礦分級時，因其體積小，對礦量波動沒有緩沖能力，不如機械分級機工作穩(wěn)定。,3.3.3 水

28、力旋流器,,與一段磨機構(gòu)成閉路磨礦分級系統(tǒng)，根據(jù)不同的處理能力，既可雙臺布置，也可成組配置。在較高的給礦濃度情況下，具有較高的分級效率和較細的溢流細度，分級效率比常用的螺旋分級機高出5-10%，有利于磨機利用系數(shù)的提高。,,3.3.3 水力旋流器,結(jié)構(gòu)：水力旋流器的上部呈圓柱形，下部呈圓錐形，圓柱體的中央插入一根溢流管，上部外側(cè)有一與其相切的進漿管。 規(guī)格：圓柱體的內(nèi)徑D(mm)表示。,沉砂口,3.3.3 水力旋流器,,水

29、力旋流器分級原理 料漿在0.4～3.5個大氣壓作用下，從進漿管沿切線方向進入旋流器內(nèi)，作高速回轉(zhuǎn)運動。在離心力和重力的作用下，粗粒被拋向器壁，向下作螺旋運動，從底部排砂口排出，細粒向器壁運動速度小，被朝中心并向上呈渦流流動的液體攜帶從溢流管排出。,3.3.3 水力旋流器,,零速包絡(luò)面——在軸向，礦漿存在一個方向轉(zhuǎn)變的零速點，連接各點在空間構(gòu)成的一近似錐形的面 (見右）。零速包絡(luò)面的位置大致決定了分級粒度。,3.3.3 水力旋

30、流器,,零速包絡(luò)面,3.3.3 水力旋流器,,影響旋流器工作的因素 礦漿體積處理量與旋流器直徑的關(guān)系為: Q ∝ D2　 分級粒度與旋流器直徑的關(guān)系： 因此，進行粗分級時常選用較大直徑旋流器; 在細分級時則用小直徑旋流器。處理能力不夠時，可以將多臺并聯(lián)使用。,3.3.3 水力旋流器,,（1） 給礦管直徑 dG 對旋流器工作的影響,給礦口的大

31、小對處理能力、分離粒度以及分級效率均有一定影響。其直徑常與旋流器直徑呈一定比例，大多dG=(0·08~0·25)D。給礦口的橫斷面形狀以矩形為好。而縱斷面常為圖所示的切線形。,3.3.3 水力旋流器,,由于這種切線形給礦管進料方式易使礦漿在進入旋流器時與器壁沖擊產(chǎn)生局部旋渦影響分級效率。因此出現(xiàn)了如圖的漸開線形及其他型式的給礦管。,3.3.3 水力旋流器,,3.3.3 水力旋流器,,（2）溢流管直徑 dY 對旋流器工

32、作的影響 溢流管大小應(yīng)與旋流器直徑呈一定比例，一般為 dY = (0·2~0·4)D。增大溢流管直徑，溢流量增加，溢流粒度變粗，沉砂中細粒級減少，沉砂濃度增加。,3.3.3 水力旋流器,,（3）沉砂口直徑 dY 對旋流器工作的影響 沉砂口直徑常與溢流口直徑比值稱為角錐比。試驗得出，角錐比值以3一4為宜，它是改變分級粒度的有效手段。 沉砂口常因磨損而增大排出口面積，使沉砂產(chǎn)量增

33、加，沉砂濃度降低。 如果沉砂口過小，粗顆粒在錐頂越積越多，會引起沉砂口堵塞。,3.3.3 水力旋流器,,（4）錐角對旋流器工作的影響 細分級或脫水用較小的錐角，最小達100~150 ;粗分級或濃縮用用大錐角，達200一450。 旋流器圓柱體高度 h 一般取h (0.6~1.0)D。 溢流管插入深度hy，為(0·7~0·8)h，過長或過短均將引 起溢流跑粗。,（5）給礦

34、壓力對旋流器工作的影響 提高給礦壓力，礦漿流速增大，可以提高分級效率和沉砂濃度。 處理粗粒物料時，應(yīng)盡可能采用低壓力(0·05~0.lMPa);只有在處理細粒及泥質(zhì)物料時，才采用較高壓力(0·1~0·3MPa) 。 給料方式可采用穩(wěn)壓箱或砂泵直接給料，從節(jié)能和穩(wěn)定操作角度看后者效果較好。,3.3.3 水力旋流器,,（6）給礦性質(zhì)對旋流器工作的影響

35、 給礦濃度高，分級粒度變粗，分級效率亦將降低。當分級粒度為0·074mm時，給礦濃度以10%一20%為宜;分級粒度為0·019mm 時，給礦濃度應(yīng)取5%~10%。,3.3.3 水力旋流器,,用于分級的旋流器最佳工作狀態(tài)應(yīng)是沉砂呈傘狀噴出，傘的中心有不大的空氣吸入口。,圖 旋流器底流不同排出狀況示意圖1—傘狀；2—繩狀（底流口很?。?；3—大錐角傘狀（底流口很大）,3.3.3 水力旋流器,,用途： （1