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重力选矿备课笔记第一章绪论第1页黑龙江科技学院重力选矿备课笔记第7次课授课时间：2004年3月12日章节及主要内容：第二章重力选矿的基本理论§2—8粒群在上升水流中的分层规律1、非均匀粒群在上升水该中的悬浮分层2、粒群在上升水流中的悬浮分层学说及临界速度重点内容：重介分层学说难点内容：重介分层学说，对不同的非均匀粒群在上升水流中的分层规律分析参考资料：《流体力学》、《选矿学》教学手段：讲述、投影扩展内容：重介分层学说的发展历程教学后记：对重介分层学说应详细讲解重力选矿备课笔记第一章绪论第2页§2—8粒群在上升水流中的分层规律一、非均匀粒群在上升水该中的悬浮分层均匀粒群的干扰沉降规律是研究非均匀粒群在上升水流中悬浮分层理论的基础。在选矿过程中，经常遇到的多是性质不同的矿粒，同时悬浮或同时沉降的干扰沉降现象。关于这些粒群同时沉降的干扰沉降现象，目前研究的还很少。利亚申柯在实验室研究了性质不同的粒群在上升水流作用下的悬浮现象。实验研究表明，在任何速度的上升水流的作用下，只要上升水速不把物料冲走，粒群就在上升水流作用下发生分层现象。分层情况如图2－18所示。1、分层结果：1）密度相同而粒度不同的粒群细矿粒集中在上层，粗矿粒集中在下层见图2－18a。2）粒度相同而密度不同的粒群密度低的矿粒集中在上层，密度高的矿粒集中在下层见图2-18b。3）密度不同（δ2＞δ1），而粒度比值小于自由沉降等沉比的物料（d1/d2＜e0）密度低的矿粒集中在上层，密度高的矿粒集中在下层见图2-18c。4）密度不同（δ2＞δ1），而粒度比值等于或大于自由沉降等沉比（d1/d2≥e0）的物料当上升水速较小时．分层结果是密度低的矿粒处在上层，密度高的矿粒处于下层（这符合重力选矿的要求．见图2－18d、图2－19a）；当上升水速增大到一定值之后，分层现象消失，两粒群形成混合悬浮体；上升水速继续加大，分层现象又复出现，不过这重力选矿备课笔记第一章绪论第3页时是密度低的矿粒集中在下层，而密度高的矿粒反而集中到上层（见图2－19C）。也就是说，对于这种粒群只有当上升水速不大于某一临界水速υcr时，正常分层才有可能，大于临界水速时，正常的分层现象将遭到破坏。二、粒群在上升水流中的悬浮分层学说及临界速度1、悬浮分层学说：粒群分层规律，用自由沉降理论是无法解释的。为了对非均匀粒群分层现象进行理论分析，利亚申柯从粒群所构成悬浮体的相对密度上的差别予以解释，提出了非均匀粒群悬浮体相对密度分层学说。他认为粒群所构成的悬浮体。在密度方面具有与均质介质相同的性质，当两种悬浮体彼此混合时，与两种密度不同的均质介质（如水和煤油）混合时一样，在上升水流作用下始终是密度高的悬浮体集中在下层，密度低的悬浮体集中在上层。按利亚申柯的观点，悬浮液的密度ρsu。为从上式可以看出，两种悬浮体的密度差，只体现在第一项。也就是说，悬浮液密度ρsu的第一项即可表明悬浮体的密度特征，它在数值上等于悬浮体的密度与介质的密度差再乘以容积浓度，称为悬浮体的相对密度，以符号“ρC”表示。其值按下式计算ρC=λ（δ－ρ）但是．利亚申柯的非均匀粒群，按悬浮体相对密度分层的学说，与实际分层规律是不相符合的。实验证明非均匀粒群，不按悬浮体的相对密度分层，也不按悬浮体的悬浮高度分层。2、重介分层学说：1）内容：中国矿业大学选矿教研室和中南工业大学选矿教研室，在研究非均匀粒群于上升水流中的分层规律时，证明非均匀粒群在上升水流中分层主要是受水动力学的支配，是按照各自的干扰沉降速度进行分层的。但是，对于粒群的粒度比等于或大于自由沉降等流比时，粒群将按重介作用分层。在上升水速较小时，可以依靠高密度细粒悬浮体对低密度粗粒的重介作用，使低密度矿粒进入悬浮体的上都，即在上升水流中轻矿粒将按照其本身的密度与重矿物悬浮体的密度差发生分层。这种分层原理称之为重介分层学说。2）按照重介分层学说，对不同的非均匀粒群在上升水流中的分层规律分析如下：（1）密度相同（δ1＝δ2），粒度不同（d1＞d2）的粒群由于δ1＝δ2，d1＞d2，故v01＞v02，Re1＞Re2，所以n2＞n1或n2=n1=n。物群在未分层之前，对于矿粒来说，周围物群的容积浓度是相同的，故λ1=λ2。由于细粒的干扰沉降速度较低，因此，在上升水流的作用下，小粒首先被冲起并悬浮在上层，大粒在下层。分层结果与上升水速无关。（2）粒度相同（dl＝d2）。密度不同（δ1＞δ2）的粒群由于dl＝d2，δ1＞δ2，故v02＞v01，Re2＞Re1，所以n1＞n2或n1=n2。在未分层前，取λ1=λ2，由于密度低的矿粒干扰沉降速度较小。故分层结果是密度低的矿粒在上层，密度高的矿粒在下层。分层结果与上升水速无关。重力选矿备课笔记第一章绪论第4页（3）密度不同（δ1＞δ2），而粒度比值小于自由沉降等沉比e0的粒群由于δ1＞δ2，dl/d2＜e0，故v01＞v02，dl＜e0d2。此时，两种矿粒在自由沉降末速时的雷诺数Re1和Re2，谁大谁小要根据具体情况而定，有下列几种情况：当两种矿粒的Re值均大于1000时，n1=n2，所以υH2＞υH1，物群能够正常地按密度分层。分层结果与上升水速无关。当两种矿粒的Re值小于1000时，又可分为两种情况：Re2＞Re1时，则n1＞n2；υH2＞υH1，物群能够正常按安度分层。当Re＜1000，Re2＜Re1时，n2＞n1，但其差值是很有限的，这时仍然是自由沉降末速υ0大的，干扰沉降末速υH也大，故仍是正常地按密度分层。所以当两种粒群的粒度比小于自由沉降等沉比时，在上升水流作用下，悬浮分层结果是密度高者在下层，密度低者在上层。分层结果与上升水速无关。（4）密度不同（δ2＞δ1），粒度比等于或大于自由沉降等沉比e0的物料由于δ2＞δ1dl/d2≥e0故。υ01≤υ02，Re1＞Re2，n2＞n1，所以υh1＞υh2。在上升水流作用下，密度高的细粒首先被水流冲出，并在床层上部形成一定密度ρsu的悬浮液，悬浮液的密度ρsu2的大小与上升水速有关。上升水速较低时，ρsu2较大。当ρsu2＞δ1时，由于细粒悬浮液的重介作用，可使床层中密度低的粗粒重新转入上层，使物料能够正常地按密度分层。反之。当上升水速增大时，则ρsu2＜δ1，床层中密度低的粗粒就不可能转入上层，物群将仍旧按照水动力学因素分层，结果是υh较小的、密度高的细粒逐渐集中到上层，下部则集中着密度低的粗粒。使按密度正常分层现象遭受了破坏。3）临界水速：按照干扰沉降重介分层学说，对于粒度比等于或大于自由沉降等沉比的物料，控制其上升水速很重要，一定要使上升水速小于临界水速。临界水速应使ρsu2=δ1时上式就是推导出的新的临界水速理论公式。根据理论公式计算出的临界水速与实测值相比额为吻合。4）试验还得知，要使密度低的粗粒能够在密度高细粒的悬浮液作用下进入上层，还需要满足下述两个基本条件：（1）两种矿物的密度差要足够大要使密度低的粗粒能够进入上层。必须使即应当指出，λ2不应当太高，否则悬浮波将失去流动性，矿粒无法在其中互相转移。对于细粒悬浮体，当容积浓度超过40～44％时即失去了流动性，用作分选介质的悬浮液，容积浓度最好不超过33％。此时密度高的矿物和密度低的矿物的有效密度比值需满足如下要求重力选矿备课笔记第一章绪论第5页（2）两种矿物的粒度比要足够大根据重力选矿的理论和实践证明，悬浮液只有对于粒度较大的物料才能起到悬浮的作用。研究资料表明，被选物料的粒度最好超过悬浮粒子粒度的3～5倍。在生产过程中，分选宽级别的物料，要同时满足上述两个条件是很困难的，因此，不可能完全依靠控制上升水速和不超过临界水速的方法，来实现宽级别物料按密度分选。同时．也不应单纯用重介分层学说来解释现有的跳汰过程。思考题：1、非均匀粒群在上升水该中的悬浮分层结果；2、按照重介分层学说，对不同的非均匀粒群在上升水流中的分层规律分析；3、表观粘度、非牛顿体；4、按重介作用分层的两个条件。