第七章跳汰选矿.

物理选矿杨小平Mobile：13718182908Email:[e-mail]第七章跳汰选矿§7-1概述跳汰选矿是在垂直变速介质流中按密度分选矿石的过程。跳汰选时，矿石被给到跳汰机的筛板上，形成一个密集的物料床层，从下面透过筛板周期地给入上下交变的水流，使床层松散，并在松散和上下运动的过程中实现分层。分层的结果是，密度高的物料集中在床层的底层，密度低的物料进入上层。上层的轻矿物将被跳汰室中的水平流带出跳汰室，下层的重矿物将通过筛板上的排料装置或者直接透过筛板排出。随着物料的不断给入和轻、重矿物的不断排出，构成连续的分选过程。分层分离跳汰机入料（原煤）精煤矸石中煤水水↑↑↑↑↓↓↓↓产生脉动水流的三种方式：动筛、活塞或者压缩空气。跳汰选矿的发展人工淘选矿沙手动的动筛式跳汰机1840年，活塞式跳汰机，偏心传动、筛板固定l892年，无活塞跳汰机，压缩空气、筛板固定，鲍姆跳汰机，筛侧空气室式跳汰机的代表巴达克跳汰机，筛下空气室式跳汰机的代表滑动风阀（立式风阀）→旋转风阀（卧式风阀）→数控气动电磁风阀脉动水流的运动更趋于合理、产品排放准确畅通推动水流运动的方式是多样的：a、由偏心连杆机构带动橡胶隔膜作往复运动，以推动水流在跳汰室内作上下脉动，这种跳汰机称为隔膜跳汰机；b、周期鼓入压缩空气的方法推动水流。根据空气室的位置侧鼓式跳汰机（鲍姆跳汰机）筛下空气室跳汰机（巴达克跳汰机）c、筛板和筛板上的物料同时在水中上下运动，由液压或机械装置驱动，称为动筛跳汰机。脉动水流：跳汰机中速度大小和方向作周期性变化的上下运动的水流跳汰周期：脉动水流没完成一个周期性变化所用的时间即为跳汰周期；跳汰周期曲线：在一个周期内表示水速随时间变化的关系曲线称为跳汰周期曲线；水流冲程：水流在跳汰室中上下运动的最大位移称为水流冲程；机械冲程：隔膜或活塞本身的最大位移称为机械冲程；冲程系数：冲次：水流或隔膜每分钟循环的次数称为冲次。机械冲程水流冲程冲程系数第二节物料在跳汰机中的分层规律一、颗粒在垂直交变水流中的受力分析及运动方程在跳汰机中水流运动包括两部分：垂直升降的变速脉动水流和水平流。前者对颗粒按密度分层起主要作用，后者对颗粒分层也有影响，但主要作用是运输物料。所以首先研究脉动水流运动特性。1跳汰机中的水流运动特性首先分析比较简单的活塞跳汰机的脉动水流特性。活塞跳汰机工作原理如下图所示水245167按绝对值计算，当偏心轮转动一周时，活塞行程为2×2r，所需时间是T=60/n,所以，在一周内活塞的平均速度Vmean为：Vmean=4r/T=nr/15活塞运动的加速度可由活塞运动速度的一阶导数求出：经过时间t后活塞的行程h,可由活塞运动速度对时间的积分求出在跳汰机室内，水流运动的实际速度比活塞运动的速度小些，因为：（1）活塞与机壁之间有缝隙，有漏水现象，所以必须加上一个考虑漏水的系数β；（2）跳汰室的面积一般均大于活塞室的面积，所以还必须乘以一个反映两室宽度比例的系数。跳汰室内的水流速度和水流加速度以及行程s(水波高度)分别为：名词：跳汰周期跳汰频率跳汰周期特性曲线无活塞跳汰机的水流运动是由压缩空气鼓动，用风阀调节的。各种跳汰周期特性曲线见下图1滑动风阀跳汰机2活塞跳汰机3旋转风阀跳汰机跳汰周期特性曲线不仅与风阀的结构有关，还与跳汰频率、风压及跳汰机结构等因素有关。2颗粒在垂直交变水流中的受力分析及运动方程球形颗粒在跳汰机内非稳定流中受到的作用力如下：(1)球体在介质中的重力G0(2)介质对球体运动的阻力RH(3)加速运动的介质流对球体的附加推力根据流体力学原理，物体在加速运动的介质中所受的推力，其数值等于与物体相同体积的介质质量乘以介质加速度。Gdg036()RvdvudHHcHa2222()(4)介质加速度产生的附加质量惯性阻力F这是因为颗粒与介质之间作相对运动，产生摩擦力，当颗粒作加速度运动时，使直接与颗粒表面接触的及其附近的部分介质也被颗粒带着运动，相应地这部分介质即产生一方向相反的作用力。此力作用于颗粒上使之受到一种额外的惯性阻力作用，其数值等于：(5)颗粒运动受到的机械阻力运动方程mvGRPFaH0()vgvudujvaHac62球体在跳汰机中运动的微分方程式()vgvudujvaHac62（1），是由重力而产生的加速度，又称为初加速度。它的方向永远向下，它的数值只与颗粒的密度有关，随颗粒密度的增大而增大，与颗粒的粒度和形状无关。它是颗粒按密度分层的基本作用因素。颗粒间的密度差越大，它们的初加速度差别也越大。该项还表明，适当地增大介质密度，将可增大不同密度颗粒的初加速度之差，即说明若利用重介质跳汰可以获得更好的分选效果。gaggg11221212（2）介质阻力加速度是由颗粒与介质作相对运动，水流的速度阻力因素引起的颗粒运动加速度。它的数值与颗粒的速度、粒度及形状都有关。因此，密度高的细颗粒和密度低的粗颗粒可能因阻力加速度相近而相互混杂。这种影响随着颗粒的相对速度Vc的增大及作用时间增长而增强，即颗粒的粒度因素对按密度分层的影响也越大。若降低阻力加速度，可以减小颗粒粒度和形状差别对床层按密度分层的不利影响。在一个跳汰周期内，水流由上升转变为下降的过渡阶段（即膨胀期），颗粒与介质相对运动的速度较小，而且此时床层松散，有利于颗粒按密度分层。所以从减小粒度和形状对分层不利影响这个角度出发，在实际生产中可适当地延长这个阶段（膨胀期）的作用。62Havud()(3)由介质加速度引起的颗粒运动加速度(附加推力加速度)它只与颗粒的密度有关，而与颗粒的粒度及形状无关。是一项按密度分层的因素，在一个跳汰周期的加速上升和减速下降（即上升前期和下降后期）阶段，加速度方向向上，对颗粒按密度分层有利。设密度分别为和的颗粒，当时，则介质加速度引起的颗粒运动加速，在加速上升时期介质加速度方向与速度方向都向上，因此，促使低密度颗粒比高密度颗粒上升得更快；而在减速下降时期，因介质加速度方向与速度方向相反，阻止颗粒下降，因此它将促使低密度颗粒比高密度颗粒下沉速度更快地减小。因而总起来说是促进低密度物料处在跳汰床层的上层和高密度物料处在跳汰床层的下层。u121212uu(3)由介质加速度引起的颗粒运动加速度(附加推力加速度)然而，在介质减速上升和加速下降（即上升后期和下降前期）阶段，加速度向下，所以这时的附加推力加速度是破坏颗粒按密度分层的。概括起来说，为了突出附加推力加速度对分层的有利影响，希望跳汰周期应有较大的向上加速度和较小的向下加速度，亦即希望跳汰周期具有由上升水流缓慢地过渡到下降水流的特点。u（4）等式右侧的第四项是附加质量惯性阻力所产生的颗粒运动加速度这个加速度也与颗粒的粒度无关，而只与其密度有关，它也和附加推力加速度一样，在一个跳汰周期的上升前期或下降后期（水流加速度方向向上的时期）方向向上，促使低密度颗粒比高密度颗粒上升得更快或下降得更慢，有利于颗粒按密度分层。但是在上升水流后期或下降水流的前期，它的方向是向下的，促使低密度颗粒比高密度颗粒上升得慢，或下降得更快的趋势，因而不利于按密度分层。因此结论也是一样，从突出附加质量惯性阻力对分层有利影响这一面来考虑，也是希望跳汰周期由上升期到下降期期间有一个缓慢的过渡阶段。jvc进气期膨胀期排气期压缩期二跳汰床层的松散和分层过程1跳汰过程跳汰过程=进气期+膨胀期+排气期+压缩期2跳汰周期各阶段中物料的分层规律按照介质运动的特性，将一个周期分成四个阶段，第一阶段：水流上升初期第二阶段：水流上升末期第三阶段：水流下降初期第四阶段：水流下降末期从上述对一个跳汰周期内床层松散和分层过程的分析可以看出，为了提高跳汰机分选效果，尤其是改善不分级和宽级别物料的分选情况和提高跳汰机的处理量，对跳汰机周期特性的选择可得出以下结论：（1）在上升前期床层举起的高度，决定床层的松散度。水流的速度阻力和加速度附加推力是床层托起的重要条件。但因颗粒与水之间相对速度vc较大，它对物料按密度分层不利。因此应尽可能缩短这个阶段经过的时间，并希望此时床层具有较小的松散度（特别是细粒级物料的分选）。所以对细粒级物料来说，可提高跳汰频率；对于粗粒级物料则只能改变跳汰周期特性，采用短促而有力的上升水流来实现。这一点若采用旋转风阀或数控风阀很容易实现。（2）在上升后期和下降前期，应延长这一时期的时间。床层最松散，以提高处理量和分层效果。在这期间，由于加速度附加推力P和附加质量惯性力F的作用，对按密度分层不利，因此，希望由上升期到下降期期间有一个暂息时间，使水流作缓慢的上升和缓慢的下降，从而使床层得以充分松散和按密度分层。（3）在下降后期的时间应尽量缩短。大部分床层已经紧密，分层作用几乎完全停止。但是由于这时还有吸啜分层作用存在，而它对于不分级物料的选别是有利的。因此可根据物料的性质，尤其是根据高密度细颗粒含量的多少来控制吸啜作用的强度和时间的长短。一方面既要保证高密度的细颗粒能够充分吸啜到底层，另一方面又要防止低密度的细颗粒混入底层。3几个典型的跳汰周期(1)正弦跳汰周期特性曲线(2)非对称跳汰周期特性曲线uuttabab,uuttabab,①uuttabab,②uuttabab,③uuttabab,④4床层松散度的计算(1)松散度的概念：P111床层中悬浮体内分选介质所占的体积百分数，用m表示。(2)松散度计算公式推导H0--床层的厚度，cm床层紧密时的松散度,m0S下S上mmHbbSHSmSSH上下上下11111100000()()b--床层的横断面积床层的上边界和下边界上升的高度床层的最大松散度（S下=0）mmSH上max11100例：测得某选煤厂LTX-14型跳汰机床层紧密时的厚度H0=45cm,其容积浓度为λ0=0.6,在上升末期达到最大松散度时，其上边界升高了5cm,求该床层达到的最大松散度。解：mSmmSH下上0000110604011111041545046....max(3)跳汰床层的松散分类(a)上松散(b)上下松散(c)下松散(d)不松散整起整落(上升水流)(上升水流)(上升水流)(上升水流)(4)跳汰床层的松散机理目前关于跳汰床层松散机理的解释有两种假说：第一种假设认为，床层松散是由于上升水流运动速度和加速度造成的。具有一定速度的水流，尤其是水流的相当大的加速度作用于床层，使床层托起，运动。在床层运动的过程中由于颗粒的密度和粒度不同，结果上升的距离就不同，密度高的和粒度大的物料上升距离小，密度小的和粒度细的物粒上升的距离就大，于是使床层呈现松散状态。这种假说与我们上述关于颗粒在垂直交变水流中的受力分析是一致的。第二种假说认为，床层的松散是由于上升水流穿透床层时，产生的涡流转变为压力造成的，结果使床层从中间开始，同时向上、下两个方向扩散松散。对跳汰过程松散状况进行检测时，可以看到床层的松散运动基本上和上升水流同时开始，有时提前发生在下降水流的末期，即床层颗粒能逆着微弱的下降流而向上松散。这种现象，第二种假说就不能很好的予以解释，而用第一种解释可能是由于下降后期水流具有较大的向上加速度作用的结果，这也说明了水流加速度对床层松散的显著作用。床层的松散过程，可能是这两种情况同时存在，是两方面作用力综合作用的结果。(5)影响床层松散的因素在一个跳汰周期内，床层松散度的变化不仅与跳汰机的风水制度及风阀特性曲线有关，而且与使用的跳汰频率、振幅、床层厚度、物料的粒度组成和密度组成等都有很大关系。风阀特性曲线是指在一个跳汰周期内，风阀进、排气面积或进、排气时间的变化曲线。a风水制度和风阀特性曲线的影响增大风量和筛下补给水用量（顶水）都能提高床层松散度。但改变风阀特性曲线和改变风量大小对床层松散的影响不同。增大风量一般可使床层松散度增大，使床层更松一些，但维