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第五章物理分选教学大纲要求内容学时熟练掌握正确理解一般了解5.1重力分选16颗粒在介质中的沉降运动与等降比不同粒度和密度的颗粒在不同介质流中的运动规律；磁分离过程的作用力、磁分离的必要条件；电选过程、电场结构及颗粒在电场分选过程中的运动规律颗粒在介质中的沉降运动与等降比不同粒度和密度的颗粒在不同介质流中的运动规律；磁分离过程的作用力、磁分离的必要条件；电选过程、电场结构及颗粒在电场分选过程中的运动规律强磁性矿物及弱磁性矿物的磁性、复合物理场分选超导磁选及磁流体分选、剩余电荷分选理论5.2磁场分选5.3电场分选5.4复合物理场分选教学内容本章讨论物理分选的基本原理，主要包括重力分选、磁场分选、电场分选、复合物理场分选。教学时间16学时。教学重点颗粒在介质中的沉降运动与等降比不同粒度和密度的颗粒在不同介质流中的运动规律；磁分离过程的作用力、磁分离的必要条件；电选过程、电场结构及颗粒在电场分选过程中的运动规律。教学难点物料在各种力场中的运动规律、各种物理分选的前提条件。教学方法课堂教学为主，结合实验教学和认识实习，采取理论与实际相结合的原则，从基本原理入手，使学生掌握各种物理分选方法的分选原理、分选过程以及应用。教学要求熟练掌握颗粒在介质中的沉降运动与等降比不同粒度和密度的颗粒在不同介质流中的运动规律；磁分离过程的作用力、磁分离的必要条件；电选过程、电场结构及颗粒在电场分选过程中的运动规律，正确理解磁畴、交换作用、弱滞回线、剩磁、矫玩力、磁化效应基本概念；矿物的电性及带电方式、电选过程中的作用力主要磁系的磁场特性及磁路，一般了解强磁性矿物及弱磁性矿物的磁性、复合物理场分选超导磁选及磁流体分选、剩余电荷分选理论、复合物理场分选。教学参考书孙玉波主编，重力选矿，北京:冶金工业出版社，1991.卢寿慈主编，矿物颗粒分选工程，北京：冶金工业出版社，1990.选矿手册第三卷第一分册，北京：冶金工业出版社，1993.姚书典编，重选原理，北京：冶金工业出版社，1992.刘树贻编著，磁电选矿学，长沙，中南工业大学出版社，1994年2月.蒋朝澜编著，磁选理论及工艺，北京：冶金工业出版社，1994年9月.R.格柏,R.R.柏斯著，刘永之译，高梯度磁分离，北京：中国建筑工业出版社，1987年8月.选矿手册第三卷第三分册，北京：冶金工业出版社，1991年8月.袁楚雄等，特殊选矿，北京：中国建筑工业出版社，1982年7月.张宗华主编，选矿电磁学，北京：冶金工业出版社，1993年4月.5.1重力分选教学内容本节讨论重力分选的基本原理，主要包括重力分选体系的组成、颗粒在不同运动方式的介质中的运动规律。主要包括：（1）物理分选及分选过程的基本概念，包括给料、品位、回收率、富集比等，重力分选的概念及其分类。（2）重选的基本过程，常见的分选区，重选的分选介质种类与其在分选过程的作用，重选过程的受力分析，重选分选的基本条件，分选的粒度范围。（3）重选基本理论的概述及其发展方向。（4）重介质浮沉分选的基本原理，等降现象、等降比的基本概念，等降现象在重选实践中的意义，自由沉降与干涉沉降中的等降比的计算。（5）物料在垂直交变介质流中按密度分层的分层过程，静力学体系学说及按密度分层的位能学说，动力学体系学说。（6）斜面流分选过程中斜面流的特性，紊流斜面流的脉动速度与水跃现象及其在分选中的作用，粗粒群在厚层紊流斜面流中受力分析以及松散分层基本原理，细粒群在薄层弱紊流斜面流中松散分层的基本原理，析离分层在分选过程中的作用，细颗粒在层流斜面流中松散分层的基本原理，摇床斜面流分选原理。（7）回旋力场实现的常见方式，颗粒在回旋流中的运动规律，薄层回转流的流动特性及颗粒的分选基本原理，螺旋回转斜面流分选中液流在螺旋槽内的流动特性，二次环流在螺旋回转斜面流分选中的作用不同密度颗粒在螺旋槽内分选中运动规律。教学时间6学时。本节重点重选分离过程的条件，物料采用重选分离难易程度的判据、重选介质的运动方式、颗粒在不同运动方式的介质中的运动规律。本节难点如何让学生掌握颗粒在不同运动方式的介质中的运动规律，以及这些基本规律在实际分选中的应用。教学方法课堂教学为主，结合实验教学和认识实习，采取理论与实际相结合的原则，从基本原理入手，使学生掌握重力分选的基本原理、分选过程以及应用。教学要求熟练掌握基本概念，重选分离过程的条件，物料采用重选分离难易程度的判据、重选介质的运动方式、颗粒在不同运动方式的介质中的运动规律。一般了解重选分离在实际分选中的应用。5.1.1概述1.物理分选过程的基本概念与术语物理分选是指主要采用物理方法对具有不同物理性质的固体物料进行分选的过程。它包括利用物料间密度、磁性、导电性、颜色形状及摩擦弹跳系数等差异进行的重选、磁选、电选、特殊分选；广义上也包括利用物料间表面物理化学性质差异进行的浮选。基本概念：给料所处理的给入物料，矿物加工行业中也称给矿。精料经分选后富集了有价成分的最终分选产品，也称精矿。中料分选过程中产出的中间未完成产品，需要返回原分选中处理或单独处理。尾料经过分选后残余的可弃去的物料，也称尾矿。品位给料或产品中有价成分的重量百分含量。给料的品位常以α表示；精料品位以β表示；尾料品位以表示。产率产品对给料计的重量百分数，通常以γ表示。对单一有用组分物料的精料产率，有（5-1）回收率精料中有价成分重量含量与给料中有价成分重量含量之比，总的回收率通常以ε表示。对单一有用组分物料，有（5-2）富集比精料品位对给料品位的比值。选别比选得一吨精料产品所需给料的吨数，以K表示。料浆质量分数wB（旧称重量浓度C，wB与体积分数φB的关系见式4-1）。物料与介质（通常为水）组成的料浆中，物料重量所占百分比。（5-3）式中：Q-物料量（kg），V-料浆体积（m3），δ、ρ-物料、介质密度（kg/m3）2.重力分选概述重力分选是利用不同物料颗粒间的密度差异进行分离的过程。重力分选需在介质中进行。所用的介质有水、重介质和空气。利用重选方法对物料进行分选的难易程度可简易地用待分离物料的密度差判定,即：（5-4）式中，E称为重选可选性判断准则。δ1、δ2和ρ分别为轻物料、重物料和介质的密度。通常按比值E可将物料重选的可选性划分为五个等级。计算举例。5.1.2重选过程的物理基础1.分选过程与分选区重选过程包括三个部分：（1）选别前物料的准备，即将待选物料碎磨至基本单体解离；（2）重选作业，即物料粒群的松散——沉降按密度分层或振动离析分层——运搬分离；（3）产品处理，包括浓缩脱水，过滤烘干，进一步精选分离。在重力分选过程中，常见的分选区有：（1）二维分选区：分选作用基本上是在平面上进行，颗粒在平面上做二维运动。只要分选平面的面积足够大，便可以保证不同颗粒运动路线足够清晰及有较大差异。（2）三维分选区：颗粒的分选过程在同颗粒粒度相比非常大的三维立体空间实现。2.分选介质介质既是传递能量的媒介，同时还担负着松散粒群和搬运输送产物的作用。介质在选别过程中处于运动状态，主要的运动形式有：等速的上升流动、垂直的非稳定流动，沿斜面的流动、回转运动等。常用的介质有水、重介质和空气。简要讲述重液介质。3.重力分选过程的作用力重选过程中作用于物料颗粒上的力主要有：重力、浮力、流体作用力、颗粒间的作用力，以及设备界面的作用力等。（1）重力Fg=mg=δVg式中Fg—颗粒所受重力（N），m—颗粒质量（kg），g—重力加速度（g=9.80m/s2）。（2）浮力Ff=ρVg式中Ff—颗粒所受浮力（N），ρ—介质密度（kg/m3），V—颗粒体积（m3）。（3）惯性力Fin=-ma2式中Fin—颗粒所受惯性力(N)，a—颗粒与介质之间相对运动加速度（m/s2），“-”号表示Fin方向与a的方向相反。（4）离心力Fc=mω2r=mu2t/r式中Fc—颗粒所受离心力（N），ω—颗粒运动的角速度（rad/s），r—颗粒运动的曲率半径（m），ut—回转半径上的线速度(m/s)。（5）介质阻力FR=ψρv2d2式中FR—介质阻力（N），ψ—与雷诺数有关的阻力系数，ρ—介质密度（kg/m3）v—颗粒与介质的相对运动速度（m/s），d—颗粒直径（m）。（6）粒间摩擦阻力Fm颗粒受周围颗粒群正面阻挡及侧面磨擦所产生阻力。（7）粒间剪切悬浮力p粒群中，颗粒受周围颗粒连续剪切作用时，在垂直于剪切方向存在的斥力。4.分选基本条件实现颗粒分选的首要条件是分选力耗散力，即：Fs/Fd1式中Fs—分选力矢量和，Fd—耗散力矢量和。实现分选的第二个条件是在被分选的物料的粒度范围（dmax—dmin）内，应保证最细的有用物料（粒度为dc,min）的分选速度应大于最粗的废弃尾料（粒度为dg,max）的分选速度。分选条件之三是，应保证颗粒在分选区的停留时间t2大于颗粒与脉石的最小分离时间t1。5.分选粒度范围对于以质量力（如重力）为主要分选力的分选方法，分选力Fs与颗粒粒度d的立方成正比，即：Fs∝d3。因此，随着粒度的减小，分选力的衰减极为剧烈。介质对颗粒的阻力（作用于微细粒级的粘滞阻力）与粒度d的一次方成正比，即：Fd∝d。随着粒度的减小，粘性阻力的衰减较为缓慢。因此，小于某一确定粒度，粘滞阻力将超越分选力而占上风。当Fs=Fd时，求出的粒度d即为重力分选粒度下限。5.1.3重选基本原理概述重选基本原理：（1）颗粒及颗粒群在介质中的沉降理论；（2）颗粒群在垂直流中按密度分层的理论；（3）颗粒群在斜面流中的分选理论；（4）颗粒群在回转流中的分选理论；5.1.4颗粒在介质中的沉降运动与等降比1.颗粒在介质中的浮沉与沉降颗粒所受重力为Fg=mg=δVg，所受浮力为Ff=ρVg。定义Go为颗粒在介质中的有效重力，go为颗粒在介质中的重力加速度：（5-6）Go=Fg-Ff=(δ-ρ)Vg=mgo（5-7）显然，若颗粒密度δ大于介质密度ρ，则Go＞0，颗粒将下沉。若颗粒密度δ小于介质密度ρ，则Go＜0，颗粒将上浮。若有两种密度分别为δ1和δ2的颗粒混合物，则可选取适当的重介质，其密度为ρ，使δ1＜ρ＜δ2。此时密度为δ1的颗粒将上浮，密度为δ2的颗粒将下沉。这就是重介质浮沉分选的基本原理。2.等降现象与等降比等降现象：密度、粒度和形状等不完全相同的颗粒以相同的沉降速度沉降的现象。等降颗粒：具有相同沉降速度的颗粒。等降比：具有相同沉降速度的等降颗粒，密度小的颗粒粒度与密度大的颗粒粒度之比，写成eo。（5-8）简要讲述等降比在重力选矿中的意义。3.自由沉降等降比设两个粒度分别为dv1和dv2（dv1dv2）的球形颗粒在相同介质中等速沉降，利用v01=vo2，得到在不同的雷诺数范围的等降比分别为Re1（5-9）Re=25~250（5-10）Re=103~105（5-11）已知δ2δ1故除非颗粒形状差别很大，总是eo1。随着雷诺数的减小，等降比亦减小，是造成微细颗粒难以分选的主要原因之一。对于较粗颗粒，式5-11与重选判据式5-4具有同一形式，可用于判断两种物料分选的难易性。举例：设方铅矿（密度7500kg/m3）和石英（密度2650kg/m3）的混合颗粒在水中沉降。对于细颗粒符合斯托克斯沉降公式，所以两种矿物颗粒的等降比由式5-9得eo=1.99，即细颗粒方铅矿与其粒度1.99倍的石英颗粒一起沉降。对服从牛顿—雷廷智沉降公式的粗颗粒，则由式5-11得eo=3.94。这说明粗粒级颗粒沉降速度受密度的影响比细粒级大。4.干涉沉降等降比干涉沉降等降比用eh表示，即（5-12）因是等降颗粒，故v01(1-φB1)=vo2(1-φB2)设n1=n2=n，则得（5-13）或（5-14）以上式中：φB－固体体积分数，即单位体积悬浮液内固体颗粒占有体积，旧称容积浓度λ；θ－松散度，即单位体积悬浮内液体所占有的体积，θ=1-φBn－为与颗粒性质(粒度、形状等)有关的参数，约在2.5～3.8间。两种颗粒在同一层间混杂，具有同样的介质间隙。重物料颗粒度小，松散度相对较大；而轻物料则相反，松散度相对较小，故总是θ2θ1。因而eheo（5-15）即干涉沉降等沉比始终大于