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嵩山重工讲解水泥球磨机等选矿设备中矿粒在厚层紊流斜面流申的泣动和分选

日期:2020-02-08 10:27 浏览:

  水泥球磨机等选矿设备中矿粒在厚层紊流斜面疏中的运动形式 厚水层袋斜面流用于处理粗?笫P泵嫠髅飨缘某饰闪髁鞫F浞盅〉奶氐闶抢们帷 重矿物的颗粒沿槽底的运动速度差分离。 矿石在和水流一起给到斜槽之后, 一面被水流推动 运动,一面在重力作用下向底部沉降。紊流的脉动速度影响颗粒的运动轨迹,但随着粒度的 增大,这种影响变小。粗矿?梢院芸斓爻两档讲鄣祝缓笱氐酌婀龆蚧 b 沉降速度接 近或略大于脉动速度的颗粒, 亦可透过漩涡间隙沉降到槽底, 而在漩涡上升时又被推动升起, 表现为不连续的跳跃运动。那些沉降速度比脉动速度小得多的颗粒,则随波逐流地运动,呈 连续的悬浮状态。 水流携带这些固体粒群运动,犹如在底面粗糙,并有多道障碍物的明渠中流动一样,沿程阻 力增大,坡降损失主要消耗在惯性阻力上。 粗大的矿物颗粒以接近自由沉降速度向底部降落, 同时又以等于所在位置的水速在空间向前 运动。 上式亦适用于粗颗粒在近似层流流动水流中的沉降, 如颗粒在浓缩机中的沉降运动。 不过在 紊流中脉动速度总是要对颗粒的运动产生影响。水流的瞬时速度既可使颗粒的沉降速度增 大,又可使之减小。所以即使是同一个颗粒也不会在多次的沉降中有相同的运行距离。该问 题可用统计学方法来袍决。 同一个颗粒在多次沉降中或同一个密度级和粒度级颗粒在同样条 件下沉降,总有一个***大的或然距离,此距离视为运行距离乙。由式(2-92)可见,颗粒的密 度和粒度愈大, vo 愈大,沉降过程中运行的距离愈短;随着密度和粒度的减小,运行距离增 长, 而且受脉动速度影响, 沉降的落点位置愈来愈模糊不清。 当脉动速度有足够大的影响时, 式(2-92)不再适用。当脉动速度超过了颗粒的沉降末速时,该颗粒不再沉降,仅在水流中保 持皂着悬滚浮状态,此时再延长斜槽长度也难以回收它们。 B 矿粒沿槽底的运动 虽然密度不同的颗粒在抵达槽底时,可有不同的运行距离,但大多数颗粒还是处 T 临芋, “ -态。分选是借助于它们沿槽运动速度的不同而达到分离的。这就是粗粒溜槽需要很大长度 的基本原因。 

        粒群在薄层斜面流中的分选 选别细粒和微细粒的矿浆流膜具有和粗粒斜槽中的矿浆流不相同的一些特性,表现在以下:: 几方面: (1) 随着颗粒粒度变细(例如‘ 〈0.2 nm),固体在水中分布的均匀性增大,矿浆成为细分散的 悬浮液,在外观上具有了总体的密度和黏度?蠼牧鞫允艿秸庵肿芴逍灾手洌 其中个别颗粒的运动也要受到这种总体性质的影响。 (2) 随着粒度减小,粒群的比表面积增大,固、液界面的物理化学特性开始起作月。例如, 为了缩小表面积, 颗粒间易发生团聚;高黏度的水化膜也会显示其作用, 使矿浆黏度增大, 颗粒表面的动电位甚至会影响到颗粒的沉降速度。 流膜选矿按分选方式的差别,可分成两种类型。一是流膜内颗粒呈多层分布,多者十余个颗 粒厚, 少者数个颗粒厚, 选别时必须先经过分层, 然后才能展开分带或按运动速度差排排出。 另一种是颗粒基本呈单层分布,与在厚层斜面流中的分选过●! 类似,主要借沿槽底的运动速 度差分离。 A 流膜的弱紊流流动 微细的矿粒群在紊动水流中借脉动速度推动悬浮,称作紊动扩散作用。此时,悬浮的固体粒 群反过来对脉动速度又起着抑制作用。其原因是,一部分紊动动能转变成了压力能,用以支 持粒群在水中的重量。另外,固体粒群对流动的干扰,使得底层的初始漩涡难以形成,因而整个矿浆流的紊流度随之减弱。拜格诺通过水槽试验观察到,当雷诺数尺玄达到 2000,紊 流扰动已充分发展时,加入固体颗粒使容积浓度达到 25%时,仍有明显的紊流扰读。当浓 度达到 30%时,紊动强度显著减弱;浓度增加到 35%时,紊动现象即全部消失。此后继续增 大浓度,将仍保持层流流态。该过程叫做粒群的消紊作用。 选矿的矿浆流膜浓度经常达到 10% ~30% (个别达到 50% ~60%),经过消紊作用,紊动度大 大减弱(至少在槽底是如此)。所以在流膜选矿中遇到的紊流流动几乎均是弱剩紊流。这是处 理 2(3)~0.075 nun 粒级的矿浆流***常见的流态。处理更细的粒级,则采用近似层流流态的流 膜。 弱紊流矿浆流的流动速度,在一般情况下要比清水水流的速度为小,但当固体含量不大时, 这种变化并不显著。 在紊流矿浆流中, 流体质点的动量传递作用与在清水中是一样的。 因此, 流速分布仍遵循对数分布规律, B 层流流态下粒群松散机理 在紊流矿浆厚层斜面流中,如前所述,粒群是储紊动漩涡所产生的法向分速度维持悬浮,即 紊动脉动速度是松散床层的基本作用因素。 在层流矿浆流膜中,由于流体是沿层流动的,没有法向的流体质点交换,因此固体颗粒不再 能够借紊动扩散作用维持悬浮。 英国学者拜格诺通过研究后认为, 悬浮体在作层流运动条件 下,悬浮液中的固体颗粒受到流层连续剪切时,垂直于剪切方向将产生一种分散压力(又称 为层间斥力),分散压力的大小随层间法恤速度梯度的增大而增加。当剪切速度足够大,达 到分散压力与粒群在介质中的重力相平衡时,颗粒即开始呈现为悬浮状态。 C 轻、重矿物在流膜中的分层 生产中采用弱紊流工作的斜面流主要是处理细粒级(2~0.075 nun)的设备, 如摇床、 扇形溜槽、 螺旋选矿机等。流膜的特点是:速度较大,厚度达数毫米至七数毫米;给矿浓度虽然不同,但 上下层的浓度差较大, 分层后的重矿物多数是继续沿槽运动, 在槽的末端或中间段用切割法 分离;回收粒度下限较高,常达 20 ~30 尸 m 或更粗些。而处理一 0.075 nun 的矿泥溜槽的流 膜则为。层流或近似层流流态,流膜中多数有沉积层,回收粒度下限可降至 10 尸 m 左右。 弱紊流矿浆流膜的结构, 根据前述水流膜结构及矿粒在其中分布的特性, 可将弱紊流矿浆流 膜分作三层来分析,如图 2-37 所示。***上面的一层固体浓度很低,紊动度不强,可算是表 流层, 中间层内小尺度漩涡较发达, 在紊动扩散作用下悬浮着大量轻矿物, 可称为悬移层; 在 此以下流态发生了变化,若在清水中即是层流边层,其实仍有微弱的扰动存在,在有固体颗 粒存在的条件下,只是近似地表现为沿层运动,叫它流变层。如果此时重产物是借沉积方式 排出,如在卧式离心选矿机中,则在其底部还有一个沉积层,这样的流膜就有了四层结构。 下面讨论各层次在分选中的作用: (1) 在表流层中,有着不大吻脉动速度 J 目果颗粒的沉降速度接近或低于该层的脉动速度, 则其将保持悬浮而难以进入底层。故该层的脉动速度就大致决定了粒度分选下限。理论 推导和生产实践表嘲,分选粒度下限随矿浆流速及流膜厚度的增大而增大。如果考虑到 设备条件,则又随斜槽倾角的增大而升高。 若给矿中含有较多细粒(小于 10~20 f m),则稀释层浓度增大、黏度增加、颗粒的沉降速度 降低,分选粒度下限随之升高。 (2) 在弱紊流中,悬移层借强度较大的脉动速度维持粒群悬浮,其结果与在上升流中悬浮不 均匀粒群的情况类似。在给矿浓度不很大时,明显地存在着上稀下浓现象。粗颗粒和密 度大的颗粒较多地分布在下层。除了小尺度高强度的漩涡外,大尺度的回流还不时地将 重吟物转送到底层, 同时将底层轻矿物提升到本层来(在此层, 因浓度很高静压强虽已起 作用),进行初与步的按密度分层。只要底部流变层对重矿物有足够的容纳能力,则流膜 在运行一段距离后,悬移层中将只会有轻矿物,并在悬浮状态下被排送到槽外。
  弱紊流中的流变层没有紊动扩散作用,颗粒借剪切运动中产生的层间斥力维持松散,于 是,在紊流中的颗粒沉降与紊动扩散的动力性质的矛盾变成了近似于静力性质的矛盾。 在流变层中,水和固体颗粒相结合,形成为一个疏松的整体。在这里,可引用按局部悬 浮体密度差分层的概念。拜格诺的层间斥力具有平均作用力的性质,粒群在此项力的作 用下维持松散,但各局部区域悬浮体密度不同,将造成内部静压强不平衡。于是,在稍 有松散的条件下,将发生相对转移,其结果即造成了轻、重矿物分层。 可见,底部流变层是按密度分层的***有效区域。这样的轩岸条件在理论上与颗粒粒度无关。 但在分层转移过程中,细小的轻矿物颗粒却很容易夹杂在重矿物的间隙中,不易分离出来; 而重矿物的***粗颗粒又难以克服机械阻力向下转移。 这就是重矿物中常含有细粒轻矿物, 而 粗粒重矿物又混杂在轻矿物中的原因。因此,适当地限制缴矿粒度范围是很必要的。 (4) 重力溜槽的沉积层形成了一种类似塑性体的高浓度黏性流层,在其上部矿浆流带动下, 稍有流动性。轻、重矿物还会发生交换转移,只是它的作用已很微弱。塑性体的黏度很 高,它的厚度稍大即会引起滚团和局部堆积,破坏原有的分层。所以沉积层的厚度不允 许太厚。 。 (5) 在弱紊流中选别细?笫 当颗粒层较厚时, 分层之后常见到如图 2-38 所示的排列形式。 细的重矿物颗粒排在***底层,其上为粗颗粒重矿物和少量细颗粒轻矿物,再上面分布的 是细颗粒轻矿物,***上面是粗颗粒轻矿物(悬浮颗粒除外)。这样的分层过程被称作析离 分层。它的力学性质可作如下解释:在给矿粒度达到 2~3 mm 或稍细的时候(如类似摇床 给矿),颗粒已具有足够的沉降重力。在弱紊流的悬移层中部以下丿卩处于紧密挨近时, 颗粒的向下重力与床层的机械阻力成为一对矛盾。密度大的颗粮在***初床层里混杂状态 时,具有较大的局部压强,因而能够较早地进入到轻产物下面。与此同时,同样密度的 细颗粒在向下运动时遇到的阻力较小,透过粗颗粒间隙分布到同一密度层的下部。这就 形成了析离分层。 析离分层, 就粒度分布而言, 恰好与上升水流中物料的分布情况相反。 可以看出,条件不同造成分层结果也不同。礻离分层不能在紊动扩散作用下获得,而紊 动扩散则只能给出类似干涉沉降的分层结果。 但在弱紊流的流膜内, 由于各层的:的流体 力学特性不同,两种分层结果却可兼而有之。 综合上述可见, 薄层斜面流的分选机理与厚层斜面流是大不相同的。 含有多颗粒层的薄层斜 面流,首先在底部流变层内发生分层,然肘能借速度差分离。为了保证分层正常进行演坑变 层内应有适当的速度梯度。 为使层间斥力足以使床层松散, 流变层的厚度还应与给矿中的重 矿物含量相适应。 在给矿的组成性质一定时, 分层速度将随流变层内速度梯度的增大而增大, 重产物金属回收率则随该层厚度的增加而增加, 而精丨矿品位的变化则相反。 选别作业的操 作条件, 包括给矿体积、 给矿浓度、 槽底倾角及槽面振动强度等, 基本上为上述因素所制约。 增大给矿浓度,在矿浆体积容量不变时,将使流变层增厚,沉积的固体量增加,结果重产物 回收率增加,其品位降低。若其他条件不变,只增大给矿体积,使流速增大,紊动性增强, 重产物损失增加,质量有所提高。增大斜槽坡度或加强振动,亦可仗层间剪切力加大,有利 于床层松散,加速分层。由于以上这些因素错综复杂地交织在一起,使得无法用计算方法得 到准确结果,而经常采用试验方法解决。 对于层流或近似层流流态的流膜,则可大体分为稀释表流层、流变层和沉积层三个层次,各 层特点与弱紊流流膜的区别如下: (1) 表流层:在近似层流的流膜中,表面常出现相间排列的横条波纹(鱼鳞纹),这种表面波所 能引起的脉动速度很小,其所能悬浮的颗粒也更细,故在近似层流的流膜中,表面仍有 一个表流层,其中的脉动速度强弱决定了颗粒的回收粒度下限。 (2) 流变层:在表流层以下至沉积层之间的厚度均属于流变层, 该层浓度比上层明显增大, 粒 群借剪切运动产生的分散压力松散宀形成一个疏松的悬浮体。不同密度颗粒的分层作用与弱紊流中流变层的情况相似。只是因为迸里的流变层上

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