《矿物加工学》第3章煤泥水处.ppt

第3章 煤泥水处理 3.1 粗颗粒煤泥水的处理 3.2 细颗粒煤泥水的处理 3.3 极细颗粒煤泥水的处理 3.4 洗水闭路循环,一、煤泥水处理的目的、意义和任务,1.多回收利用资源,2.满足不同作业对粒度的要求,3.满足不同作业对浓度的要求,4.提高循环水质，满足环保要求。,二、煤泥水处理的主要特点,（1）流量大。（2）性质复杂。这就使煤泥水处理的工艺环节、设备和管理具有相当的复杂性。（3）集中了原煤中最细、最难处理的微细颗粒,三、煤泥水处理的内容,1.煤泥的分选、回收、脱水作业 2.煤泥水的分级作业 3.煤泥水的浓缩作业 4.循环水的澄清作业,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,粗颗粒煤泥水：经主选作业产生的煤泥水，粒度组成极为复杂，但是粗颗粒含量最大，这部分煤泥水称为粗颗粒煤泥水。粗颗粒煤泥水处理一般是进行分级，由于湿法选煤大都用水作介质，所以分级有时又叫水力分级。水力分级：它是根据颗粒在水介质中的沉降速度不同，将宽级别粒群分成两个或多个粒度相近的窄级别的过程。分级作业和筛分作业性质相同，均是将粒度范围宽的粒度群分成粒度范围窄的产物。但是筛分是比较严格地按几何尺寸分开，而分级则是按沉降速度差分开。,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,3.1.1 分级的实质 分级是在水介质中进行的，颗粒在水介质中的自由沉降速度可按斯托克斯公式求得：颗粒在煤泥水中的沉降为干扰沉降，其沉降速度可按利亚申柯公式计算：,（3-1）,（3-2）,上式中 v0S 颗粒在水中的自由沉降速度，cm/s；vg 颗粒在煤泥水中的干扰沉降速度，cm/s；常温下水的粘度，=0.01 P；颗粒的密度，g/cm3；d 颗粒的粒度，cm；颗粒的球形系数，一般取=0.3；水的密度，=1 g/cm3；n 实验指数，一般取n=56；煤泥水的固体容积浓度，=1/（R+1）；g 重力加速度，一般取 g=981cm/s2；R 煤泥水的液固比。,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,把上述已知数值（v0S）代入式（3-2）中，可得:从上式可以看出，vg 取决于颗粒的粒度、颗粒的密度以及悬浮液的浓度。其中vg d 2，即颗粒的粒度对vg影响最大，而vg又决定分级，就可以说对分级起主要作用的是颗粒的粒度，或者可以说粒度决定分级。vg又受颗粒的密度和悬浮液浓度的影响，实际中应尽量克服两者的干扰。,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,（3-3）,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,3.1.2 分级原理 分级设备中的沉降分离过程，一般可引用海伦模型。该模型假定：悬浮液的颗粒和流动速度在整个水池断面上是均匀分布的，并保持不变。悬浮液在分级设备中的流动是理想的缓慢流动，颗粒只要一离开流动层，即认为已经成为沉物。又称浅池原理。,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,实际生产中，若分级设备的长度为 L、宽度为 B、进入设备的悬浮液量为W。如果分级设备有足够的深度，悬浮液溢流从另一端排出时，其上部有一流动层，厚度设为 h，在流动层下部的悬浮液可认为是静止的。,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,按照海伦模型，颗粒从给料端运动到溢流端以前，不管在何处由于轨迹的偏移离开了流动层，那么该颗粒在流动层下部将继续下沉，最终作为沉物排出。反之，颗粒从给料端运动到溢流端，仍处于流动层中，则该颗粒将从溢流排出，成为溢流产品，见图5-3-1。,按上面的分析有以下关系，悬浮液在设备中的水平流速 u 为：颗粒从给料端运动到溢流端所需时间 t1 为：式中 S 分级设备面积（S=BL）。,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,（3-4）,（3-5）,任一粒度为 d 的颗粒，其下沉速度为 v，通过流动层所需时间 t2 为：如果，t1 t2，该颗粒成为沉物；当 t1 t2，该颗粒成为溢流产品。如果t1=t2，该颗粒成为沉物和成为溢流产品的机会均等，该颗粒的大小被称为分级粒度。,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,（3-6）,当 t1=t2时，可得下式：该式为悬浮液流量、设备面积和分级粒度下沉速度之间的关系。对固定的设备，不同的处理量可求出不同的 v 值，即有不同的分级粒度。当要求分级粒度一定时，所需要的分级面积 S 与悬浮液流量 W 成正比。当悬浮液的流量一定时，所需的分级面积 S 与分级颗粒的下沉速度v 成反比，即与分级粒度成反比。要求的分级粒度越细，所需要的分级设备面积则越大。因此，可以通过控制分级设备的面积来控制分级粒度。,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,（3-7）,通常以每平方米沉淀面积、每小时所处理的矿浆量的立方米数表示分级沉淀设备的能力，称为分级沉淀设备的单位负荷，用表示。所以有：W=v=该式说明分级粒度的下沉速度与分级设备的单位负荷在数值上是相等的。分级设备面积的选取，在设计中常用沉淀设备的单位面积负荷来计算。该方法为经验数据法。S=KW/式中 K 不均衡系数（悬浮液系统通常取1.25）。,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,（3-8）,（3-9）,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,3.1.3 常用的分级设备,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,3.1.3 常用的分级设备 1.重力场中的分级设备（1）角锥沉淀池 角锥沉淀池由若干个并列的底部为角锥形的钢筋混凝土容器组成，各分级室之间及其内部无隔板，角锥底部的倾角为6570角锥池一端入料，另一端为溢流端，沉物沉到锥底，锥底装有闸门以便排卸沉淀物料。,角锥沉淀池,有隔板,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,悬浮液的入料方式有并联和串联两种：当以串联方式给料时，入料端底流排放物粒度组成较粗；当以并联方式给料时，底流物的质量没有差别。若要获得不同的粒度的产品时，可选择串联给料方式。但当给料量一定时，采用串联给料方式，液流在角锥池中的流速较大，这对分级不利，所以选煤厂实际生产中多用并联给料。,角锥沉淀池对入料的浓度与粒度有一定的限制，较理想的入料浓度是100150g/L，入料粒度一般为01mm。角锥池的溢流自动排出，底流由阀门靠人工控制排放。为防止底流排放管堵塞，需在管路的侧壁接清水管或压缩空气管。由于人工控制底流排放阀门，所以分级粒度难以掌握。这是角锥分级设备的一大缺限。,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,（2）斗子捞坑 捞坑通常为方锥形或圆锥形钢筋混凝土结构，锥壁倾角为6070，由单侧或中心给料，从周边或旁侧流出溢流。广泛采用的是中心给料周边溢流的方式。锥形容器中安装有一台斗子提升机，用它来排放沉物。排出沉物同时还有脱水作用。沉物进入斗子的方式有三种：喂入式、挖掘式、半喂入式三种。斗子捞坑的入料粒度范围宽，一般为050mm，有时为了提高分级精度，应尽量缩小捞坑入料的粒度范围，实际的入料粒度以013mm多见。捞坑的分级粒度一般为0.20.5mm。,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,斗子捞坑中颗粒的沉淀条件与角锥沉淀池不同，一是矿物在斗子捞坑中将随同较粗精煤颗粒一起沉降，这对较细颗粒的沉降有利；二是沉淀物及时用斗子提升机从捞坑中排出，不受人为因素影响。故此，其沉淀与排料条件都比角锥沉淀池理想。这也正是它分级效率比角锥沉淀池分级效率高的原因。为保证捞坑的分级效果，入料处应设缓冲套筒以减小入料速度对分级设备流动层的影响。锥壁若不光滑，容易“挂腊”，导致捞坑不能正常工作。,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,（3）倾斜板分级设备 倾斜板装置的作用原理 倾斜板的安装可以缩短颗粒的沉降距离，减少沉降时间，增大分级设备的沉淀面积，使沉淀好的物料顺利排出。倾斜板的安装角度=5060，越小越有利于增大沉淀面积，但不利于沉积矿物的排出。在实际中多采用60。倾斜板的层数增多，也有利于增加沉淀面积。过小板间距会使水流的流动对沉物的沉淀和排放产生干扰。倾斜板的材料必须是质轻、平整光滑且耐磨耐腐的，最好采用质轻的乙烯树脂板，也可采用塑料板、不锈钢板或铁板。,倾斜板的入料形式 a、上向流悬浮液由下部给入，溢流由上部排出，沉物由下部排出。特点：液流运动方向与沉物运动方向相反，故液流对已经沉积在板表面上的物料有干扰作用，粗颗粒先沉到板的下部，细颗粒沉在板的上部，细颗粒沉淀物容易被上升流带走。另外上升流还会对沉淀物的滑落有阻滞作用。但是，上向流的有效沉淀面积最大。b、下向流悬浮液从上部给入，沉物由下部排出，溢流亦由下部流出。特点：入料及沉物运动方向相同，对沉淀有利，细颗粒沉在板的下部，粗颗粒沉在板的上部，对沉物排放有利，但是将沉物和溢流很好的分开却比较难。c、横向流其入料是一侧给入，沉物由下部排出，另一侧出溢流。特点：液流方向与沉淀物排出方向有一定的夹角，液流对沉淀物的干扰作用较小，产物的排除也容易实现。,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,上向流倾斜板设备的工作原理 图5-3-2所示为上向流倾斜板装置的几何尺寸和沉淀过程各参数的关系。,从下部给入的悬浮液，沿着与水平成角的一组平行倾斜的空间，以平均速度u向上方运动，当悬浮液量是W时，其流速u为：u=W/Blsin 煤粒下沉到板上面以后就不再受水流运动的影响，只能沿倾斜板下滑。煤粒在倾斜板空间的下沉速度v，可分成垂直于倾斜板和平行于倾斜板两个方向的分速度vcos和vsin。,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,（3-10）,当颗粒通过两块倾斜板之间的垂直距离cb所需时间等于物料从倾斜板一端到另一端的距离ac所需的时间时，这个颗粒有50%的机会落在b点上，也有50%的机会成为溢流产品，该颗粒的大小即为分级粒度。分级粒度颗粒的实际运动途径为ab曲线。,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,按上述条件，分级粒度的颗粒通过两块板之间的垂直距离所需时间与从倾斜板一端到另一端所需时间有如下关系：（E+lcos）/（u-vsin）=lsin/vcos 把式（3-10）代入整理得：v=W/（Bl+BEcos）（3-11）对于长为B、宽为l 的地方，其本身具有的沉淀面积为Bl，加板后增加的面积为板的面积在水平方向上的投影，即BEcos。若加板前原有的面积用A表示，加倾斜板后增加的面积用Ae表示，那么对于长为L的空间，所增加的倾斜板的板间距为l，加倾斜板的个数为n=L/l，则式（3-11）可写成：v=W/（BL+nBEcos）=W/（A+Ae）（3-12）,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,为了充分利用倾斜板沉淀设备中的倾斜板面积和原有设备的沉淀面积，在实际工作中，倾斜板上面应该有一定高度的自由水面，才能保证分级粒度的颗粒恰好落到b上。同理可推导出下向流和横向流的公式。下向流：v=W/（Ae-A）（3-13）横向流：v=W/Ae（3-14),3.1 粗颗粒煤泥水的处理,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,倾斜板沉淀槽 倾斜板沉淀槽是以倾斜板为主要工作部件的悬浮液分级设备。图5-3-7为上向流倾斜板沉淀槽简图。槽体是一个斜方体的容器，下部接两个作收集和排放沉淀物用的倒锥体。在斜方体容器内排列着斜置的倾斜板。每块板的下部都有L形的入料隔板。悬浮液通过入料槽和各开口分配到各倾斜板之间。由于L形入料隔板的作用，进到每个隔间的悬浮液转为上升流，并使入料不致干扰顺板下滑的沉淀矿物。槽体的上部有溢流汇集管，溢流由此排出。,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,大量实践表明，沉淀槽的溢流排放不合理。沉淀槽使得溢流管处的液流速度急剧增高，对分级不利；而沉淀槽两端由于受锥形罩的阻力，溢流运动速度很低，大量矿物淤积在溢流箱两端，堵塞了板与板之间的溢流水的通道，使板的利用率下降。改进后的倾斜板沉淀槽将封闭式的溢流箱改为敞开式，消除了阻力，防止沉淀槽两端矿物淤积，使溢流的流速正常，提高了分级效率。,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,圆锥形倾斜板沉淀池,倾斜板装置的设计 一般倾斜板板长1.2-1.5m，板宽，倾角60，板间垂直距大于80mm。倾斜板布置方式需根据沉降设备确定。通过设置倾斜板，沉淀设备的沉淀面积可以增大2-3倍，相应地，其处理能力也增大2-3倍。倾斜板设计按以下步骤进行：1)确定矿浆流动方式；2)确定需要的分级粒度；3)计算达到分级粒度要求所需的总沉淀面积；4)计算所需倾斜板的面积和相应的安放角度；5)决定每块倾斜板的长宽及放置距离。倾斜板可以放置在所有重力沉降设备中，如倾斜板沉淀槽、浓缩机等。,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,在自由沉降的条件下，设密度分别为1、2，直径分别为 d1、d2的两个颗粒，其沉降速度可由式（3-1）计算。当两个颗粒的沉降速度相等时，下式成立：即：则其等沉比为：（3-15）,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,由式(3-15)可知，如果有 1=1.4、2=1.8的两个矿物颗粒，在自由沉降速度相等时，其等沉比约为1.5。由此可见，在重力场的分级设备中，即使矿物处于自由沉降的情况下，如保证使 1=1.4、d1 0.5mm的低灰矿物颗粒能成为沉物，则 2=1.8、d2 0.34mm的高灰矿物颗粒也将成为沉物。这些未经分选的细颗粒高灰矿物将污染己分选的低灰粗颗粒矿物，使分级效果恶化。所以，颗粒的密度对分级的影响是很明显的，这也是重力场中水力分级设备分级效率不高的原因。,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,2.离心力场中的分级设备(1)电磁振动旋流筛 电磁振动旋流筛构造 构造如图5-3-4所示。该筛的外壳由钢板焊制而成，上、下壳体用螺栓连接。其主要工作部件是导向筛和锥形筛。导向筛固定不动，筛面向外倾斜15，由三块或四块筛板组成，可根据磨损情况及时进行更换。,图5-3-4,锥形筛支撑在外壳下部四个支柱橡胶弹簧上，圆形防水电磁振动器与锥形筛下部底盘用螺栓固定，振动时使锥形筛面沿垂直方向上下振动。锥形筛的外形是倒圆台形，筛面与竖向成45角，筛条上部是竖向布置，下部呈圆环状水平排列，且筛缝比上部宽50%。这主要是由于物料运动到下部时已经脱出了一部分水而使物料的浓度增高，阻力加大，因此横向布置筛条有利于物料的运输。另外，浓度增大后，其运动速度变小，透筛机率降低，为保证同一分级粒度而加大了筛缝的宽度。,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,工作过程 旋流筛工作时，将固液混合物料用定压箱或泵导入旋流筛喷嘴，物料经喷嘴沿切线方向进入导向筛。在离心力、摩擦力和物料重力的联合作用下，混合物料由直线运动转变为沿筛壁呈螺旋下降的旋流运动。大颗粒物料因重量大，受离心力也大，所以贴着导向筛和锥形筛网旋转形成外物料层，而含有细颗粒的液流形成内层，外层和内层均分别作螺旋式向下流动。,在沿筛网的纵向旋流运动中，外层大颗粒物料受的摩擦阻力大，因而旋流速度低（切向运动速度小），向下螺旋坡度大（即纵向运动速度大）；而内层含液体较多，物料颗粒小，密度小，受的阻力小，因而旋流速度高（即切向运动速度大），向下螺旋坡度小（即纵向运动速度小）。因此，由于切向运动速度和纵向运动速度各自大小的不同，造成合成运动的明显差异，从而使内层液体与外层物料错开。含有小颗粒固体（或高灰细泥）的内层液体透过粗粒固体间隙和筛缝排出，外层的大颗粒筛上物经锥形筛底部排出。,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,主要应用及要求 电磁振动旋流筛主要应用于选煤厂粗矿物的预先脱水、脱泥、分级等粗矿物回收作业。允许的入料粒度013mm。在用于水力分级作业时，它可代替斗子捞坑。主要缺点 旋流筛主要缺点是筛网（特别是导向筛网）使用寿命较短。可以通过调整入料方向使混合物料在导向筛网内作左旋或右旋运动，以增加筛网的使用寿命。,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,(2)煤泥离心筛分器 煤泥离心筛分器是中国科学院唐山分院新研制的一种高效矿物筛分设备。该设备以离心力作为筛分动力源。其构造由圆筒形筛篮、切向入料管、筛上物收集漏斗和筛下水收集室组成。工作过程：入料由切线方向给入筛篮内，由于离心力的作用，悬浮液沿筛篮内表面向下作螺旋运动并使煤粒进行筛分。细粒物料和大部分水透过筛篮缝隙由筛下水收集室收集后排出；粗粒物料则运动至筛篮下端的收集漏斗，其中所夹带的部分细粒物料随上升的内旋流返回筛篮再次进行筛分，而最终的粗粒物料则由收集漏斗的排出口排出。,优点：结构简单，无运动部件，占地面积小，操作容易等优点；还有以下优点：采用封闭式结构，入料压力可较高，因而可增大离心力场，提高单位面积筛篮的处理能力和筛分效率。由于自身离心力场较大，允许采用较小的筛缝，能实现降低分级粒度的目的。它完全按粒度筛分，其筛上物中含高灰细泥少，而筛下水中不含低灰粗矿物。筛上物浓度和筛分效率可凭借改变筛上物收集漏斗排出口的口径大小进行调节。筛篮安装方便，筛缝调节容易。,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,(3)旋液分离器 旋液分离器是利用旋转液体产生的离心力将其中所含液体颗粒物或另一种不相溶液体分离出来的装置，通常称为水力旋流器。广泛应用于：化工、冶金、石油加工、动力发电、废水处理、造纸等部门。,优点 旋液分离器有许多功能，可根据应用需要在不同的场合下使用。结构十分简单，内部没有任何需要维修的运动部件、易损件和支承件，也无需滤料等。占地面积小，安装方便，运行费用低。使用方便、灵活。它可以单台使用，也可以并联使用以加大处理量，又可以串联使用以增加处理的深度。处理工艺比较简单，运行参数确定后可长期稳定运行，管理方便，社会效益和经济效益明显。,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,缺点 虽然各种旋液分离器的结构相似，分离原理相同，但其应用都须根据处理介质的性质、进料浓度、流量等的不同而专门设计并确定其操作条件。同其它许多分离装置一样，旋液分离器属不完全分离。旋液分离器依靠液体在其内部高速旋转所产生的涡流的作用而使介质分离，因而在分离过程中会造成絮凝体或聚结团块的破裂，或者使液滴破碎为更小的液滴而加大了分离的难度。在固液旋液分离器中，固体颗粒在其内部高速旋转运动时可能会严重损伤旋液分离器体的内表面，从而影响分离效果和使用寿命。,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,3.1.4 常用粗煤泥回收流程 粗煤泥回收是选煤厂的重要组成部分，其任务是：分选后的产物进行脱水；回收质量合格的精煤，使之不进入煤泥水中；排除没有得到分选的细粒物料，使其进入后续作业再处理。,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,1.脱水筛斗子捞坑粗煤泥回收流程 流程见图5-3-11。(1)特点：管理方便，使用可靠，经验丰富，应用较广；能很好地保证浮选的入料上限，但局部有循环量。(2)适用范围：适用于主选设备分选下限较低时，若分选下限高将污染精煤质量；不适用于细粒煤泥含量大的情况。,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,2.双层脱水筛角锥池粗煤泥回收流程 流程见图5-3-12。(1)流程特点：进入角锥池的物料量较少，对分级有利；高灰细泥对精煤的污染较小；能很好的保证浮选上料上限。(2)适用范围：适用于细泥含量大，且灰分较高的情况。,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,3.斗子捞坑双层脱水筛粗煤泥回收流程 流程见图5-3-13。(1)特点：主选设备的轻产物全部进入捞坑，流程简单，设备少；捞坑入料量大，分级精度低，对精煤有一定污染；双层筛的脱泥效率低，污染精煤。(2)适用范围：适用于轻产物含量少，煤泥含量低，且灰分不高的情况。,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,4.脱水筛电磁振动旋流筛粗煤泥回收流程 流程见图5-3-14。(1)特点：旋流筛占地面积小，处理量大，分级准确；旋流筛分级同时还有脱水降灰的作用。(2)适用范围：适用于处理量不大的中小型选煤厂。,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,5.离心筛分器高频筛粗煤泥回收流程 流程见图5-3-15。(1)特点：流程简单，设备少；本身体积小，处理量大，分级准确；能减少高灰细泥对精煤的污染；能有效地防止粗颗粒物料进入下一道工序。(2)适用范围：适用于处理量不大的中小型选煤厂。,3.1 粗颗粒煤泥水的处理,6.脱水筛捞坑旋流器粗煤泥回收流程 流程见图5-3-16。(1)特点：系统中循环煤泥量极少，能防止细泥积聚；能有效的防止粗颗粒物料进入下一道工序。(2)适用范围：可用于离心机筛缝较宽、浮选入料上限要求较严的选煤厂。,-,所谓细颗粒悬浮液，就是那些在水力分级设备中产生的溢流。这部分煤泥水处理的原则流程有三种形式：浓缩浮选流程、直接浮选流程和半直接浮选流程。这里主要介绍与煤泥水处理有关的各原则流程特点及其相关的沉降、浓缩原理及设备。,3.2 细颗粒煤泥水的处理,3.2.1 浓缩浮选流程 1.沉降试验及沉降曲线(1)沉降试验 将一定浓度的悬浮液装在量筒中，经过均匀搅拌并静止进行观察。在沉降开始时，整个悬浮液浓度均匀，如图5-3-17中1所示。沉降开始后，悬浮液中的固体颗粒以其沉降末速进行沉降，颗粒越大沉降速度越快，并逐渐堆积在容器的底部。,3.2 细颗粒煤泥水的处理,3.2 细颗粒煤泥水的处理,图5-3-17 量筒沉降过程A澄清区；B沉降区；C过渡区；D压缩区,因此，底部沉降固体密度增大，如量筒2中的D区，称为压缩区；同时量筒的上部出现澄清区A。澄清区的下部是沉降区，称为B区。该区的浓度和开始沉降时的悬浮液浓度相同。沉降区和压缩区之间没有明显的界线，中间存在一个过渡区C。随着沉降时间的增长，A区和D区均逐渐增加，B区则逐渐减小直到消失。B区消失后，C区也随之消失，只剩下澄清区A和压缩区D，如量筒5示。再过一段时间，由于煤泥的重力挤压作用，其高度还要减小，澄清区扩大。B区消失时的点称为临界点。,3.2 细颗粒煤泥水的处理,各区沉降规律：悬浮沉降区 絮团以整体状态下降，水是以絮团之间上流至澄清区；整个区内浓度相等，沉降速度恒定，固体重量相等，线性沉降。过渡区 浓度逐渐增加，沉降速度不断降低，固体通量在悬浮沉降区的基础上，开始增加，达最大值时逐渐减小。科-克莱文认为：沉降速度降低是由于向下流动受到限制与高浓度区域向上扩展的结果。凯西则利用单元试验去具体计算过滤区内不同浓度条件下的沉降速度(凯西第三定律)。压缩区 压缩区比较复杂，但普遍认为：压缩时孔隙水的排出速度，正比于固体颗粒中水的含量。单元试验压缩段矿浆的压实程度，是矿浆在压缩区中停留时间的函数。,3.2 细颗粒煤泥水的处理,（2）沉降曲线 根据沉降试验，每隔一定时间要记录澄清层的高度。以沉降时间为横坐标、澄清区的高度为纵坐标，做出沉降时间与澄清高度的关系曲线，称为沉降曲线。,3.2 细颗粒煤泥水的处理,(2)沉降曲线 沉降曲线一般由三段组成。第一段和第三段为直线，而中间段为曲线。第一段如图中的AB段，表明悬浮液在沉降区是等速沉降，直线的斜率越大沉降速度越快；第二段，曲线的斜率减小，并且是渐变的过程，曲线呈弯曲状，如BC段，主要是因为悬浮液浓度渐增加而沉降速度减小。第三段CD为斜率很小的直线，已属沉淀物被压缩的阶段，压缩区的高浓度浆体在上面的压力作用下，逐渐把存在于颗粒间部分水向上挤压出去，压缩区的体积逐渐缩小，直到过程终止。,3.2 细颗粒煤泥水的处理,AB和CD段延长线夹角的分角线与曲线的交点P称为临界点。在达到临界点之前，即沉降时间小于t1时，沉降区存在，接近t1时沉降区迅速消失，沉降速度减慢沉降时间大于t1时，即达临界点以后，澄清区与压缩区相连。沉降区消失的瞬时，压缩区致密程度稍差、空隙较多，所以开始时的压缩区沉降速度变化较快，曲线呈弯曲状。线段CD斜率代表悬浮液在压缩区的沉降速度。,3.2 细颗粒煤泥水的处理,(3)沉积曲线 以沉降时间为横坐标、沉积层高度为纵坐标，做出的关系曲线称为沉积曲线。将沉降曲线与沉积曲线画在一张图上，即为沉降沉积曲线。,3.2 细颗粒煤泥水的处理,2、浓缩原理（1）浓缩过程 浓缩作业是在浓缩机中实现的。悬浮液在浓缩机中可分为五个区，即：A区为澄清区；B区为自由沉降区；C区为过渡区；D区为压缩区；E区为浓缩物区。在这五个区中，B、C、D反映浓缩的过程，A、E反映的是浓缩的结果，即产物区。,3.2 细颗粒煤泥水的处理,（2）科克莱文杰静态沉降模型 该模型的中心论点：自由沉降区的浓度通常等于进入浓缩机的悬浮液的初始浓度；在自由沉降区内颗粒呈群体以相同的速度沉降，称为区域沉降，以区别于两向流中固体颗粒的自由沉降；区域沉降的特点是，在该区每一个截面均以同一速度下降，同一层的颗粒也以同一速度下降，而且各层均相同；悬浮液在自由沉降区的这种沉降速度只是该区浓度C的函数，而与颗粒大小、密度无关。即：v=f（C）,3.2 细颗粒煤泥水的处理,固体流量，是指单位面积上通过的固体速率，即单位时间通过的固体物的量。对于任一水平面上固体向下流动的流量，科克莱文杰导出了如下的公式：式中：Q 任一水平面上颗粒向下流动的固体流量；C 该水平层固体颗粒的浓度；v 对应浓度的固体颗粒的沉降速度；Cu 浓缩机底流中固体颗粒的浓度。,3.2 细颗粒煤泥水的处理,由上式可见，固体颗粒向下流动的量，除与通过水平层的固体浓度有关外，还与底流的排放浓度有关。对于浓度较低的自由沉降区，底流排放浓度的影响可以忽略不计，则上式可写成：Q=v C,3.2 细颗粒煤泥水的处理,（3）凯奇第三定理 由上面的假定可知，在沉降区各层悬浮液均相等，其沉降速度也相等，因此通过沉降区各层的流量Q为定值。当然，在实际中也有稍许波动。在过渡区，各层浓度自上而下逐渐增加，按照前述原则各层的沉降速度必然逐渐减小，可以想象必会存在一个最小流量Qmin，该Qmin即限制了浓缩机的处理能力，或者说浓缩机的处理能力不能超过Qmin，或其最大处理量为Qmin。速度限制层：把具有最小单位面积处理能力的浓度层称为速度限制层。,3.2 细颗粒煤泥水的处理,在沉降曲线上，第一直线段代表沉降区和澄清区界面的下降沉降速度，实际上就是理论上的沉降区的沉降曲线，其特征等浓度、等速度、等通量，据此，图中的HAO区就是等浓度区；沉降曲线上的第二曲线段的斜率渐减，一方面表示悬浮液沉降速度渐减，同时也表示其浓度渐增。显然，沉降曲线上每一点的斜率就是该时刻悬浮液的沉降速度，即=dH/dt,3.2 细颗粒煤泥水的处理,图5-3-21 悬浮液沉降曲线及特征浓度线,特征浓度：在悬浮液沉降过程中，必然发生浓度分层，下层高浓度浆体必会向上层低浓度层扩散，其扩散速度为浓度的函数，每个浓度均有其相应的扩散速度。凯奇把这种浓度称为特征浓度。特征浓度线：把特征浓度向上扩散的轨迹即随时间的变化线称为特征浓度线。因为每个浓度均有其相应的扩散速度，所以每一条特征浓度线都是直线。,3.2 细颗粒煤泥水的处理,特征浓度方程：因为扩散现象实际上自悬浮液开始沉降便己出现，所以凯奇认为每条特征浓度线均发自沉降曲线的原点即H=0处，所以说特征浓度方程为：H=ut。u为扩散速度。此式表明：在此直线上的每一点的悬浮液浓度均相等。,3.2 细颗粒煤泥水的处理,在沉降过程中，速度限制层首先在底部形成，再逐渐向上推移，因此速度限制层是向上扩散的。所以悬浮液在沉降过程中存在着一个向上的流速和一个向下的沉速，其相对速度为两者的代数和。,3.2 细颗粒煤泥水的处理,假设量筒的横截面积为A，悬浮液的高度为、浓度为，则筒中固体总量为。在沉降中速度限制层逐渐向上扩散，假设它一直扩散到沉降层界面，所需的时间为t，此时通过该层的固体量应为。而此量应该等于此量筒中的全部固体量。即：,由图5-3-22得：则可得：该式称为凯奇第三定理。,3.2 细颗粒煤泥水的处理,（1）,（2）,此式表明：在量筒的任一Hz处的浓度Cx可由该式计算；浓度为Cx的悬浮液的沉降速度，可由式（1）计算。所以，只用一个单位沉降就可以得到任一时刻的浓度和沉降速度。,3.2 细颗粒煤泥水的处理,图5-3-22 悬浮液沉降曲线解析,以上计算只能知道浓缩机的内部情况，下面介绍应用沉降沉积曲线法计算浓缩机底流浓度和比浓缩面积的公式和工作步骤。,公式：计算底流浓度,计算比浓缩面积,3.2 细颗粒煤泥水的处理,工作步骤：配制与设计的浓缩机给料浓度相同的悬浮液，进行静态沉降试验，做出沉降沉积曲线，如图所示；,3.2 细颗粒煤泥水的处理,图5-3-23 沉降沉积曲线,已知q后，就可以计算浓缩机的面积和直径。SqG 中：浓缩机入料中的煤泥吨数，t/h；q浓缩机的比浓缩面积，。,3.2 细颗粒煤泥水的处理,3、浓缩设备 重力场中的浓缩设备很多，这里只介绍沉淀塔、耙式浓缩机、深锥浓缩机和较典型的高效浓缩机。,3.2 细颗粒煤泥水的处理,（1）沉淀塔 沉淀塔是一种高度较大、直径较小（通常直径在12m左右）的倒圆锥形水塔式浓缩澄清设备，用钢筋混凝土浇制，锥角60，塔高可达20米，如图2-28所示。该设施中心入料，周边溢流，底流通过锥体底部的阀门自重排放，主要用于循环水的浓缩和澄清。由于塔身较高，其溢流水可直接进入跳汰机，而不用定压水箱。该设备由于处理量小，现已逐渐被其他浓缩设备取代。,3.2 细颗粒煤泥水的处理,（2）耙式浓缩机 耙式浓缩机主要由浓缩池、耙架、传动机构、给料装置、排料装置组成。附设有溢流池，底流泵等。耙架把沉淀物送到卸料口。由于池底坡度不大，耙架必须具有足够强度以承受耙送固体沉淀物转矩。自动提耙装置在沉积固体过多时将耙自动提起，避免电机过负荷。底流通过管道及隧道通往浓缩机泵房，由底流泵抽取排放。给料装置多采用带侧孔的中心入料筒，以利于水流平缓运动。,3.2 细颗粒煤泥水的处理,中心传动耙式浓缩机 其耙臂由中心桁架支承，桁架和传动装置置于钢结构或钢筋混凝土结构的中心柱上，由电动机带动的蜗轮减速机的输出轴上安有齿轮，它和内齿圈啮合，内齿圈和稳流筒连在一起，通过它带动中心旋转架绕中心柱旋转，再带动耙架旋转，因为是铰链连接，耙架便可绕三角形斜边转动。当发生淤耙时，耙架受到的阻力增大，通过铰链的作用可以使耙架向上向后提起。,3.2 细颗粒煤泥水的处理,3.2 细颗粒煤泥水的处理,周边传动耙式浓缩机 池中心有一个钢筋混凝土支柱，耙架一端借助于特殊轴承置于中心支柱上，其另一端与传动小车相连接，小车上的辊轮由固定在小连上的电机经减速器、齿轮齿条传动装置驱动，使其在轨道上滚动、带动耙架回转。为了向电动机供电，在中心支柱上装有环形接点，而沿环滑动的集电接点则与耙架相连，将电流引入电机。借助辊轮和轨道间的摩擦力而传动的浓缩机，不需设特殊的安全装置，因为当耙架所受阻力大时，辊轮会自动打滑，耙子就停止前进。这种周边传动浓缩机仅有较小的规格，而且不适用于结冰的北方。在直径较大的周边传动浓缩机上，与轨道并列安装有固定齿条，传动装置的齿轮减速器上有一小齿条啮合，带动小车运转。在这种浓缩机上应设过负荷继电器以保护电动机和耙架。,3.2 细颗粒煤泥水的处理,周边传动耙式浓缩机,3.2 细颗粒煤泥水的处理,3.2 细颗粒煤泥水的处理,3.2 细颗粒煤泥水的处理,3.2 细颗粒煤泥水的处理,（3）深锥浓缩机 深锥浓缩机的结构型式与耙式浓缩机相同，只是具体尺寸上差异较大。(1)深锥浓缩机锥角较小，一般为60；(2)高度与直径之比大。这样，耙式浓缩机以沉降面积大，处理能力大为特色，而深锥浓缩机则以沉淀空间大，易得到高浓度的沉淀物及清净的溢流水为特色。由于深锥浓缩机沉淀面积小，台时处理量低；往往需加入絮凝剂且高浓度底流排放困难等原因，在选煤厂应用很少。目前有的厂借它来对循环水深度澄清。,3.2 细颗粒煤泥水的处理,悬浮液和絮凝剂的混合，是深锥浓缩机工作的关键工序。为了使絮凝剂与矿浆均匀混合，理想的加药方式是连续多点加药。,3.2 细颗粒煤泥水的处理,3.2 细颗粒煤泥水的处理,（3）深锥浓缩机 不加药剂也可用于浓缩浮选尾煤。其浓缩结果如下表所示。,由表可知，当单位处理量高，深锥浓缩机溢流中固体含量大时，不宜做循环水使用。所以，当处理量超过0.5m3/(m2h)，必须添加絮凝剂。如果不加絮凝剂，浓缩产品的浓度则比较低。实践表明当添加絮凝时，即使处理量为2.53.5 m3/(m2h)，底流固体含量也在200800g/L的范围内变化。,3.2 细颗粒煤泥水的处理,（4）高效浓缩机 高效浓缩机是新型浓缩设备，其结构与耙式浓缩机相似。它的主要特点是：在待浓缩的物料中添加一定量的絮凝剂，使矿浆中的固体颗粒形成絮团或凝聚体，以加快其沉降速度、提高浓缩效率；给料筒向下延伸，将絮凝料浆送至沉积和澄清区界面下；设有自动控制系统控制药剂用量、底流浓度等。,3.2 细颗粒煤泥水的处理,普通浓缩机和高效浓缩机内料浆沉降过程分区情况比较（a）普通浓缩机（b）高效浓缩机,4、浓缩浮选流程的特点及改进 1）流程特点 全部煤泥水（包括分级设备的溢流、回收粗煤泥的旋流器溢流、煤泥回收筛筛下水及离心机的离心液等）均进入浓缩设备。浓缩机溢流作为循环水，浓缩机底流经稀释后作为浮选入料。,3.2 细颗粒煤泥水的处理,（2）流程弊端及改进 主要弊端：细泥不能从系统中排除。水量不易平衡。改进：采用浓缩机底流大排放的措施。该措施应使浮选及过滤系统有足够的处理能力。,3.2 细颗粒煤泥水的处理,直接浮选流程 1.优点：1.取消了浓缩作业，流程简化;2.彻底解决了煤泥在系统中的循环，对主选作业有利；3.煤泥与水的接触时间缩短，使煤泥的可浮性和选择性提高；4.加强选区的作业管理，可实现清水选煤。2.缺点：1.浮选机和过滤机的单位处理能力低；2.浮选、过滤、压滤等工艺环节对原煤性质的变化反应明显；3.生产成本较高；4.直接浮选需要的浮选机的台数要比其他形式的浮选多。,3.2 细颗粒煤泥水的处理,3.直接浮选流程的使用条件 控制选煤脱水作业区的用水量；浮选前应设适当容积的缓冲池；浮选尾煤必须彻底澄清；细泥含量大的选煤厂不适宜采用直接浮选流程,3.2 细颗粒煤泥水的处理,半直接浮选流程 半直接浮选工艺主要有三种类型：1.分级设备溢流不全浓缩流程；2.分级设备溢流不全浮选流程；3.主、再选分级设备单设流程。,3.2 细颗粒煤泥水的处理,1.分级设备溢流不全浓缩流程(1)特点：分级设备的溢流一部分去浓缩机浓缩，其底流和另一部分溢流合起来去浮选。(2)优点：1.适当调节分出量的大小，可实现系统的煤泥洞水平；2.入浮浓度可根据需要任意调节。(3)缺点：1.系统中仍有一部分细泥在循环中不断泥化；2.浓缩机并未取消，工艺环节较复杂，生产管理不够方便。,-,3.2 细颗粒煤泥水的处理,2.分级设备溢流不全浮选设备(1)该流程把分级设备的溢流分出一部分，另外一部分作为循环水。(2)优点：1.取消了浓缩设备，流程简化；2.浮选的入料浓度要比直接浮选的高，这有利于降低浮选成本；3.需要的浮选机的台数要比直接浮选流程少。(3)缺点：1.不可避免仍有一部分细泥在系统中循环；2.主选设备不能实现清水洗煤。,3.2 细颗粒煤泥水的处理,3.主、再选分级设备单设流程(1)特点：主选和再选的轻产物分别进入各自的分级设备，主选分级的溢流分成两部分，一部分作为再选设备的循环水，另一部分与再选分级的溢流合起来再去浮选。(2)优点：1.取消了浓缩机，流程简化；2.浮选入料比直接浮选流程少，浓度比直接浮选高；3.主选实现清水洗煤，再选不是清水洗煤，但对分选效果影响不大。(3)缺点：1.浮选入料浓度不能随意调整，灵活性差；2.系统操作比较复杂。,3.2 细颗粒煤泥水的处理,所谓极细悬浮液，是指浮选尾矿水和负标高捞坑的溢流。它们的共同特点是粒度组成很细。根据斯托克斯公式，颗粒的沉降速度与其直径的平方成正比，如直径为10微米的颗粒，其沉降速度约为1微米颗粒的100倍。粒度越小，其重力作用也越小，布朗运动加剧，促使颗粒保持悬浮状态。选煤厂通常采用凝聚和絮凝在方法来强给极细颗粒悬浮液的沉降。,3.3 极细颗粒煤泥水的处理,3.3 极细颗粒煤泥水的处理,极细粒煤泥的分散与凝聚状态 促使颗粒呈分散状态的主要为界面电性作用和水化作用，界面电性作用是指颗粒带同样电荷而互相排斥，水化作用是指水化膜阻止颗粒直接接触而相互靠近。经过压缩双电层和除去表面水膜，颗粒之间的分子作用力上升为主要矛盾，颗粒呈凝聚状态。,3.3 极细颗粒煤泥水的处理,对颗粒表面状况起决定作用的是表面电性。在煤泥水体系中，由于水质条件差异，决定了颗粒电动电位的不同，从而使得煤泥水处在一个分散与凝聚的中间状态。这就是具有相近粒度组成而煤泥水特性大不相同的根本原因。,凝聚及其原理 在悬浮液中加入电解质而使悬浮液失稳的现象，叫做凝聚。DLVO理论认为：胶体微粒之间具有范德华引力和静电斥力。也就是说，颗粒的凝聚和分散特性，受颗粒间双电层静电能和分子作用能的支配，其总作用能为两者的代数和。,3.3 极细颗粒煤泥水的处理,颗粒之间分子作用能，指分子间