重介质选矿.ppt
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1、第六章 重介质选矿第一节 概述1、什么是重介质选矿 任何重力分选过程,都是在一定的介质中进行。若所使用的分选介质其密度大于 lg/cm3时,这种介质称为重介质。矿石或煤炭在该介质中分选,称重介质选矿或重介质选煤。2、重介质选矿的发展过程 1858年有人提出用锰、钡、钙的氯化物溶液作为分选介质进行选煤,但因介质难于回收,致使成本昂贵,未能获得推广使用。1917年出现使用水砂混合物作为重介质分选,煤炭,但效果受到局限,一般仅用于选分易选的动力煤。1926年苏联工程师 EA斯列普诺夫首先提出使用稳定悬浮液的重介质选煤法。以后,重介质选矿法便开始逐渐获得广泛应用。至今,除重介质选煤是选煤的重要方法之外
2、,也可应用于金属矿石、黑色金属矿石、贵金属矿石、稀有金属矿石及其它物料的分选。3、重介质选矿分选原理 根据阿基米德定理,小于重介质密度的颗粒将在介质中上浮,大于重介质密度的颗粒在介质中下沉。,重介质的密度 zj 应在轻产物q 和重产物密度z 之间。qzj z其中的重介质密度即为分选密度。重介分选机中,原煤进入后就会按密度分为两个产品,分别收集这两种产品,可达到按密度分选的目的。虽然物料在分选机中的分层过程 主要取决于它的密度,但是它的分层速度却是物料粒度及物料与介质密度差的函数,粒度越大,密度差越大,物料的分层速度快,粒度小,物料的分层速度越慢。因此在实际生产过程中往往有一部分细粒级煤在分选机
3、中来不及分层就排出,降低了分选效率。,同时,分选中悬浮液流动和涡流的影响,物料之间碰撞的影响及悬浮液对煤粒运动阻力的影响,原煤的粒度和形状都对分选结果有一定影响。生产中注意减少它们的影响。4、重介质选矿的特点优点:1)分选效率和分选精度都高于其它选煤方法。块煤:max=99.5%,E可达 0.020.03;末煤:max=99%,E可达0.05。2)分选密度调节范围宽跳汰:一般,1.451.9;重介:1.351.9,重介质旋流器:1.32.0。,3)分选粒度范围宽块煤:10006 mm末煤旋流器:500.15 mm4)适应性强 对精煤质量变化时,灰分可按要求变。原煤性质改变影响不大。5)生产过程
4、易于实现自动化 悬浮液密度、液位、粘度、磁性物含量等工艺参数能实现自动控制。缺点:增加了加重质的净化回收工作,设备磨损比较严重。,基于以上各点,重介质选矿方法应用非常广泛。重介质选煤主要适用于难选、极难选煤。,第二节加重质选择1、加重质的种类在工业生产中重介质选矿所用的重悬浮液,其加重质主要有硅铁、磁铁矿粉、重晶石、高炉灰、铅精矿、黄铁矿、石英和矸石粉等。选煤使用最多的是磁铁矿粉。我国1982年研制成功的DBZ型重介质旋流器,是采用浮选尾矿或矸石粉作为加重质,用以分选跳汰机中煤、矿井废弃的矸石或小于13mm的洗矸,不仅节省大量磁铁矿的精矿粉、而且为我国从煤矸石中回收煤炭,减轻矸石山对环境的污染
5、,提供了即经济又简便的工艺方法。重介质选矿配制悬浮液时所用的各种加重质,主要性能及其回收方法见表6-1。,采用重介质分选法时,对加重质的选择是十分重要。因为加重质的密度、粒度、硬度及磁性等,对其所配制的悬浮液性质(密度、粘度和稳定性,均有直接影响。而悬浮液性能的优劣又直接影响重介质分选的效果、分选设备的生产能力、重介质的制备和回收、设备的选择以及选矿(煤)成本等。2、对悬浮液的要求 在所要求的分选密度下,悬浮液应具备粘度低,稳定性好,而且用过并稀释后容易回收和净化。3、选择加重质应考虑的因素,1)加重质密度 a.加重质密度与悬浮液容积浓度关系 加重质与水配成的悬浮液,在要求的分选密度一定时,加
6、重质密度低,悬浮液固体浓度就越高,悬浮液粘度大。大到一定值时,不能进行分选。因此,体积容积浓度s有上限,对应可得加重质的密度最低值D。,b 悬浮液临界容积浓度 悬浮液的临界容积浓度L与加重质的性质及粒度组成有关。在通常使用的加重质粒度范围内,密度在26511.30g/cm3范围内的各种加重质,与水所构成的悬浮液,其L都非常接近,一般在025一033之间。加重质的密度过高也不适宜,否则,悬浮液固体容积浓度太低,加重质颗粒沉降速度过快,导致悬浮液在密度方面,失去作为分选介质的作用。据研究,重介质选矿所川悬浮液的容积浓度,不应小于10,即作为分选介质时,悬浮液固体容积浓度的下限值x大于10。由此就可
7、求出在规定分选密度时,所需加重质密度的最高值G,选用的加重质密度应在D与 G之间,即 G D例:要求的分选密度为1.4g/cm3,G=5.0g/cm3,s=2.21g/cm3.分选煤炭时,重介质密度若要求为14O g/cm3,那么配制悬浮液所用加重质,其密度应在为500-22lg/cm3范围的物料中挑选。密度符合这个条件的常用加重质很多,如磁铁矿、重晶石、黄铁矿,残渣、高炉灰渣、石英、黄土、矸石、浮选尾煤等。2)容易回收和净化;3)料源充足、制备容易;4)硬度较大(防泥化)、球形(粘度低)、不与水发生化学作用。4、选煤过程常用的加重质 重介质选煤多采用磁铁矿粉作为加重质,因用其配制的悬浮液密度
8、范围宽,完全能够满足分选各种煤炭使用,而且便于回收。黄土、浮选尾煤、矸石粉等,只能配制低密度悬浮液,并用于回收精煤。,5、对磁铁矿加重质的要求 重介质选煤厂利用磁铁矿粉作加重质时,磁铁矿粉的磁性物含量越高,加重质的回收再使用的数量也越大,介质耗资少,生产费用可有所降低。还有加重质粒度愈细,悬浮液密度也越稳定,在悬浮液中为起稳定作用所需掺入的煤泥量也相应减少,悬浮液密度的真实性越高,分选效率也会越佳。我国设计规范规定,用磁铁矿粉作加重质时,其磁性物含量应在95%以上,密度在45g/cm3左右。对加重质粒度的要求是,分选块煤(用于斜轮或立轮重介质分选机)时,小于0074(-200目)mm粒级的含最
9、应占80%以上,用于重介质旋流器分选末,煤时,小于0044mm粒级(-325目)含量应占90%以上。如外来磁铁矿粉粒度不能满足要求时,选煤厂应设置研磨设备。第二节 重介悬浮液性质一、悬浮液密度1、悬浮液密度的特点 悬浮液的密度在物理意义上与均质介质的密度不完全相同,只有将悬浮液中的固、液两相作为一个统一的整体看待时,才具有密度的概念。因为悬浮液是由两种密度完全不同的质点(固、液)所构成的两相混合物,故悬浮液密度zj在数值上不能表征其中每一个质点的密度,因此,,通常称该密度为悬浮液的假密度,或称悬浮液的物理密度。当加重质粒度较细,容积浓度又较高,而入选的矿粒较大时,在分选过程中,对矿粒而言,悬浮
10、液作为一个整体才称其分选介质。否则,此时的分选介质只是悬浮液中的液体而不是悬浮液的整体,矿粒在悬浮液中的沉降,仅仅看为矿粒在液体中受加重质悬浮粒作用的干扰沉降。矿粒排开的介质不是具有密度为悬浮液密度的本身,而是悬浮液中的液体,密度为s。因此,尽管有的矿粒密度低于悬浮液的密度zj,但也将下沉,即矿粒不能按悬浮液的密度zj进行浮沉过程,而达到低、高不同密度矿粒的分离。,重介质选矿过程中作为分选介质而起作用的悬浮液,其中固体悬浮粒(加重质)的粒度和容积浓度与入选物料的粒度之间应具有一定的关系,悬浮液的密度要由加重质的密度和容积浓度来决定。(二)悬浮液密度对加重质粒度的要求在悬浮液内,矿粒排开的同体积
11、悬浮液中,至少应有一个加重质的颗粒。即 悬浮液浓度 加重质粒体积/矿粒体积,式中K值是个大于1的修正系数,一般K=1.6一493之间。(三)悬浮液有效密度 从理论上讲,重介悬浮液的物理密度应该就是分选密度,但实际工作中有时并非如此。这是由于加重质颗粒很细,当悬浮液固体容积浓度大到一定程度后,加重质颗粒由于种种原因经直接接触而相互连接起来,形成空间网状结构物,这就便悬浮液发生了结构化。由于悬浮液出现结构化的影响,实际的分选密度常常高于悬浮液的物理密度。对于未结构化的重介悬浮液,因加重质颗粒的沉降,分选密度既可高于也可低于悬浮液的假定密度,这应由轻、重产物分离界限层的位置决定。,已出现结构化的悬浮
12、液内,若体积为Vk的矿粒向下运动,开始时所遇到的静力作用,除悬浮液的浮力外,还有静切应力引起的支持力F,二、悬浮液粘度(一)悬浮液粘度及结构化 液体的粘性由分子间引力引起;气体的粘性由动能不同的分子在流速不同的层间交换引起;上两种流体为均质介质,符合牛顿内摩擦定律。悬浮液的粘性由于包括了因固液界面增大和颗粒间摩擦、碰撞所引起的流动切应力,外观表现为粘性增强。因与均质介质粘性形成的原因不完全相同,故所测得的悬浮液粘度称为视粘度。,当加重质的粒度和形状差别不大时,悬浮液的视粘度随容积浓度的增加而增大,与加重质颗粒的密度基本无关。图5-3是几种不同的加重质在粒度为0074一0.037mm时,视粘度随
13、容积浓度的变化关系。,从图6一3中可以看出,视粘度随容积浓度的变化规律。在低浓度(04)时,也呈直线关系,但粘度随增大而迅速地升高。在中等浓度时,其视粘度与呈曲线关系增长。这是由于固体容积浓度很低时,不但颗粒间直接接触少,而且相对说固一液界面也不太大,此时悬浮液的内摩擦力虽有增加,但其增加值与颗粒体积含量大致成正比。,随容积浓度的增大,固体颗粒间直接碰撞与摩擦就不可避兔地增多。这种增加开始时属于粘性切应力,以后的浓度再大又过渡为惯性切应力,呈曲线关系。当增大到相当高数值后,悬浮液发生了结构化,视粘度随增加而急剧增大。(二)非结构化悬浮液的流变特性 如图6-4。固体容积浓度低时,可视为牛顿流体;
14、固体容积浓度1520%时,视为非牛顿流体。,结构化流体的流变特性:当外力小,只变形而不流动,当处力克服一定切应力后,流动。当速度梯度达一定时,结构化被破坏。(三)影响悬浮液粘度的主要因素1、加重质性质对悬浮液粘度的影响 由于悬浮液的粘度和结构化的形成与加重质的比表面积有关,因此,一切与比表面积有关的加重质性质,如粒度、形状及含泥量等均对悬浮液视粘度有影响。图6-5可以看出,在同样容积浓度下,加重质,的粒级越小,悬浮液的视粘度也越大,而开始形成结构化的浓度越低。选矿工艺对加重质粒度有一定的要求,它与所用设备的工作条件及被选物料的粒度有关。图6-6说明加重质颗粒的形状对悬浮液视粘度的影响。从图中可
15、以看出,加重质颗粒的形状越接近球形,悬浮液的视粘度愈小。2、含泥量的影响 悬浮液中若混有一部分微细粒级的泥质,将使悬浮液粘度显著增大。因泥质物粒度细,表面积大,不但使悬浮液流动时内摩擦力变大,而且使悬浮液容易结构化。泥质的存在往往使悬浮液粘度增大到0.5-1.0倍,在个别情况下,甚至使悬浮,液完全丧失流动性,从而起不到分选介质的作用。矿泥含量对硅铁悬浮液粘度的影响如图6-7所示。所指的矿泥是指粒度小于10一2O微米的颗粒。其中一部分是由原矿石带入,另一部分则是在使用过程中加重质经磨剥所生成的新矿泥。泥质对悬浮液粘度的影响是随悬浮液中含泥量的增大而增大,而且,悬浮粒本身的粒度越细,悬浮液的密度越
16、高,亦即悬浮液本身粘度越高,这种影响也越为显著,如图6-8所示。3、药剂的影响 某些阴离子和阳离子表面活性剂可降低悬浮液的粘度。如图6-9所示。,降低粘性提高分选速度,但稳定性下降,分选条件难控制。4、温度的影响 温度升高,粘度降低。可以认为,不同温度下,悬浮液的粘度与相同温度下水的粘度之比始终不变。,三、悬浮液的稳定性 重力场中,悬浮液上、下层物理密度不稳。上层固粒少,下层固粒多。重介质密度不稳定,影响按密度分选精确性。保持悬浮液自身各部分密度不变的能力称悬浮液的稳定性。通常用加重质颗粒在悬浮液中沉降的速度的倒数,表示稳定性大小,作为稳定性指标,用Z表示。Z=1/v Z越大,悬浮液的稳定性越
17、好。影响稳定性的因素:1、加重质粒度,粒度小,悬浮液稳定性好。因为粘度增加,阻力升高,沉速下降。图6-13、6-14。粒度小,制备量大,回收难。,2、加重质密度降低加重质密度,悬浮液稳定性好。但密度降低,容积浓度增加,粘度上升。如图6-15。,3、悬浮液密度 一定加质,悬浮液密度越高,容积浓度越大,稳定性好。生产中,悬浮液密度一定,不能靠此法提高稳定性。悬浮液密度升高,稳定性增加,介质粘度升高。用悬浮液密度大时,主要问题是粘性,应采用粗、密度大的加重质;用悬浮液密度小时,主要总是是稳定性,应采用细、密度小的加重质。分选粗粒物料,主要是稳定性;分选细粒级物料,主要是粘度。,4、含泥量的影响 密度
18、低、粒细的的泥质物混入悬浮液,粘性上升,稳定性增加。如图6-16。当主要稳定性不好时,有意加入一些粒度微细的泥质物,以提高稳定性。,对同一种悬浮液,流变粘度和稳定性有一定关系。粘度越大,稳定性越好,粘度越小,稳定性越差,选煤要求粘度低、稳定性好,应使悬浮液在流变粘度和稳定性两方面都能满足选煤要求。采用现有磁铁矿作加重质时,主要是悬浮液的稳定性不好,当悬浮液密度高达2.0以上,或原煤中有大量泥质污染悬浮液时,粘度才升为主要矛盾。(三)维持悬浮液稳定性的措施 悬浮液的性质对分选效果的优劣,起着决出性的作用。然而,悬浮液的三个性质:密度、粘度和稳定性,都具有理想指标,是难能兼得的。实际工作中要看那个
19、是主要矛盾,再采取相应措施。,工 为达到比较精确地分选,生产中常采用机械搅拌或使用各种不同方向的悬浮液流,用以保证它上下层密度的近似,使悬浮液在分进机中具有较好的稳定性。当悬浮液在不断循环流动具有保持其本身各部分密度不变的性能,称为悬浮液的动稳定性。悬浮液的动稳定性不仅与悬浮液的稳定性(是指悬浮液在静置时,保持其本身各部分密度不变的性能,也称悬浮液的静稳定性,以前所讨论的均为静稳定性,若静稳定性越好,也越容易得到较好的动稳定性)有关,同时也与分选机的结构及重介质流在分选机中的流动状况有关。,使用机械搅拌,加重质颗粒可处于悬浮状态,从而维持了悬浮液各层的密度近于不变。在各种不同类型的重介质分选机
20、中,都采用方向不同的重介质流,来维持分选槽内重介质悬浮液各处密度的稳定。重介质流的运动可采用水平的、垂直(上升或下降)的以及回转方式。经常是这些方式联合使用。当然,在重介质旋流器中悬浮液悬作旋转运动。上升介质流可阴止加重质颗粒的沉降,使悬浮液稳定。但是,由于矿粒在分选机内分层时,虽然主要取决于它的密度,但粒度及形状也对分层有影响。,水平介质流的稳定作用,是靠分选机内分层表面由外部引入大理新鲜悬浮液来完成的。实践证明,只有当水平介质流和垂直介质流联合使用,才能使静稳定性比较差的悬浮液,获得较好的动稳定性。尤其是水平介质流与下降介质流联合使用,可以用较小的下降流速使得悬浮液获得较高的动稳定性。,4
21、.3 重介质分选机一、对重介质分选机的要求及分类 重介质分选机是借助悬浮液在重力场中按密度分选物料的设备。为保证分选机正常工作并具有较好的分选质量和较高的处理能力,重介质分选机 工艺性能及结构上应满足:(1)重悬浮液 分选带各处的密度应保持稳定。因悬浮液密度是决定分选机实际分选密度的最主要指标,密度偏离规定范围,影响产品质量,并增大 用矿物的损失,所以运动部件运动不宜过快,流动速度不宜过快高,避免涡流破坏分选带,介质密度稳定。所以,结构要合理,确保按密度分选。(2)物料在分选槽中完成分层过程,合理选择长宽比。分选槽是分选机的重要部件,其长度必须保证物料有足够的分层时间,宽度尽量满足入选物料上限
22、的要求。因此正确安排长宽比,结构在满足分选质量前提下,最大限度使物料粒级加宽,简化工艺系统。(3)能迅速排出选后产品 其它条件相同时,迅速排出产品,则分选机生产能力大。,(4)分选机内须引入一定的介质流 当原料中邻近密度物含量远销,悬浮液沿分选槽高度分布不均时,为提高分选效果,适当引入垂直介质流,使邻近密度物分层速度增快,不断随液流从分选机排出,但,此时矿粒粒度及形状对分选产生影响,要慎重引入垂直流,必要引入时,流速尽可能低。(5)介质循环量尽量少,降低磨损及电耗。(6)结构简单,操作维修方便。重介质分选机分类:按选后产品:两产品、三产品。按悬浮液流动:水平液流、垂直液流、复合液流。,按分选槽
23、形式:深槽、浅槽。按排矸装置形式:提升轮分选机、刮板分选机、圆筒分选机、空气提升式分选机。各种重介质分选机的入料粒度上限,最大可达1200mm,下限6-13mm。6-13mm以下,利用重介旋流器。4.3.1 选煤用重介质分选机(一)斜轮重介质分选机 1、选后产品:两产品,生产能力大,入料粒级宽。2、结构:如图2-4-8所示。,3、介质流方式 水平介质流和上升介质流 在给料端下部位于分选带的高度引入水平介质流,在分选糟底部引入上升介质流。水平介质流不断给分选带补充合格悬浮液,防止分选带密度降低。上升介质流造成微弱的上升介质速度,防止悬浮液沉淀。水平介质流和上升介质流使分选槽中悬浮液的密度保持稳定
24、均匀,并造成水平流运输浮煤。4、排料方式 浮煤由排煤轮刮出,经脱介进入下一脱介脱水作业。,沉煤由斜轮提升至排料口排出。提升过程进行 次脱介。5、排矸轮减速装置:摆线针齿齿轮减速器具有速比大、传动功率高、重量轻、结构紧凑、占地面积小、噪音小等优点,但要求精度高、制造复杂、维修闲难。歪脖子减速器使用较多,其结构紧凑、占地少、维修方便、使用性能也较好,只是大小伞齿轮啮合调整有些困难。普通减速器加开式伞齿轮传动,使用可靠、制造容易、调整方便;但其结构落后,占地面积大、装配不紧凑等。,6、斜轮重介质分选机的优点(1)分选精确度高。由于重产物的提升轮 分选槽底部旁则运动,在悬浮液中处于分选过程的物料不被干
25、扰,可能偏差E可达002-003;(2)分选粒度范围宽,处理能力大。该机槽面由于制得较为开阔,斜提升轮直径可达8m或更大。因此,分选粒度上限可达10OOmm,下限为6mm。如国产分选槽宽为4m的重介质分选机,其斜轮直径为655m,处理能力为350一500t/h;(3)该机悬浮液循环最少。由于轻产物采用排煤轮的重锤拨动排放,所以被煤带走的悬浮液量少,故悬浮液循环量低;,(4)由于分选槽内有上升悬浮液流使悬浮掖比较稳定,分选机可使用中等细度的加重质,即小于325目(004mm)占40%-50%已达到细度要求。缺点:斜轮重介质分选机的排矸轮采用中心传动,这将使制作槽宽5m以上的大型设备受到限制。(二
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