選礦學(xué)教案材料科學(xué)與工程學(xué)院課程信息總表授課教師朱金波職稱教授系別礦物加工工程系課程名稱重力選礦授課時(shí)間2011.2.16～2011.4.10授課專業(yè)礦物加工09－1，2，3課程編號(hào)修課人數(shù)109課程類型必修課公共基礎(chǔ)課()；學(xué)科基礎(chǔ)課()；專業(yè)課(√)選修課公共基礎(chǔ)課()；學(xué)科基礎(chǔ)課()；專業(yè)課()/指選()；任選()授課方式課堂教學(xué)(√)考核方式考試(√)；考查()課程教學(xué)總學(xué)時(shí)數(shù)58學(xué)時(shí)學(xué)分?jǐn)?shù)3學(xué)分學(xué)時(shí)分配課堂講授48學(xué)時(shí)；實(shí)驗(yàn)課10學(xué)時(shí)；其它學(xué)時(shí)教材名稱選礦學(xué)作者謝廣元出版社及出版時(shí)間中國礦業(yè)大學(xué)出版社2001指定參考書重力選礦作者張鴻啟出版社及出版時(shí)間煤炭工業(yè)出版社1992跳汰選煤技術(shù)作者李賢國朱金波出版社及出版時(shí)間中國礦業(yè)大學(xué)出版社2006浮游選煤技術(shù)作者張明旭出版社及出版時(shí)間中國礦業(yè)大學(xué)出版社2005其它教學(xué)參考等可用教學(xué)資源上網(wǎng)查詢選煤理論及實(shí)踐的實(shí)時(shí)咨詢，系資料室查閱有關(guān)期刊備注第一講周次第1周，第1次課備注章節(jié)名稱第一章重力選礦(gravityconcentration)概論授課方式理論課(√)；實(shí)驗(yàn)課()；其它()教學(xué)目的及要求引導(dǎo)學(xué)生初步建立“重力選礦概念”，要求學(xué)生建立重力選礦的基本觀念，掌握重力選礦的基本任務(wù)和方法。了解重力選礦的基本工藝環(huán)節(jié)。教學(xué)重點(diǎn)初步了解重力選礦的基本概念，強(qiáng)調(diào)課程理論性和實(shí)踐性較強(qiáng)。教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)手段主要有常規(guī)教學(xué)、多媒體教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)常規(guī)教學(xué)、多媒體教學(xué)教學(xué)方法設(shè)置問題情景，采用啟發(fā)式教學(xué)方法教學(xué)內(nèi)容提要時(shí)間分配第一節(jié)重力選礦的任務(wù)和方法第二節(jié)重力選礦的發(fā)展簡(jiǎn)況討論、練習(xí)、作業(yè)參考資料課后分析每門課的第一次課很重要，應(yīng)介紹本課程的基本情況，包括課程性質(zhì)，學(xué)時(shí)數(shù)，課程的基本特點(diǎn),考核方式等。設(shè)置問題的情景是必要的，如：重力選礦的基本概念是什么？它有哪些方法以及它的任務(wù)是什么？還有重力選礦的發(fā)展情況？從實(shí)施的效果來看，能提高學(xué)生的課堂注意力。上課要注意大部分同學(xué)的反應(yīng)情況，選擇好提問時(shí)機(jī)。同時(shí)要關(guān)注進(jìn)度。第一章重力選礦(gravityconcentration)概論一、選礦的概念自然界所賦予人類的礦產(chǎn)資源，絕大多數(shù)是人類需經(jīng)選擇和加工才可享用的。選礦就是對(duì)開發(fā)出的固體礦產(chǎn)資源，進(jìn)行加工處理的一個(gè)重要工業(yè)環(huán)節(jié)。礦物的種類繁多，在眾多礦物中，能為人類利用的稱有用礦物。含有有用礦物的礦物集合體中，若有用成分的含量，在當(dāng)前技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下，能夠富集加以利用時(shí)，這種礦物集合體稱為礦石。在礦石中，除有用礦物外，幾乎總是含有目前無法富集或工業(yè)尚不能利用的一些礦物，這些礦物稱為脈石。對(duì)于煤炭來說，不能作煤使用而以SiO2為主要成分的礦石叫矸石。有用礦物和無用脈石通常是共生在一起，需把這種礦石加以破碎，使它們彼此分離，然后，將有用礦物富集起來，無用的脈石拋棄，這樣的工藝過程，稱為選礦工程，簡(jiǎn)稱選礦。選礦選出的經(jīng)富集的有用礦物，便是有價(jià)產(chǎn)品，稱為精礦；棄之的無價(jià)產(chǎn)物稱為尾礦。對(duì)煤炭而言，將煤和矸石分離，從而獲得質(zhì)量不同的產(chǎn)物，稱為選煤。原礦或原煤中，有用成分和無用脈石或矸石，經(jīng)選礦過程之所以能彼此分離，其基本依據(jù)，是各種物料的物理性質(zhì)（如粒度、密度、形狀、硬度、顏色、光澤、磁性及電性等等）、表面的物理化學(xué)性質(zhì)（如顆粒表面的浸濕性等）及化學(xué)性質(zhì)所存在的差異。所以，根據(jù)這些不同的性質(zhì)，采用不同的加工處理方法，就可達(dá)到分選的目的。如以物料顆粒某種物理性質(zhì)的差別，作為分選依據(jù)，并采用相應(yīng)的分選方法，可統(tǒng)稱其為物理選礦。也就是說，物理選礦是利用物料的物理性質(zhì)、采用物理方法，來完成對(duì)礦物原料的加工處理。若以礦物顆粒表面物理化學(xué)性質(zhì)的不同，來選分礦石或煤炭，稱為浮游選礦或浮游選煤，簡(jiǎn)稱浮選。物理選礦或浮游選礦，其目的都是使有用礦物（或煤炭）與脈石（或矸石）進(jìn)行機(jī)械的分離。分選過程中毫不改變物料自身所固有的物理和化學(xué)性質(zhì)，故習(xí)慣上稱它們?yōu)闄C(jī)械選礦?？梢姡锢磉x礦是機(jī)械選礦法中的一種選礦方法。物理選礦法是人類在古代出于生活和生產(chǎn)的需要，開始對(duì)礦物進(jìn)行加工處理時(shí)，最早使用的方法。物理選礦中，由于依握物料的某一種或兩種物理性質(zhì)，還可分為若干不同的分選方法，主要有以下幾種：重力選礦法，簡(jiǎn)稱重選。它是根據(jù)不同密度（粒度、形狀）的物料在分選介質(zhì)（水、空氣及密度大于水的介質(zhì)）中，因其具有不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)行分選的方法。重選法廣泛地應(yīng)用于煤炭、鎢、錫、金和其它金屬礦石的分選。稀有金屬礦石和非金屬礦石也常使用重選。磁力選礦法，簡(jiǎn)稱磁選。它是利用礦物之間的磁性差別，在不均勻磁場(chǎng)中，使磁性不同的物料得以分離的一種選礦方法。主要用于分選強(qiáng)磁性及部分弱磁性礦物。如黑色金屬礦石（鐵礦石、錳礦石）的選別；有色和稀有金屬礦石的精選；從非金屬礦物原料中除去含鐵雜質(zhì)；以及用磁選法凈化生產(chǎn)和生活用水。電力選礦法，簡(jiǎn)稱電選。它是利用礦物在高壓電場(chǎng)中電性的差異，使其分離的一種選礦方法。電選用途比較廣泛，既可用于有色金屬和稀有金屬礦石的精選，也可用于黑色金屬（扶、錳、鉻礦石）的精選；既可用來分選煤粉，也可用來分選金剛石、石墨、石棉、高嶺土和滑石等非金屬礦物。它還可以用于谷物及種子的精選和工業(yè)廢料的回收。揀選是物理選礦方法中最古老的分選方法，也是最簡(jiǎn)單的一種選礦方法，即手選。但是機(jī)械化揀選，卻是自本世紀(jì)50年代以后才逐漸發(fā)展起來。目前加以利用的礦物物理性質(zhì)有：表面光性、受激發(fā)光性、放射性、射線吸收特性、磁性及電性等。屬于物理選礦的還有，利用有用礦物和脈石活斜面運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)摩擦系數(shù)的差別進(jìn)行分選，稱為摩擦選礦。若某些礦石的礦物成分，在彈性上有顯著差別，讓他們落到斜面上，則其彈回的軌跡也各異，彈性大的落點(diǎn)遠(yuǎn)，這樣也可獲得不同的產(chǎn)物，謂之彈跳選?？傊陨纤鼍鶎傥锢磉x礦，在各種物理選礦方法中，以重選的應(yīng)用范圍最廣，因而也是最重要的選礦方法。尤其是選煤，以及鎢、錫礦石的分選，重選占有突出的位置。磁選、電選等其它幾種物理選礦方法，都各有其特定的使用范圍。如對(duì)黑色金屬，即鐵、錳礦石的分選，磁選則占重要地位。1.1重力選礦的任務(wù)和方法重力選礦是物理選礦中最重要的也是至今所有選礦方法應(yīng)用最早用一種選礦方法。它使用范圍之廣、處理能力之大，是任何一種選礦方法，都難以與之相比的。重力選礦方法的主要依據(jù)，是品位或灰分不同的物料，在密度上的差別。對(duì)于細(xì)粒及微細(xì)粒級(jí)的物料，按粒度分級(jí)依據(jù)粒度不同的顆粒，在介質(zhì)中沉降速度的差異。重力選礦中，性質(zhì)（密度、粒度、形狀）不同的礦粒，是在運(yùn)動(dòng)過程中逐步完成分離的。重力設(shè)備，應(yīng)具有使性質(zhì)不同的礦粒，有不同的運(yùn)動(dòng)狀況（運(yùn)動(dòng)的方向、速度、加速度及運(yùn)動(dòng)軌跡等）。重選過程是在介質(zhì)中進(jìn)行的。介質(zhì)密度高，性質(zhì)不同礦粒在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)上的差別就大，因而分選效果也就更加好。例如鐵球和羽毛，在真空中運(yùn)動(dòng)時(shí)，其方向、速度、加速度及軌跡完全相同，不可能依靠重力作用而分離。然而在空氣中則完全不同，密度大的鐵球較之密度低的木質(zhì)球，沉降得快；粒度大的鐵球比粒度小的鐵球速度快；球狀物體比扁平狀物體落下得快。在水中，它們之間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的差別更為顯著。重力選礦過程中所用的介質(zhì)有：空氣、水、重液（密度大于水的液體或高密度鹽類的水溶液）及懸浮液（固體微粒與水的混合物），也可用固體微粒與空氣的混合物，即空氣重介質(zhì)。重選過程中，物體不僅受重力的作用，而且還承受介質(zhì)作用于物體上的浮力及介質(zhì)對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的阻力。它們不僅與物體的密度及介質(zhì)的性質(zhì)（密度和粘度）有關(guān)，而且還與物體的粒度、形狀以及物體與介質(zhì)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。同樣，對(duì)于水力分級(jí)作業(yè)，礦粒在密度和形狀上的差異，也將影響按粒度分級(jí)的精確性。重力選礦程中，應(yīng)降低礦粒的粒度和形狀對(duì)分選結(jié)果的影響，以便使礦粒間的密度差別在分選過程中，能起主導(dǎo)作用。因此，一方面要深入研究礦粒在介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，一方面還要研究運(yùn)動(dòng)介質(zhì)的性質(zhì)以及在各種特定條件下，介質(zhì)流的運(yùn)動(dòng)特性。重力分選過程中，介質(zhì)的流動(dòng)形式有種：連續(xù)上升、間斷上升、間斷下降、上下交變、傾斜流、旋轉(zhuǎn)流。在不同流動(dòng)形式的介質(zhì)中．性質(zhì)不同的礦粒．在動(dòng)動(dòng)狀態(tài)上的差別也不同。不同的重選方法，有不同的介質(zhì)及介質(zhì)流運(yùn)動(dòng)方式。常見的重選方法有重介質(zhì)選礦、跳汰選礦、旋轉(zhuǎn)介質(zhì)流分選、搖床分選、斜槽分選等。在高密度的重介質(zhì)（重液、懸浮液）中，密度高于介質(zhì)密度的礦粒，將在重介質(zhì)中下沉，密度低于重介質(zhì)密度的礦粒，將在重介質(zhì)中上浮，從而使它們得以分離，這種重力分選過程，稱為重介質(zhì)選礦；在連續(xù)上升的介質(zhì)流中，粒度大密度高的顆粒將沉降，而粒度小密度低的顆粒，將被上升介質(zhì)流沖走。在間斷上升介質(zhì)流中，由于粒群被沖起而獲得松散，性質(zhì)不同的礦粒，利用松散之機(jī)，各盡其能，而分層，如脈動(dòng)跳汰過程；在間斷下降介質(zhì)流中，粒群利用給定的一個(gè)機(jī)會(huì)，進(jìn)行松散與分層，如動(dòng)篩跳汰機(jī)的分選；在上下交變的介質(zhì)流中，礦粒隨介質(zhì)不斷地進(jìn)行上下交替的運(yùn)動(dòng)，在每上升或下降一次時(shí)，密度和粒度不同的礦粒，上下移動(dòng)的距離也不同，結(jié)果使高密度礦粒將集中在下層，低密度礦粒則集中在上層，分別排出后，便可得到密度不同的產(chǎn)物。在傾斜介質(zhì)流中，不同密度和粒度的礦粒，其運(yùn)動(dòng)軌跡不同，它們將分別運(yùn)動(dòng)到距給料點(diǎn)遠(yuǎn)近不同的區(qū)間，從而得以分離。旋轉(zhuǎn)介質(zhì)流為被分選的物料，提供一個(gè)離心力場(chǎng)，使分選過程得到強(qiáng)化，因而是分選細(xì)粒及微細(xì)物料的有效方法。重力分選過程工藝方法不同，處理物料的密度及粒度不同，見表1－1。利用重力選礦法分選物料的難易程度，主要是由待分離物料的密度差來決定，可簡(jiǎn)單地用下式判斷式中E—一重選礦石可選性評(píng)定系數(shù)；δ1、δ2—一分別為低密度礦石和高密度礦石的密度；ρ——分選介質(zhì)的密度。接式（11）判斷物料重選時(shí)的難易程度，習(xí)慣上可分成表12所示的幾個(gè)等級(jí)。隨著正值的減小，入選原料的粒度范圍變窄。1.2重力選礦的發(fā)展簡(jiǎn)況重力選礦的應(yīng)用，可追溯到久遠(yuǎn)的年代，當(dāng)時(shí)人們從河溪砂石中用獸皮淘洗選收自然金屬。后來，開始采用簡(jiǎn)易的淘洗工具、人工溜槽以及手動(dòng)跳汰機(jī)等，從事對(duì)礦物的分選工作。到了14世紀(jì)末，具有上下交變水流的跳汰機(jī)問世，這是直到今天仍保留其主要特征的典型重力選礦設(shè)備。18世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命以后，重力選礦從原始的手工操作發(fā)展到機(jī)械化。初期的重力選礦設(shè)備有動(dòng)篩式手動(dòng)跳汰機(jī)、上升水流選煤機(jī)及間歇工作的洗煤槽。1830～1840年在德國哈茲礦區(qū)出現(xiàn)了機(jī)械傳動(dòng)的活塞跳汰機(jī)。19世紀(jì)末20世紀(jì)初，重力選礦設(shè)備得到了很大的改進(jìn)，出現(xiàn)了可以連續(xù)工作的里歐洗煤槽，選分細(xì)粒礦石的搖床。尤其在1892年發(fā)明了第一臺(tái)以壓縮空氣驅(qū)動(dòng)的無活塞跳汰機(jī)，即著名的鮑姆式跳汰機(jī)。分選效率最高的是重介質(zhì)選礦法，早在1858年在工業(yè)中就開始應(yīng)用。當(dāng)時(shí)采用氯化鈣溶液進(jìn)行選煤，由于溶液耗量太大，所以未能獲得推廣。1917年出現(xiàn)了水砂懸浮液選煤法，1926年出現(xiàn)了使用穩(wěn)定懸浮液的重介質(zhì)選煤法。此后，重介質(zhì)選礦就開始廣泛使用起來，尤其是重介質(zhì)選煤，是處理難選和極難選煤的有效方法。自本世紀(jì)中葉以來，開始用離心力場(chǎng)強(qiáng)化重力分選過程。其中最成功的是1940年在荷蘭首先出現(xiàn)的水力旋流器。這種設(shè)備效率高、體積小、結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單?，F(xiàn)已廣泛用于細(xì)粒級(jí)物料的分級(jí)、濃縮和重介質(zhì)分選的過程中，并在生產(chǎn)上形成一個(gè)重要的發(fā)展方向。重力選礦的理論研究工作，始于工業(yè)上應(yīng)用機(jī)械化重力分選設(shè)備之后。由于重力選礦過程本身影響因素較多，所以，迄今為止有關(guān)跳汰及其它重力選礦過程的理論研究，尚未找到能獲得眾所公認(rèn)的學(xué)說。目前，許多研究者認(rèn)為，最正確的作法，是把上述各學(xué)派的觀點(diǎn)中所有合理部分聯(lián)系起來，在取長補(bǔ)短的基礎(chǔ)上，借助于現(xiàn)代化的測(cè)試手段，對(duì)跳汰乃至重選其它理論問題，進(jìn)行深入研究。從而建立起一個(gè)統(tǒng)一而又完整的理論體系。我國是一個(gè)歷史悠久文化發(fā)達(dá)的古老國家，遠(yuǎn)在4000多年前就開始銅的冶煉。1637年明朝宋應(yīng)星所著《天工開物》就記載了許多有關(guān)應(yīng)用重力分選的實(shí)例。如：用風(fēng)車風(fēng)選谷物、用水力分級(jí)方法提取瓷土，用淘洗法選收鐵砂和錫砂等。我國最早的選煤廠建于1917年。目前我國的大小選煤廠有500多座，均有重力選設(shè)備，其中有小型的重選設(shè)備，又有大型現(xiàn)代化的重選設(shè)備。我國對(duì)選礦過程進(jìn)行研究及設(shè)計(jì)的單位有多家，如高等院校有：中南工業(yè)大學(xué)、東北大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)、北京科技大學(xué)、淮南工業(yè)學(xué)院、黑龍江礦業(yè)學(xué)院等。

第二講周次第2周，第1次課備注章節(jié)名稱第二章重力選礦基本原理授課方式理論課(√)；實(shí)驗(yàn)課()；其它()教學(xué)目的及要求引導(dǎo)學(xué)生初步了解重力選礦的基本原理，掌握自由沉降和干擾沉降的規(guī)律以及沉降末速公式的應(yīng)用。教學(xué)重點(diǎn)了解顆粒沉降理論和干擾沉降規(guī)律教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)手段主要有常規(guī)教學(xué)、多媒體教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)常規(guī)教學(xué)、多媒體教學(xué)教學(xué)方法設(shè)置問題情景，采用啟發(fā)式教學(xué)方法教學(xué)內(nèi)容提要時(shí)間分配第一節(jié)概述顆粒(Particle)及顆粒群沉降(settling)理論顆粒的干擾沉降規(guī)律討論、練習(xí)、作業(yè)參考資料課后分析重力選礦基本原理這章內(nèi)容很重要，它是重力選礦的理論基礎(chǔ)，學(xué)生要對(duì)基本原理深刻掌握，并熟練運(yùn)用沉降末速公式。第二章重力選礦基本原理2.1概述2.2顆粒(Particle)及顆粒群沉降(settling)理論2.2.1礦粒在介質(zhì)(Medium)中的自由沉降1、礦粒在介質(zhì)中所受的重力礦粒在介質(zhì)中所受的重力，等于它在真空中所受的重力與浮力之差．重力重力浮力阻力根據(jù)阿基米德原理浮力阻力G0=Vδg-Vρg=(m/V)δg–(m/V)ρg=m((δ-ρ）/δ)gG0=mg0式中：V——礦粒的體積，m3；ρ——礦粒的密度，k/m3；δ——介質(zhì)的密度，kg/m3，g——重力加速度，m/s2；m——礦粒的質(zhì)量，kg。g0——礦粒在介質(zhì)中的加速度,m/s2。g0大小、方向與δ、ρ有關(guān)，與粒度、形狀無關(guān)。δ>ρ時(shí)，顆粒沉降；δ<ρ時(shí)，顆粒上??；δ=ρ時(shí)，顆粒懸浮。2、礦粒在介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的阻力介質(zhì)阻力——分選介質(zhì)作用在礦粒上的阻力；機(jī)械阻力——礦粒與其它周圍物體以及器壁間的摩擦、碰撞而產(chǎn)生的阻力。機(jī)械阻力相當(dāng)復(fù)雜，難以計(jì)算。僅分析介質(zhì)阻力。1)介質(zhì)阻力：介質(zhì)與礦粒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，作用在礦粒上與運(yùn)動(dòng)方向相反的分力。2)介質(zhì)阻力的計(jì)算a介質(zhì)阻力通式用量綱分析和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法礦粒在流體介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)時(shí)所受介質(zhì)阻力R。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及水力學(xué)的分析可知，礦粒所受介質(zhì)阻力R，與它的運(yùn)動(dòng)速度v、它的幾何特征尺寸d、流體的密度ρ和粘度μ等物理量有關(guān)。阻力R可用如下函數(shù)表示:R=f(v,d,ρ,μ)用量綱分析的方法，經(jīng)推導(dǎo)整理：Ψ－阻力系數(shù)粘性摩擦阻力區(qū)（層流區(qū)、斯托克斯區(qū)）條件：Re<=1,α=24,k=1Re=vdρ/μ通式中阻力系數(shù)為ψ=3π/Re該系數(shù)可通過理論分析得到。阻力系數(shù)與雷諾數(shù)之間為直線關(guān)系。R=(3π/Re)d2ρv2或R=3πμdv適用于：粉狀物料、霧滴在空氣中沉降。只計(jì)粘性阻力，不考慮壓差阻力。過渡區(qū)（阿連區(qū)）粘性阻力與壓差阻力同數(shù)量級(jí)。條件：1<Re≤500,α=10,k=1/2實(shí)際應(yīng)用Re=2~300較好。適用于：一般細(xì)物料，如細(xì)粒煤炭、石英砂等在水或空氣中沉降。3)壓差阻力區(qū)（牛頓區(qū)）顆粒體積較大，運(yùn)動(dòng)速度較快，發(fā)生面層分離，在顆粒尾部全部形成旋渦區(qū)，此時(shí)壓差阻力占主要地位。條件：500<Re<=2*105,α=0.44,k=0c=0.44RN=0.055πdA2ρv2或RN=（π/20~π/16）d2ρv2通式中的阻力系數(shù)為ψ=（π/20~π/16）≈π/18阻力二次方定律。牛頓建立的，故稱牛頓公式適用于一般塊狀物料在空氣或水中沉降時(shí)阻力的計(jì)算，在計(jì)算中只計(jì)壓差阻力，而不計(jì)粘性阻力。阻力系數(shù)實(shí)驗(yàn)曲線阻力系數(shù)ψ只是礦粒形狀及雷諾數(shù)Re的函數(shù)。但是ψ與Re之間的函數(shù)關(guān)系，至今尚無用理論將它求導(dǎo)出來，只有依靠實(shí)驗(yàn)的方法。英國物理學(xué)家李萊(L·Rayleigh)總結(jié)了大量實(shí)驗(yàn)資料，并在對(duì)數(shù)坐標(biāo)上作出了各種不同形狀顆粒在流體介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，雷諾數(shù)Re與阻力系數(shù)ψ間的關(guān)系曲線。不規(guī)則形狀礦粒的雷諾數(shù)Re與阻力系數(shù)ψ間的關(guān)系曲線如圖2-2-2所示．3、顆粒在靜止介質(zhì)中的自由沉降自由沉降——單個(gè)顆粒在無限空間介質(zhì)中的沉降。只受介質(zhì)阻力，不受其它顆粒及器壁的影響。1)球形顆粒在靜止介質(zhì)中的自由沉降末速a球形顆粒在介質(zhì)中沉降末速的通式阻力R重力G0上式可改為：dv/dt=g0–aa——阻力加速度，與顆粒及介質(zhì)的密度、粒度、沉降未速有關(guān)。物體從靜止開始，由于dv/dt作用，使v增加，后因?yàn)樽枇﹄S速度不斷增加，反過來使dv/dt下降。當(dāng)R=G0時(shí)，力平衡，加速度=0，使物體運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到最大值，這時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度以v0表示，稱沉降未速。R=G0得 (2-2-12）————自由沉降未速通式。式中：δ大，dρ大，則v0大；δ、d一定，ρ大，v0小。式中的阻力系數(shù)是v=v0是時(shí)的值，由Re確定。當(dāng)已知顆粒在介質(zhì)中的沉降未速時(shí)，由上式可求顆粒粒徑。（2-2-13）由于ψ~f(Re),而Re=vdρ/μ，直接用（2-2-12）、（2-2-13）求v0、d困難。用通式計(jì)算d和v0劉農(nóng)(R·Lunnon)提出，為了確定與已知d(或已知v0)相對(duì)應(yīng)ψ與Re,必須找出一個(gè)中間參數(shù)通過計(jì)算，以下兩個(gè)無量綱數(shù)分別只含d或v0用ψ=f(Re)曲線畫出（對(duì)數(shù)座標(biāo)）Re2ψ—Re曲線和ψ/Re—Re曲線。特定條件下顆粒在介質(zhì)中自由沉降末速公式1、斯托克斯沉降末速(TerminalVelocity)計(jì)算公式當(dāng)G0=R時(shí)，式上為顆粒相對(duì)于介質(zhì)的有效密度，或稱比密度適用范圍：Re≤1，應(yīng)用時(shí)，先知Re范圍好求，但往往事先難以知道雷諾數(shù)范圍。2、阿連v0計(jì)算式當(dāng)R=G時(shí)，即用CGS制單位或當(dāng)R=G時(shí)3、牛頓-雷廷智v0計(jì)算公式當(dāng)R=G時(shí)采用CGS制：以上各公式在特定的區(qū)域內(nèi)使用，但可寫為以下統(tǒng)一形式，其系數(shù)可在表2-3中查取。還可用中間參數(shù)辦法確定Re值，定出阻力區(qū)，再用公式計(jì)算。二、礦粒在靜止介質(zhì)中的自由沉降速度1、計(jì)算公式礦粒的沉降其沉降末速依然取決于礦粒的自身密度和粒度這兩個(gè)主要因素，形狀的影響有限。礦粒的密度和體積當(dāng)量直徑與球形顆粒相同時(shí)，由于形狀引起的沉降速度差別，歸結(jié)為阻力系數(shù)的不同。前述計(jì)算球形顆粒沉降末速的公式，仍然可以用于計(jì)算礦粒的沉降末速，計(jì)算時(shí)，將d用dV代替，將阻力系數(shù)用礦粒的阻力系數(shù)ψk值。即礦粒沉降末速v0k為：(2-2-23)當(dāng)球形顆粒與礦粒同一密度，dV=d時(shí)，有（2-67）則v0k=Φv0(2-68)式中Φ——礦粒沉降速度形狀修正系數(shù)，形狀系數(shù)。形狀系數(shù)與球形系數(shù)，相近，見表2-2-2。可以形狀系數(shù)替球形系數(shù)。礦粒篩分粒度與體積當(dāng)量直徑可換算，見表2-2-3。不規(guī)則礦粒的沉降末速用球形系數(shù)χ代替形狀系數(shù)Φ2、自由沉降的等沉現(xiàn)象與等沉比一、等沉現(xiàn)象、等沉粒和等沉比由于顆粒的沉降末速同時(shí)與顆粒的密度、粒度和形狀有關(guān)，因而在同一介質(zhì)內(nèi)，密度、粒度、形狀不同的顆粒在特定條件下可以有相同的沉降速度。這樣的現(xiàn)象稱為“等沉現(xiàn)象”。有相同沉降速度的顆粒稱等沉粒，其中密度小與密度大的顆粒粒度之比稱等沉比。兩等沉粒，其密度和粒度分別以dV1、d1及dV2、d2表示，設(shè)d2>d1，v01=v02,因此有，dV1>dV2等沉比e0：e0=dV1/dV2>1dV1/dV2<e0時(shí)，v02>v01,密度大顆粒沉降快在下面；dV1/dV2=e0時(shí)，v02=v01,兩種顆粒沉降時(shí)不分上下；dV1/dV2>e0時(shí)，v02<v01,密度低而粒度大顆粒沉降快。要使性質(zhì)不同的物料能按密度差異分離，必須使密度不同的顆粒的粒度比小于等沉比。即粒度需控制在一定范圍內(nèi)，范圍越窄，dV1/dV2越小，越小于e0。等沉比對(duì)一定性質(zhì)的兩種顆粒是一定的。二、等沉比的計(jì)算（一）用通式求等沉比對(duì)兩不同密度顆粒兩末速相等時(shí)，有應(yīng)用三個(gè)區(qū)域的計(jì)算公式(1)斯托克斯區(qū)域,對(duì)不規(guī)則礦粒(2)阿連區(qū)域(3)牛頓區(qū)域(4)統(tǒng)一形式式中指數(shù)m,n與Re數(shù)有關(guān)。三、影響等沉比的因素從計(jì)算e0的公式可知，任何兩種礦粒若是等沉粒，它們的等沉比不是一成不變的，因?yàn)槌说V粒的密度因素之外，e0的大小還與其它一些因素有關(guān)。(一)介質(zhì)密度r的影響等沉比與介質(zhì)密度r有關(guān)，是隨介質(zhì)密度的增加而增大。例如，密度為1400kg/m3的煤粒與密度為2200kg/m3的矸石，在空氣中其等沉比e0=1·58,而在水中，則等沉比e0=2.75。說明在高密度介質(zhì)中，礦粒的密度差對(duì)被選物料的影響，比在低密度介質(zhì)中更加明顯。分選介質(zhì)密度的增大，允許被選物料的粒度差別也相應(yīng)加大，若被選物料的粒級(jí)不變情況下，那么在分選過程中不同性質(zhì)顆粒密度差的影響更居主導(dǎo)作用，必然其分選效果更好。如水為分選介質(zhì)比以空氣為分選介質(zhì)的選分效果好，實(shí)踐也證明了這一點(diǎn)。(二)等沉速度uo的影響等沉比與礦粒沉降時(shí)的阻力系數(shù)有關(guān)。而阻力系數(shù)又是礦粒沉降速度及其形狀的函數(shù)。因此，兩等沉粒的粒度比值不是常數(shù)，而是隨其沉降速度和形狀的改變而變化。當(dāng)形狀一定時(shí)，從式看出，其指數(shù)m和n，是隨著v0和Re增大而變大的，所以等沉比也隨之增大。例如，有個(gè)兩等沉粒，一是石英，d1=2650kg/m3，另一是方鉛礦，d2=7500kg/m3，當(dāng)?shù)瘸了俣葀0=l2cm/s，則等沉比e0=2.42，若等沉速度巧=60cm/s時(shí)，則e0=3·42。這意味著兩種礦粒若形狀相近而密度一定時(shí)，等沉速度快是因礦粒粒度大。而粗粒物料的等沉比e0要比細(xì)粒物料的等沉比大。兩種密度不同的顆粒，密度差別對(duì)它們運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響，是粗粒級(jí)物料比細(xì)粒級(jí)物料更加明顯。粗粒度物料比細(xì)粒度選分效果好的原因。(三)顆粒形狀的影響兩等沉粒形狀差別大，等沉比大。2.2.2顆粒的干擾沉降規(guī)律一、干擾沉降的特點(diǎn)及常見類型1、干擾沉降的特點(diǎn)干擾沉降——粒群在有限的介質(zhì)范圍沉降。除自由沉降要考慮的各因素外，還有粒群及壁面的影響。這些附加影響主要是：（1）顆粒沉降時(shí)與介質(zhì)相對(duì)速度增大；因?yàn)榱Ｈ褐腥我活w粒沉降的同時(shí)，其周圍顆粒也在沉降，這就勢(shì)必將下部的介質(zhì)擠到上面來，從而引起一股附加的上升水流。那么對(duì)任一沉降顆粒而言，使它與介質(zhì)間的相對(duì)速度增大，導(dǎo)致介質(zhì)阻力增加，相比自由沉降顆粒運(yùn)動(dòng)速度變小；（2）粒級(jí)過寬時(shí)顆粒沉降浮力大；如顆粒群的粒度級(jí)別過寬時(shí)，對(duì)于其中粒度大的顆粒，其周圍粒群與介質(zhì)構(gòu)成了重懸浮液，從而使顆粒的沉降環(huán)境變成了液固兩相流介質(zhì)，其密度大于水的密度。因此，顆粒所受的浮力作用比水為大，這也導(dǎo)致了顆粒沉降速度的減小原因之一；（3）機(jī)械阻力的產(chǎn)生；處于運(yùn)動(dòng)中的粒群，顆粒之間、顆粒與器壁之間，必然產(chǎn)生碰撞與摩擦，致使每個(gè)沉降顆粒除受介質(zhì)阻力外，還受機(jī)械阻力，因而，速度也減弱。（4）介質(zhì)的粘滯性增大。由于粒群中任一顆粒的沉降，都使周圍流體運(yùn)動(dòng)?；诠腆w顆粒的大量存在，且又不像液體那樣易于移位，結(jié)果介質(zhì)的流動(dòng)受到更大的阻力，相當(dāng)于使流體粘滯性增高，于是在沉降過程中的顆粒受到更大的介質(zhì)阻力。顯然，由于顆粒粒群存在，將使顆粒沉降的阻力增大，所以干擾沉降速度小于自由沉降速度。2、容積濃度及松散度固體容積濃度，介質(zhì)中固體顆粒的體積含量，單位體積懸浮液內(nèi)固體顆粒占有的體積。l=Vg/V*100%式中Vg——懸浮液內(nèi)固體顆粒所占體積；V——懸浮液中固體與液體所占體積之總和。松散度q——單位體積懸浮液內(nèi)液體所占的體積。q=1-ll大，或q小，干擾顯著，阻力大，沉速小。3、干擾沉降的類型（1）顆粒在密度、粒度均勻的粒群中沉降；（2）顆粒在粒度相同而密度不同的粒群中沉降；（3）顆粒在粒度、密度、形狀均不同的粒群中沉降；（4）粗顆粒在微細(xì)分散的懸浮液中沉降。干擾沉降沉降過程十分復(fù)雜，因素多，有偶然性，一般借助實(shí)驗(yàn)手段，才能使問題得以解決。二、均勻粒群的干擾沉降許多研究者做過工作，提出過許多觀點(diǎn)，建立了各種計(jì)算公式。但研究者所用的試驗(yàn)?zāi)M的條件與實(shí)際的干擾沉降過程相差很大，難以反映實(shí)際過程。Munroe、Francis等視干擾沉降為單顆粒在窄管中的沉降。與實(shí)際不符。Richards、A.M.Gaudin認(rèn)為粒群改變了介質(zhì)的性質(zhì)。如密度、粘性等，誤差較大。利亞申柯在廣泛的基礎(chǔ)上研究了干擾沉降的問題。里亞申何所用的試驗(yàn)裝置，如圖2-16所示。其裝置采用直徑為30—50mm垂直置放的干擾沉降玻璃管，在靠近下部有用以支承粒群的篩網(wǎng)，玻璃管旁側(cè)與一個(gè)或沿縱高配置的數(shù)個(gè)測(cè)壓管相連。干擾沉降管的底端與使介質(zhì)流能穩(wěn)定上升的渦流管連通，介質(zhì)流經(jīng)給水管沿切線方向給入渦流管，使水在旋轉(zhuǎn)中上升，造成管內(nèi)介質(zhì)均勻分布。沉降管上端的溢流糟，用以收集介質(zhì)和粒群之用。當(dāng)試驗(yàn)完畢后，拔出渦流管下部的橡膠塞，可將干擾沉降管中的介質(zhì)全部放出。為便于實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，利亞申柯首先研究粒度和密度均一的粒群在上升介質(zhì)流中的懸浮情況。當(dāng)粒群在一定上升流中處于懸浮管某一位置時(shí)，按相對(duì)性原理，此時(shí)上升介質(zhì)流速可視為粒群中任一顆粒的干擾沉降速度。

李亞申柯將一組粒度和密度均一的粒群置于上升介質(zhì)流中懸浮。當(dāng)粒群從總體上看位于空間某固定位置時(shí)，按照相對(duì)性概念，此時(shí)介質(zhì)在凈斷面上的上升流速可以視為粒群中任一顆粒的干擾沉降速度。

由測(cè)壓管內(nèi)的液面上升高度可以讀出連接點(diǎn)處介質(zhì)內(nèi)部的靜壓強(qiáng)。

試驗(yàn)過程：將試驗(yàn)用物料預(yù)先投放到篩網(wǎng)上，由下部給入清水后，粒群就在管內(nèi)上升懸浮。對(duì)應(yīng)于一定的給水量，粒群的懸浮高度也是一定的。測(cè)量上部溢溜槽流出的水量Q，根據(jù)懸浮管的斷面積A，可以算出水流在管內(nèi)凈斷面的流速Ua。

Ua=Q/A根據(jù)李亞申柯試驗(yàn)可以得到一下結(jié)論：1）當(dāng)介質(zhì)流速ua為零時(shí)，粒群在篩網(wǎng)上保持自然堆積狀態(tài)。ua達(dá)一定值,懸浮，與v0有關(guān)。2)在ua不變時(shí),一定量∑G的粒群H一定?！艷/H=Const此時(shí),松散度亦為常數(shù)。3)增大ua，H隨之升高，松散度θ也相應(yīng)增大,反之亦變。Vg不是定值,是λ函數(shù)。三、顆粒的干擾沉降速度公式1、顆粒的干擾沉降速度公式

干擾沉降時(shí)每個(gè)顆粒受到的各種阻力之和為

當(dāng)所受重力與阻力相等時(shí),干擾沉降vg根據(jù)上升水速，利用式可以計(jì)算相應(yīng)的干擾沉降阻力系數(shù)，在同樣條件下，測(cè)定沉降管中懸浮體在不同水速條件下的懸浮高度，利用下式可以計(jì)算出相應(yīng)的容積濃度λ。將容積濃度λ與其相對(duì)應(yīng)的阻力系數(shù)ψg值的變化關(guān)系繪制在對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上，可以發(fā)現(xiàn)lgψg與lg（1-λ）間具有直線關(guān)系：式中：k是直線斜率，與物料性質(zhì)有關(guān)。

ψ是自由沉降的阻力系數(shù)，lgψ是直線截距。

當(dāng)λ=0時(shí)，為自由沉降，此時(shí)，ψg=ψ式中：n——與礦粒性質(zhì)有關(guān)的實(shí)驗(yàn)指數(shù)，n>2n的求法，有二種方法，一種為以lg(1-λ)為橫軸,以lgua或lgvg為縱軸.求n.另一種,最大沉淀度法。3、干擾沉降的等沉比將兩種礦物的寬級(jí)別粒群視為由多個(gè)窄級(jí)別組成。將這個(gè)混合粒群置于上升介質(zhì)流中懸浮，可以發(fā)現(xiàn)懸浮柱的松散度也是自下而上地增大，顆粒粒度也是自下而上地減小。降低介質(zhì)流速，在保持床層松散的條件下，可以在下層獲得純凈的重礦物顆粒，在上部出純凈的輕礦物細(xì)顆粒，而在中間段相當(dāng)高的范圍內(nèi)是混雜層，這種現(xiàn)象是由于重礦物顆粒對(duì)某一粒級(jí)的輕礦物發(fā)生了分層，而對(duì)另一種稍粗的輕礦物顆粒又未能分層。改變上升介質(zhì)流速，這種情況不變，但同一層間的輕礦物和重礦物的粒度比值會(huì)發(fā)生變化。我們將各層中處于混雜狀態(tài)的輕、重礦物顆粒視為等沉顆粒，這些等沉的輕礦物顆粒與重礦物顆粒的粒度比——干涉沉降等沉比eg。eg=dV1/dv2因等沉:v01(1-λ01)n1=v02(1-λ02)n2若n1=n2=n利用前面公式得:由(2-2-32)得出:渦流區(qū):n=2.39摩擦阻力區(qū):n=4.78顆?；祀s時(shí),同樣大的顆粒間隙,粒度小,容積濃度大,松散大.粒度大者,容積濃度小,故(1-λ02)>(1-λ02)eg>e0干擾沉降等沉比總大于自由沉降等沉比,可隨容積濃度的減小而降低。

第三講周次第3周，第1次課備注章節(jié)名稱第三章水力分級(jí)授課方式理論課(√)；實(shí)驗(yàn)課()；其它()教學(xué)目的及要求引導(dǎo)學(xué)生初步建立“水力分級(jí)概念”，要求學(xué)生建立水力分級(jí)的基本觀念，掌握水力分級(jí)的基本方法和主要設(shè)備。教學(xué)重點(diǎn)初步了解水力分級(jí)的基本概念，強(qiáng)調(diào)課程理論性和實(shí)踐性較強(qiáng)。教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)手段主要有常規(guī)教學(xué)、多媒體教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)常規(guī)教學(xué)、多媒體教學(xué)教學(xué)方法設(shè)置問題情景，采用啟發(fā)式教學(xué)方法教學(xué)內(nèi)容提要時(shí)間分配第一節(jié)概述第二節(jié)水力分析第三節(jié)水力分級(jí)設(shè)備討論、練習(xí)、作業(yè)參考資料課后分析明確水力分級(jí)的概念，了解水力分析的方法，掌握主要的水力分級(jí)設(shè)備第三章水力分級(jí)3.1概述1、水力分級(jí)水力分級(jí)是根據(jù)礦粒在運(yùn)動(dòng)介質(zhì)中沉降速度的不同，將粒度級(jí)別較寬的礦粒群，分成若干窄粒度級(jí)別產(chǎn)物的過程。2、水力分級(jí)與篩分比較水力分級(jí)和篩分的性質(zhì)相同。篩分比較嚴(yán)格地按幾何尺寸分開，篩分產(chǎn)物具有嚴(yán)格的粒度界限。水力分級(jí)則是按沉降速度差分開。礦粒的形狀、密度以及沉降條件對(duì)按粒度分級(jí)均有影響，因而分級(jí)不是嚴(yán)格按粒級(jí)進(jìn)行的，具有較寬的粒度范圍。它們的主要區(qū)別見表2-3-1。類別工作原理產(chǎn)物特性工作效率應(yīng)用范圍篩分嚴(yán)格按粒度分級(jí)同級(jí)產(chǎn)物中粒度大小比較均勻，平均直徑相同對(duì)細(xì)粒物料篩分效率較低大于2-3mm的物料分級(jí)按沉降速度分級(jí)，密度對(duì)按粒度分級(jí)有影響同級(jí)產(chǎn)物中主要是等降顆粒。大密度礦粒平均直徑比小密度礦粒平均直徑小處理細(xì)粒物料效率比篩分法高一般用于不小于2-3mm的物料表2-3-1水力分級(jí)與篩分的區(qū)別3、分級(jí)的界線粒度1）分級(jí)產(chǎn)物的粒度分級(jí)產(chǎn)物的粒度以該產(chǎn)物的粒度范圍（如0.25-0.5mm)表示，或分級(jí)產(chǎn)物的粒度(如大于或小于0.074mm)在該產(chǎn)物中的含量表示。它僅說明分級(jí)產(chǎn)物的粒度范圍，而不能表示出兩種分級(jí)產(chǎn)品的分界粒度。2）分級(jí)的分界粒度a)分級(jí)粒度分級(jí)粒度是指按沉降速度計(jì)算的分開兩種產(chǎn)物的臨界顆粒的粒度。b)分離粒度分離粒度指實(shí)際進(jìn)人沉砂和溢流中分配率各占50%的極窄粒級(jí)的平均粒度。大于分離粒度的顆粒大多進(jìn)入沉砂中，小于分離粒度的顆粒大多進(jìn)入溢流中。4、水力分級(jí)介質(zhì)流形式及判斷式垂直運(yùn)動(dòng)。v=v0-ua(2-3-1)式中v?！V粒在靜止介質(zhì)中的沉降末速;ua—上升介質(zhì)流速。接近水平、或回轉(zhuǎn)5、分級(jí)過程分級(jí)過程的示意圖見圖2-3-1(a)，沉降末速大于上升介質(zhì)流速的礦粒下沉到分級(jí)設(shè)備的底部，作為沉砂或底流排出；沉降末速小于上升介質(zhì)流速的細(xì)粒級(jí)產(chǎn)物從上端溢出，成為溢流。如果要得到多個(gè)粒級(jí)產(chǎn)物，則可將溢流(或沉砂)在依次減小(或增大)的上升水流中繼續(xù)進(jìn)行分級(jí)。在接近水平流中進(jìn)行分級(jí)時(shí)，最粗的顆粒較早地沉降下來，中等及細(xì)粒級(jí)的顆粒依次沉降下來，故在各分級(jí)室可得到不同粒度的沉砂，如圖2-3-1(b)所示。最細(xì)粒級(jí)由分級(jí)室末端溢出。在回轉(zhuǎn)流中，顆粒根據(jù)徑向速度差分離。介質(zhì)的向心運(yùn)動(dòng)速度是決定分級(jí)粒度的基本因素。6、水力分級(jí)在選礦中的應(yīng)用1）與磨礦作業(yè)構(gòu)成閉路作業(yè)，及時(shí)分出合格粒度產(chǎn)物，以減少過磨。2）在某些重選作業(yè)(如搖床選、溜槽選等)之前，作為準(zhǔn)備作業(yè)，對(duì)原料進(jìn)行分級(jí)，分級(jí)后的產(chǎn)物，分別給人不同設(shè)備或在不同操作條件下進(jìn)行分選。3）對(duì)原礦或選后產(chǎn)物進(jìn)行脫泥或脫水。4）在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，測(cè)定微細(xì)物料的粒度組成。3.2水力分析水力分析(簡(jiǎn)稱水析)是借測(cè)定顆粒的沉降速度間接測(cè)量顆粒粒度組成的方法。范圍：常用于小于0.lmm物料的粒度組成測(cè)定。常用水析法有三種:重力沉降法、上升水流法和離心沉降法。測(cè)定條件：自由沉降，懸浮液的固體容積濃度小于3%。計(jì)算公式：斯托克斯沉降速度公式式中h——沉降距離，mit——沉降時(shí)間，s;其他符號(hào)意義同前。為了防止水析過程中固體顆粒團(tuán)聚，通常加入水玻璃等分散劑，濃度:0.01%~0.02%。3.2.1沉降水析法原理：逐步縮短沉降時(shí)間，由細(xì)至粗將各粒級(jí)物料淘析出來。實(shí)驗(yàn)裝置：步驟：1）算出粒度為d的礦粒在水中沉降h所用時(shí)間t；2）將礦漿倒入杯中，（礦漿液固比6:1），加清水至零刻度，攪拌。（容積濃度<3%）。3）靜置，沉降，經(jīng)t時(shí)段，用虹吸管將h上部的礦漿全部吸出；（小于分級(jí)粒度）4）杯中補(bǔ)加清水，重復(fù)上述步驟，直至吸出液體中不含小于分級(jí)粒度的礦粒為止；5）烘干，稱重，化驗(yàn)。對(duì)多粒級(jí)類似，多做幾步。此法簡(jiǎn)單、可靠，但費(fèi)時(shí)、費(fèi)工。用于校核。3.2.2上升水流法1、原理：利用相同的上升水量，在不同直徑的分級(jí)管中，產(chǎn)生不同的上升水速，粒度不同的礦粒按其不同沉降速度，分成若干粒級(jí)。2、裝置：如圖2-3-3所示為一組四管水析器，該水析器除主要工作部件分級(jí)管外，還有給水裝置、水玻璃添加裝置、給礦裝置和溢流接收裝置等。3、分級(jí)管的直徑由給水量和分級(jí)粒度確定。如分級(jí)管斷面積為A，給水量為Q，分級(jí)管的內(nèi)徑為D，則存在如下關(guān)系:在每個(gè)分級(jí)管中，沉降速度uo大于管內(nèi)上升水流速度ua的顆粒便沉降下來，小于u0的顆粒便進(jìn)入下一個(gè)分級(jí)管內(nèi)依次進(jìn)行分級(jí)。在每個(gè)分級(jí)管內(nèi)保持懸浮的顆粒即是該次分級(jí)的臨界粒度。每次水析的試料約為50g，裝入帶攪拌器的玻璃杯內(nèi)，給礦前備分級(jí)管及連續(xù)管內(nèi)均充滿水，打開管夾使礦漿流人各分級(jí)管內(nèi)。在一般情況下給料時(shí)間約1·5h，2h后停止攪拌，大約6h后停止給水(以溢流水是否清澈為準(zhǔn))。然后用夾子夾住各分級(jí)管下端的軟膠管，按粗細(xì)順序?qū)⒏髁＜?jí)產(chǎn)物清洗排出，進(jìn)行澄清、過濾、烘干、稱重、化驗(yàn)等一系列處理。這種連續(xù)水析器一次可獲得多級(jí)產(chǎn)品，操作簡(jiǎn)便，只要保持工作正常(及時(shí)放出管內(nèi)氣泡且不使礦粒堵塞膠管)，所得結(jié)果就較為準(zhǔn)確，但水析時(shí)間較長。3.2.3離心沉降法原理：使分級(jí)過程在離心力場(chǎng)中進(jìn)行。旋流水析器內(nèi)顆粒的徑向沉降速度依然可按斯托克斯公式求出，僅需用離心加速度取代重力加速度。離心沉降法所用裝置：串聯(lián)旋流分級(jí)器，也稱旋流水析器，其基本原理是其結(jié)構(gòu)如圖2-3-4所示。它是由五個(gè)倒置(底流口垂直向上，水力旋流器互相串聯(lián)并平行排列所組成的。實(shí)驗(yàn)過程：每個(gè)旋流器的沉砂口都與裝有排料閥的接料槽相通，試驗(yàn)時(shí)排料閥是關(guān)閉的。水經(jīng)水泵從水槽抽出，控制轉(zhuǎn)子流量計(jì)保持一定流量，通過流量控制閥給人第1號(hào)旋流器，因沉砂口排料閥關(guān)閉，底流存留在錐體底部，而溢流則進(jìn)入第2號(hào)旋流器。以此類推，由第l到第5號(hào)旋流器溢流口和進(jìn)料口直徑依次逐漸減小，旋流器分級(jí)粒度也相應(yīng)逐漸減小。因此，物料分級(jí)完成后，第一個(gè)旋流器底流產(chǎn)品粒級(jí)最粗，最細(xì)粒級(jí)產(chǎn)物則是最后一個(gè)旋流器的溢流。試樣小于75μm，每次用量以小于100g為宜，從試料容器中給入，約經(jīng)30min，分級(jí)過程完畢，取出各旋流器內(nèi)的底流經(jīng)過濾、烘干、稱重和化驗(yàn)。可見旋流水析儀比連續(xù)水析器分級(jí)速度快。3.3水力分級(jí)設(shè)備水力分級(jí)設(shè)備都是利用礦粒在水介質(zhì)中沉降速度的不同，在重力場(chǎng)或離心力場(chǎng)中完成分級(jí)過程的。在選煤廠中水力分級(jí)主要用在煤泥水的處理過程，包括沉淀、濃縮、脫水，屬于選煤工藝過程中的輔助作業(yè)。在金屬選礦廠中，水力分級(jí)是用于對(duì)人選原料進(jìn)行分級(jí)，以獲得幾個(gè)窄級(jí)別物料，分別給入重選設(shè)備中進(jìn)行分級(jí)選礦，或用于重選廠原礦準(zhǔn)備。本節(jié)介紹機(jī)械分級(jí)機(jī)和水力旋流器，一般水力分級(jí)設(shè)備在固液分離技術(shù)（煤泥水處理）中介紹。3.3.1機(jī)械分級(jí)機(jī)機(jī)械分級(jí)機(jī)：具有提升運(yùn)輸沉砂機(jī)構(gòu)的分級(jí)機(jī)。原理：借顆粒在水介質(zhì)中的沉降速度差進(jìn)行的。應(yīng)用：與磨礦機(jī)配合工作進(jìn)行預(yù)先分級(jí)和檢查分級(jí)，還可以用于含泥礦石的洗礦以及進(jìn)行脫泥、脫水。分類：螺旋分級(jí)機(jī)、耙式分級(jí)機(jī)和浮槽分級(jí)機(jī)等。螺旋分級(jí)機(jī)是利用轉(zhuǎn)動(dòng)的螺旋連續(xù)排出沉砂。構(gòu)造簡(jiǎn)單、操作方便.根據(jù)螺旋數(shù)目的不同，可分為單螺旋分級(jí)機(jī)和雙螺旋分級(jí)機(jī)。根據(jù)分級(jí)機(jī)溢流堰的高低，又可分為高堰式、低堰式、沉沒式三種。l.螺旋分級(jí)機(jī)的構(gòu)造及工作過程傾角:分級(jí)槽傾角一般為120-18.50;形狀:槽的底部為半圓形;給礦:礦漿從槽的中間部位進(jìn)料口7給入,在分級(jí)槽下端的分級(jí)帶完成分級(jí)。排料:細(xì)粒級(jí)經(jīng)溢流堰8隨溢流排出口9排走。粗粒級(jí)沉降后，由螺旋1將其運(yùn)至沉砂排出口10。傳動(dòng):螺旋安裝在中空主軸3上，上端設(shè)有傳動(dòng)裝置5，軸的下端置于提升機(jī)構(gòu)之內(nèi)，必要時(shí)可調(diào)節(jié)螺旋在槽內(nèi)的高度。連續(xù)不斷給入礦漿，則溢流與沉砂也就連續(xù)分別排出。若分級(jí)機(jī)與磨礦機(jī)構(gòu)成閉路，則分級(jí)機(jī)的沉砂經(jīng)溜槽進(jìn)人磨礦機(jī)再磨，送回磨礦機(jī)的沉砂稱“返砂”。2.影響螺旋分級(jí)機(jī)工藝效果的因素分級(jí)機(jī)的工作質(zhì)量：1)沉砂中小于分級(jí)粒度的細(xì)粒級(jí)含量;2)溢流中大于分級(jí)粒度的粗粒級(jí)含量;3)沉砂水分的高低.分級(jí)機(jī)的生產(chǎn)能力：1)按溢流中固體含量計(jì)算的生產(chǎn)量;2)按沉砂中固體含量計(jì)算的生產(chǎn)量。影響分級(jí)機(jī)工藝效果的主要因素：1）礦石性質(zhì)密度:礦石密度越大生產(chǎn)能力也越高(幾乎正比)。粒度組成和含泥量:反映在礦漿的粘度上，粘度增大，礦粒沉降速度減少，處理能力和分級(jí)的精確性均降低，因此，當(dāng)?shù)V泥含量較高時(shí)，常采用降低分級(jí)濃度，但這又導(dǎo)致處理量的降低。適量礦泥，增加礦漿的粘性，可抑制螺旋攪動(dòng)時(shí)引起礦漿紊動(dòng)的發(fā)展。2）螺旋的轉(zhuǎn)速：影響液面的攪動(dòng)程度和運(yùn)輸返砂的能力，轉(zhuǎn)速與螺旋直徑成反比。粗粒分級(jí)可有較大的攪動(dòng)程度而不致影響顆粒的沉降。細(xì)顆粒分級(jí)則應(yīng)避免強(qiáng)烈攪動(dòng)，其螺旋運(yùn)轉(zhuǎn)速度達(dá)到足以將返砂沿外槽運(yùn)出即可。3）給礦濃度影響分級(jí)粒度，處理能力。增大礦漿濃度，沉降的干涉程度變大，顆粒的沉降速度將變小。使溢流的粒度變粗。對(duì)一定的礦石應(yīng)用其最適宜的臨界礦漿濃度.此濃度下，保持固體生產(chǎn)率一定，則可得到最細(xì)的分級(jí)粒度;保持一定的分級(jí)粒度，則可得到最大的生產(chǎn)率。溢流濃度一般每隔20~30min測(cè)定一次，以確保對(duì)分級(jí)粒度的控制。3.3.2水力旋流器1、概述在重力場(chǎng)中，由于重力加速度g為定值，使微細(xì)顆粒的沉降速度受到限制，設(shè)備的處理能力和分選效果亦難以提高。為了強(qiáng)化分級(jí)和選分作業(yè)，利用回轉(zhuǎn)流產(chǎn)生的慣性離心力大大提高了顆粒的運(yùn)動(dòng)速度。實(shí)現(xiàn)礦漿作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的方法：1）礦漿在壓力作用下沿切線給人圓形分選容器中,例如各種型式的旋流器;2）借回轉(zhuǎn)的圓鼓帶動(dòng)礦漿作圓周運(yùn)動(dòng)，例如各種臥式離心選礦機(jī)和臥式離心脫水機(jī)屬于這種。離心加速度aa=ω2r=ut2/r式中r一一圓形分選器的半徑，m;ω一一回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的角速度，rad/s;ut一一回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的切向速度，m/s。離心力強(qiáng)度為i=a/g=ω2r/g重力選礦中所用離心力有的可比重力大數(shù)十倍以上，因此大大強(qiáng)化了分選過程。分級(jí)的設(shè)備，并也用于濃縮、脫泥(也可以脫砂)、以至于分選。它的構(gòu)造簡(jiǎn)單，便于制造，處理量大，且工藝效果良好，因而在問世后迅速得以推廣應(yīng)用。旋流器的結(jié)構(gòu)：空心圓柱體和圓錐體連接而成。圓柱體的直徑代表旋流器的規(guī)格.溢流管，沿切線方向給礦管，沉砂(或稱底流)口。2、水力旋流器分級(jí)原理礦漿在一定壓力下通過切向進(jìn)料口給人旋流器，于是在旋流器內(nèi)形成一個(gè)回轉(zhuǎn)流。在旋流器中心處礦漿回轉(zhuǎn)速度達(dá)到最大，因而產(chǎn)生的離心力亦最大。礦漿向周圍擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，在中心軸周圍形成了一個(gè)低壓帶。此時(shí)通過沉砂口吸入空氣，而在中心軸處形成一個(gè)低壓空氣柱。作用于旋流器內(nèi)礦粒上的離心力與礦粒的質(zhì)量成正比，因而在礦粒密度接近時(shí)便可按粒度大小分級(jí)。礦漿在旋流器內(nèi)既有切向回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，又有向內(nèi)的徑向運(yùn)動(dòng)，而靠近中心的礦漿又沿軸向向上(溢流管)運(yùn)動(dòng)，外圍礦漿則主要向下(沉砂口)運(yùn)動(dòng)。所以它屬于三維空間運(yùn)動(dòng)。零速包絡(luò)面——在軸向，礦漿存在一個(gè)方向轉(zhuǎn)變的零速點(diǎn)，連接各點(diǎn)在空間構(gòu)成的一近似錐形的面(見圖2-3-8)。細(xì)小顆粒離心沉降速度小，被向心的液流推動(dòng)進(jìn)入零速包絡(luò)面由溢流管排出成為溢流產(chǎn)物;而較粗顆粒則借較大離心力作用，保留在零速包絡(luò)面外，最后由沉砂口排出，成為沉砂產(chǎn)物。零速包絡(luò)面的位置大致決定了分級(jí)粒度。3、水力旋流器的工藝計(jì)算（1）旋流器的處理能力Q（L/min）（2）旋流器的分離粒度4、影響水力旋流器的因素影響水力旋流器工作的因素包括結(jié)構(gòu)參數(shù)、操作條件和礦石性質(zhì)等。旋流器的直徑D、給礦口直徑dG和溢流口直徑dy，是影響處理量Q和分級(jí)粒度df的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。礦漿體積處理量與旋流器直徑的關(guān)系為:Q∝D2分級(jí)粒度與旋流器直徑的關(guān)系：dF∝√D因此，進(jìn)行粗分級(jí)時(shí)常選用較大直徑旋流器;在細(xì)分級(jí)時(shí)則用小直徑旋流器。處理能力不夠時(shí)，可以將多臺(tái)并聯(lián)使用。（1）給礦管直徑dG對(duì)旋流器工作的影響給礦口的大小對(duì)處理能力、分離粒度以及分級(jí)效率均有一定影響。其直徑常與旋流器直徑呈一定比例，大多dG=(0.08~0.25)D。給礦口的橫斷面形狀以矩形為好。而縱斷面常為圖2-3-9(a)所示的切線形。由于這種進(jìn)料方式易使礦漿在進(jìn)入旋流器時(shí)與器壁沖擊產(chǎn)生局部旋渦影響分級(jí)效率。因此出現(xiàn)了如圖2-3-9(b)的漸開線形及其他型式的給礦管。(2)溢流管直徑dY對(duì)旋流器工作的影響溢流管大小應(yīng)與旋流器直徑呈一定比例，一般為dY=(0·2~0·4)D。增大溢流管直徑，溢流量增加，溢流粒度變粗，沉砂中細(xì)粒級(jí)減少，沉砂濃度增加。(3)沉砂口直徑dY對(duì)旋流器工作的影響沉砂口直徑常與溢流口直徑比值稱為角錐比。試驗(yàn)得出，角錐比值以3一4為宜，它是改變分級(jí)粒度的有效手段。沉砂口常因磨損而增大排出口面積，使沉砂產(chǎn)量增加，沉砂濃度降低。如果沉砂口過小，粗顆粒在錐頂越積越多，會(huì)引起沉砂口堵塞。沉砂口大小的變化對(duì)旋流器處理能力影響不大。(4)錐角對(duì)旋流器工作的影響細(xì)分級(jí)或脫水用較小的錐角，最小達(dá)100~150;粗分級(jí)或濃縮用用大錐角，達(dá)200一450。旋流器圓柱體高度h一般取h(0.6~1.0)D。溢流管插入深度hy，(0.7~0.8)h，過長或過短均將引起溢流跑粗。(5)給礦壓力p對(duì)旋流器工作的影響提高給礦壓力，礦漿流速增大，可以提高分級(jí)效率和沉砂濃度;處理粗粒物料時(shí)，應(yīng)盡可能采用低壓力(0.05~0.lMPa);只有在處理細(xì)粒及泥質(zhì)物料時(shí)，才采用較高壓力(0.1~0.3MPa)。旋流器的給礦主要有兩種方式:a穩(wěn)壓箱給礦b砂泵直接給礦(6)給礦性質(zhì)對(duì)旋流器工作的影響給礦濃度高，分級(jí)粒度變粗，分級(jí)效率亦將降低。當(dāng)分級(jí)粒度為0.074mm時(shí)，給礦濃度以10%一20%為宜;分級(jí)粒度為0.019mm時(shí)，給礦濃度應(yīng)取5%~10%。用于分級(jí)的旋流器最佳工作狀態(tài)應(yīng)是沉砂呈傘狀噴出，傘的中心有不大的空氣吸入口。

第四講周次第4周，第1次課備注章節(jié)名稱第四章重介質(zhì)選礦授課方式理論課(√)；實(shí)驗(yàn)課()；其它()教學(xué)目的及要求引導(dǎo)學(xué)生初步建立“重介質(zhì)選礦概念”，要求學(xué)生建立重介質(zhì)選礦的基本觀念，了解重介質(zhì)選礦的基本工藝環(huán)節(jié)。教學(xué)重點(diǎn)了解重介質(zhì)選礦的基本概念，掌握主要的重介質(zhì)分選機(jī)和重介懸浮液的性質(zhì)及回收與凈化。教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)手段主要有常規(guī)教學(xué)、多媒體教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)常規(guī)教學(xué)、多媒體教學(xué)教學(xué)方法設(shè)置問題情景，采用啟發(fā)式教學(xué)方法教學(xué)內(nèi)容提要時(shí)間分配第一節(jié)概述重介懸浮液性質(zhì)重介質(zhì)分選機(jī)旋轉(zhuǎn)重介質(zhì)選礦懸浮液的回收與凈化懸浮液自動(dòng)控制干法選煤討論、練習(xí)、作業(yè)參考資料課后分析重介質(zhì)選礦是選礦學(xué)中的重點(diǎn)內(nèi)容，重介質(zhì)選礦系統(tǒng)的好壞直接影響到選礦效果的好壞及產(chǎn)品的質(zhì)量，而加重質(zhì)的選擇會(huì)直接影響到選礦效果，同時(shí)介質(zhì)的凈化回收則有利于減少加重質(zhì)的損耗，降低生產(chǎn)成本。第四章重介質(zhì)選礦4.1概述1、什么是重介質(zhì)選礦任何重力分選過程，都是在一定的介質(zhì)中進(jìn)行。若所使用的分選介質(zhì)其密度大于lg/cm3時(shí)，這種介質(zhì)稱為重介質(zhì)。礦石或煤炭在該介質(zhì)中分選，稱重介質(zhì)選礦或重介質(zhì)選煤。2、重介質(zhì)選礦的發(fā)展過程1858年有人提出用錳、鋇、鈣的氯化物溶液作為分選介質(zhì)進(jìn)行選煤，但因介質(zhì)難于回收，致使成本昂貴，未能獲得推廣使用。1917年出現(xiàn)使用水砂混合物作為重介質(zhì)分選煤炭，但效果受到局限，一般僅用于選分易選的動(dòng)力煤。1926年蘇聯(lián)工程師E·A·斯列普諾夫首先提出使用穩(wěn)定懸浮液的重介質(zhì)選煤法。以后，重介質(zhì)選礦法便開始逐漸獲得廣泛應(yīng)用。至今，除重介質(zhì)選煤是選煤的重要方法之外，也可應(yīng)用于金屬礦石、黑色金屬礦石、貴金屬礦石、稀有金屬礦石及其它物料的分選。3、重介質(zhì)選礦分選原理根據(jù)阿基米德定理，小于重介質(zhì)密度的顆粒將在介質(zhì)中上浮，大于重介質(zhì)密度的顆粒在介質(zhì)中下沉。重介質(zhì)的密度ρzj應(yīng)在輕產(chǎn)物δq和重產(chǎn)物密度δz之間。δq<ρzj<δz其中的重介質(zhì)密度即為分選密度。重介分選機(jī)中，原煤進(jìn)入后就會(huì)按密度分為兩個(gè)產(chǎn)品，分別收集這兩種產(chǎn)品，可達(dá)到按密度分選的目的。雖然物料在分選機(jī)中的分層過程主要取決于它的密度，但是它的分層速度卻是物料粒度及物料與介質(zhì)密度差的函數(shù)，粒度越大，密度差越大，物料的分層速度快，粒度小，物料的分層速度越慢。因此在實(shí)際生產(chǎn)過程中往往有一部分細(xì)粒級(jí)煤在分選機(jī)中來不及分層就排出，降低了分選效率。同時(shí)，分選中懸浮液流動(dòng)和渦流的影響，物料之間碰撞的影響及懸浮液對(duì)煤粒運(yùn)動(dòng)阻力的影響，原煤的粒度和形狀都對(duì)分選結(jié)果有一定影響。生產(chǎn)中注意減少它們的影響。4、重介質(zhì)選礦的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1）分選效率和分選精度都高于其它選煤方法。塊煤：ηmax=99.5%，E可達(dá)0.02~0.03;末煤：ηmax=99%，E可達(dá)0.05。2）分選密度調(diào)節(jié)范圍寬跳汰：一般，1.45~1.9;重介：1.35~1.9,重介質(zhì)旋流器：1.3~2.0。3）分選粒度范圍寬塊煤：1000~6mm末煤旋流器：50~0.15mm4）適應(yīng)性強(qiáng)對(duì)精煤質(zhì)量變化時(shí)，灰分可按要求變。原煤性質(zhì)改變影響不大。5）生產(chǎn)過程易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化懸浮液密度、液位、粘度、磁性物含量等工藝參數(shù)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。缺點(diǎn)：增加了加重質(zhì)的凈化回收工作，設(shè)備磨損比較嚴(yán)重。基于以上各點(diǎn)，重介質(zhì)選礦方法應(yīng)用非常廣泛。重介質(zhì)選煤主要適用于難選、極難選煤。5、加重質(zhì)選擇1)加重質(zhì)的種類在工業(yè)生產(chǎn)中重介質(zhì)選礦所用的重懸浮液，其加重質(zhì)主要有硅鐵、磁鐵礦粉、重晶石、高爐灰、鉛精礦、黃鐵礦、石英和矸石粉等。選煤使用最多的是磁鐵礦粉。我國1982年研制成功的DBZ型重介質(zhì)旋流器，是采用浮選尾礦或矸石粉作為加重質(zhì)，用以分選跳汰機(jī)中煤、礦井廢棄的矸石或小于13mm的洗矸，不僅節(jié)省大量磁鐵礦的精礦粉、而且為我國從煤矸石中回收煤炭，減輕矸石山對(duì)環(huán)境的污染，提供了即經(jīng)濟(jì)又簡(jiǎn)便的工藝方法。重介質(zhì)選礦配制懸浮液時(shí)所用的各種加重質(zhì)主要性能及其回收方法見表6-1。采用重介質(zhì)分選法時(shí)，對(duì)加重質(zhì)的選擇是十分重要。因?yàn)榧又刭|(zhì)的密度、粒度、硬度及磁性等，對(duì)其所配制的懸浮液性質(zhì)(密度、粘度和穩(wěn)定性，均有直接影響。而懸浮液性能的優(yōu)劣又直接影響重介質(zhì)分選的效果、分選設(shè)備的生產(chǎn)能力、重介質(zhì)的制備和回收、設(shè)備的選擇以及選礦(煤）成本等。2)對(duì)懸浮液的要求在所要求的分選密度下，懸浮液應(yīng)具備粘度低，穩(wěn)定性好，而且用過并稀釋后容易回收和凈化。3)選擇加重質(zhì)應(yīng)考慮的因素①加重質(zhì)密度a加重質(zhì)密度與懸浮液容積濃度關(guān)系加重質(zhì)與水配成的懸浮液，在要求的分選密度一定時(shí)，加重質(zhì)密度低，懸浮液固體濃度就越高，懸浮液粘度大。大到一定值時(shí)，不能進(jìn)行分選。因此，體積容積濃度λs有上限，對(duì)應(yīng)可得加重質(zhì)的密度最低值δD。b懸浮液臨界容積濃度懸浮液的臨界容積濃度lL與加重質(zhì)的性質(zhì)及粒度組成有關(guān)。在通常使用的加重質(zhì)粒度范圍內(nèi)，密度在2.65~11.30g/cm3范圍內(nèi)的各種加重質(zhì)，與水所構(gòu)成的懸浮液，其lL都非常接近，一般在0.25一0.33之間。加重質(zhì)的密度過高也不適宜，否則，懸浮液固體容積濃度太低，加重質(zhì)顆粒沉降速度過快，導(dǎo)致懸浮液在密度方面，失去作為分選介質(zhì)的作用。據(jù)研究，重介質(zhì)選礦所川懸浮液的容積濃度，不應(yīng)小于10，即作為分選介質(zhì)時(shí)，懸浮液固體容積濃度的下限值lx大于10。由此就可求出在規(guī)定分選密度時(shí)，所需加重質(zhì)密度的最高值dG選用的加重質(zhì)密度應(yīng)在dD與dG之間,即dG>d>dD例:要求的分選密度為1.4g/cm3,dG=5.0g/cm3,ds=2.21g/cm3.分選煤炭時(shí)，重介質(zhì)密度若要求為1.40g/cm3，那么配制懸浮液所用加重質(zhì)，其密度應(yīng)在為5.00-2.2lg/cm3范圍的物料中挑選。密度符合這個(gè)條件的常用加重質(zhì)很多，如磁鐵礦、重晶石、黃鐵礦殘?jiān)?、高爐灰渣、石英、黃土、矸石、浮選尾煤等。②容易回收和凈化；③料源充足、制備容易；④硬度較大（防泥化）、球形（粘度低）、不與水發(fā)生化學(xué)作用。6、選煤過程常用的加重質(zhì)重介質(zhì)選煤多采用磁鐵礦粉作為加重質(zhì)，因用其配制的懸浮液密度范圍寬，完全能夠滿足分選各種煤炭使用，而且便于回收。黃土、浮選尾煤、矸石粉等，只能配制低密度懸浮液，并用于回收精煤。7、對(duì)磁鐵礦加重質(zhì)的要求重介質(zhì)選煤廠利用磁鐵礦粉作加重質(zhì)時(shí)，磁鐵礦粉的磁性物含量越高，加重質(zhì)的回收再使用的數(shù)量也越大，介質(zhì)耗資少，生產(chǎn)費(fèi)用可有所降低。還有加重質(zhì)粒度愈細(xì)，懸浮液密度也越穩(wěn)定，在懸浮液中為起穩(wěn)定作用所需摻入的煤泥量也相應(yīng)減少，懸浮液密度的真實(shí)性越高，分選效率也會(huì)越佳。我國設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，用磁鐵礦粉作加重質(zhì)時(shí)，其磁性物含量應(yīng)在95%以上，密度在4.5g/cm3左右。對(duì)加重質(zhì)粒度的要求是，分選塊煤(用于斜輪或立輪重介質(zhì)分選機(jī))時(shí)，小于0.074(-200目)mm粒級(jí)的含最應(yīng)占80%以上，用于重介質(zhì)旋流器分選末煤時(shí)，小于0.044mm粒級(jí)(-325目)含量應(yīng)占90%以上。如外來磁鐵礦粉粒度不能滿足要求時(shí)，選煤廠應(yīng)設(shè)置研磨設(shè)備。4.2重介懸浮液性質(zhì)4.2.1懸浮液密度1、懸浮液密度的特點(diǎn)懸浮液的密度在物理意義上與均質(zhì)介質(zhì)的密度不完全相同，只有將懸浮液中的固、液兩相作為一個(gè)統(tǒng)一的整體看待時(shí)，才具有密度的概念。因?yàn)閼腋∫菏怯蓛煞N密度完全不同的質(zhì)點(diǎn)（固、液）所構(gòu)成的兩相混合物，故懸浮液密度ρzj在數(shù)值上不能表征其中每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的密度，因此，通常稱該密度為懸浮液的假密度，或稱懸浮液的物理密度。當(dāng)加重質(zhì)粒度較細(xì)，容積濃度又較高，而入選的礦粒較大時(shí)，在分選過程中，對(duì)礦粒而言，懸浮液作為一個(gè)整體才稱其分選介質(zhì)。否則，此時(shí)的分選介質(zhì)只是懸浮液中的液體而不是懸浮液的整體，礦粒在懸浮液中的沉降，僅僅看為礦粒在液體中受加重質(zhì)懸浮粒作用的干擾沉降。礦粒排開的介質(zhì)不是具有密度為懸浮液密度的本身，而是懸浮液中的液體，密度為ρs。因此，盡管有的礦粒密度低于懸浮液的密度ρzj，但也將下沉，即礦粒不能按懸浮液的密度ρzj進(jìn)行浮沉過程，而達(dá)到低、高不同密度礦粒的分離。重介質(zhì)選礦過程中作為分選介質(zhì)而起作用的懸浮液，其中固體懸浮粒(加重質(zhì))的粒度和容積濃度與入選物料的粒度之間應(yīng)具有一定的關(guān)系，懸浮液的密度要由加重質(zhì)的密度和容積濃度來決定。2、懸浮液密度對(duì)加重質(zhì)粒度的要求在懸浮液內(nèi)，礦粒排開的同體積懸浮液中，至少應(yīng)有一個(gè)加重質(zhì)的顆粒。即懸浮液濃度λ>加重質(zhì)粒體積/礦粒體積式中K值是個(gè)大于1的修正系數(shù)，一般K=1.6一4·93之間。3、懸浮液有效密度從理論上講，重介懸浮液的物理密度應(yīng)該就是分選密度，但實(shí)際工作中有時(shí)并非如此。這是由于加重質(zhì)顆粒很細(xì)，當(dāng)懸浮液固體容積濃度大到一定程度后，加重質(zhì)顆粒由于種種原因經(jīng)直接接觸而相互連接起來，形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)物，這就便懸浮液發(fā)生了結(jié)構(gòu)化。由于懸浮液出現(xiàn)結(jié)構(gòu)化的影響，實(shí)際的分選密度常常高于懸浮液的物理密度。對(duì)于未結(jié)構(gòu)化的重介懸浮液，因加重質(zhì)顆粒的沉降，分選密度既可高于也可低于懸浮液的假定密度，這應(yīng)由輕、重產(chǎn)物分離界限層的位置決定。已出現(xiàn)結(jié)構(gòu)化的懸浮液內(nèi)，若體積為Vk的礦粒向下運(yùn)動(dòng)，開始時(shí)所遇到的靜力作用，除懸浮液4.2.2懸浮液粘度（一）懸浮液粘度及結(jié)構(gòu)化液體的粘性由分子間引力引起；氣體的粘性由動(dòng)能不同的分子在流速不同的層間交換引起；上兩種流體為均質(zhì)介質(zhì)，符合牛頓內(nèi)摩擦定律。懸浮液的粘性由于包括了因固液界面增大和顆粒間摩擦、碰撞所引起的流動(dòng)切應(yīng)力，外觀表現(xiàn)為粘性增強(qiáng)。因與均質(zhì)介質(zhì)粘性形成的原因不完全相同，故所測(cè)得的懸浮液粘度稱為視粘度。當(dāng)加重質(zhì)的粒度和形狀差別不大時(shí)，懸浮液的視粘度隨容積濃度的增加而增大，與加重質(zhì)顆粒的密度基本無關(guān)。圖5-3是幾種不同的加重質(zhì)在粒度為0.074一0.037mm時(shí)，視粘度隨容積濃度的變化關(guān)系。從圖6一3中可以看出，視粘度隨容積濃度的變化規(guī)律。在低濃度(λ<0.2)時(shí)，粘度增長緩慢，呈直線關(guān)系。在高濃度(λ>0.4)時(shí)，也呈直線關(guān)系，但粘度隨λ增大而迅速地升高。在中等濃度時(shí)，其視粘度與λ呈曲線關(guān)系增長。這是由于固體容積濃度很低時(shí)，不但顆粒間直接接觸少，而且相對(duì)說固一液界面也不太大，此時(shí)懸浮液的內(nèi)摩擦力雖有增加，但其增加值與顆粒體積含量大致成正比。隨容積濃度的增大，固體顆粒間直接碰撞與摩擦就不可避兔地增多。這種增加開始時(shí)屬于粘性切應(yīng)力，以后的濃度再大又過渡為慣性切應(yīng)力，呈曲線關(guān)系。當(dāng)λ增大到相當(dāng)高數(shù)值后，懸浮液發(fā)生了結(jié)構(gòu)化，視粘度隨λ增加而急劇增大。（二）非結(jié)構(gòu)化懸浮液的流變特性如圖6-4:固體容積濃度低時(shí)，可視為牛頓流體；固體容積濃度15~20%時(shí)，視為非牛頓流體。結(jié)構(gòu)化流體的流變特性：當(dāng)外力小，只變形而不流動(dòng)，當(dāng)處力克服一定切應(yīng)力后，流動(dòng)。當(dāng)速度梯度達(dá)一定時(shí)，結(jié)構(gòu)化被破壞。（三）影響懸浮液粘度的主要因素1、加重質(zhì)性質(zhì)對(duì)懸浮液粘度的影響由于懸浮液的粘度和結(jié)構(gòu)化的形成與加重質(zhì)的比表面積有關(guān)，因此，一切與比表面積有關(guān)的加重質(zhì)性質(zhì)，如粒度、形狀及含泥量等均對(duì)懸浮液視粘度有影響。圖6-5可以看出，在同樣容積濃度下，加重質(zhì)降低粘性提高分選速度，但穩(wěn)定性下降，分選條件難控制。4、溫度的影響溫度升高，粘度降低?？梢哉J(rèn)為，不同溫度下，懸浮液的粘度與相同溫度下水的粘度之比始終不變。4.2.3懸浮液的穩(wěn)定性重力場(chǎng)中，懸浮液上、下層物理密度不穩(wěn)。上層固粒少，下層固粒多。重介質(zhì)密度不穩(wěn)定，影響按密度分選精確性。保持懸浮液自身各部分密度不變的能力稱懸浮液的穩(wěn)定性。通常用加重質(zhì)顆粒在懸浮液中沉降的速度的倒數(shù)，表示穩(wěn)定性大小，作為穩(wěn)定性指標(biāo)，用Z表示。Z=1/vZ越大，懸浮液的穩(wěn)定性越好。影響穩(wěn)定性的因素：1、加重質(zhì)粒度粒度小，懸浮液穩(wěn)定性好。因?yàn)檎扯仍黾?，阻力升高，沉速下降。圖6-13、6-14。粒度小，制備量大，回收難。2、加重質(zhì)密度降低加重質(zhì)密度，懸浮液穩(wěn)定性好。但密度降低，容積濃度增加，粘度上升。如圖6-15。3、懸浮液密度一定加質(zhì)，懸浮液密度越高，容積濃度越大，穩(wěn)定性好。生產(chǎn)中，懸浮液密度一定，不能靠此法提高穩(wěn)定性。懸浮液密度升高，穩(wěn)定性增加，介質(zhì)粘度升高。用懸浮液密度大時(shí)，主要問題是粘性，應(yīng)采用粗、密度大的加重質(zhì)；用懸浮液密度小時(shí)，主要總是是穩(wěn)定性，應(yīng)采用細(xì)、密度小的加重質(zhì)。分選粗粒物料，主要是穩(wěn)定性；分選細(xì)粒級(jí)物料，主要是粘度。4、含泥量的影響密度低、粒細(xì)的的泥質(zhì)物混入懸浮液，粘性上升，穩(wěn)定性增加。如圖6-16。當(dāng)主要穩(wěn)定性不好時(shí)，有意加入一些粒度微細(xì)的泥質(zhì)物，以提高穩(wěn)定性。對(duì)同一種懸浮液，流變粘度和穩(wěn)定性有一定關(guān)系。粘度越大，穩(wěn)定性越好，粘度越小，穩(wěn)定性越差，選煤要求粘度低、穩(wěn)定性好，應(yīng)使懸浮液在流變粘度和穩(wěn)定性兩方面都能滿足選煤要求。采用現(xiàn)有磁鐵礦作加重質(zhì)時(shí)，主要是懸浮液的穩(wěn)定性不好，當(dāng)懸浮液密度高達(dá)2.0以上，或原煤中有大量泥質(zhì)污染懸浮液時(shí)，粘度才升為主要矛盾。（三）維持懸浮液穩(wěn)定性的措施懸浮液的性質(zhì)對(duì)分選效果的優(yōu)劣，起著決出性的作用。然而，懸浮液的三個(gè)性質(zhì):密度、粘度和穩(wěn)定性，都具有理想指標(biāo)，是難能兼得的。實(shí)際工作中要看那個(gè)是主要矛盾，再采取相應(yīng)措施。工為達(dá)到比較精確地分選，生產(chǎn)中常采用機(jī)械攪拌或使用各種不同方向的懸浮液流，用以保證它上下層密度的近似，使懸浮液在分進(jìn)機(jī)中具有較好的穩(wěn)定性。當(dāng)懸浮液在不斷循環(huán)流動(dòng)具有保持其本身各部分密度不變的性能，稱為懸浮液的動(dòng)穩(wěn)定性。懸浮液的動(dòng)穩(wěn)定性不僅與懸浮液的穩(wěn)定性(是指懸浮液在靜置時(shí)，保持其本身各部分密度不變的性能，也稱懸浮液的靜穩(wěn)定性，以前所討論的均為靜穩(wěn)定性，若靜穩(wěn)定性越好，也越容易得到較好的動(dòng)穩(wěn)定性)有關(guān)，同時(shí)也與分選機(jī)的結(jié)構(gòu)及重介質(zhì)流在分選機(jī)中的流動(dòng)狀況有關(guān)。使用機(jī)械攪拌，加重質(zhì)顆?？商幱趹腋顟B(tài)，從而維持了懸浮液各層的密度近于不變。在各種不同類型的重介質(zhì)分選機(jī)中，都采用方向不同的重介質(zhì)流，來維持分選槽內(nèi)重介質(zhì)懸浮液各處密度的穩(wěn)定。重介質(zhì)流的運(yùn)動(dòng)可采用水平的、垂直(上升或下降)的以及回轉(zhuǎn)方式。經(jīng)常是這些方式聯(lián)合使用。當(dāng)然，在重介質(zhì)旋流器中懸浮液懸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。上升介質(zhì)流可陰止加重質(zhì)顆粒的沉降，使懸浮液穩(wěn)定。但是，由于礦粒在分選機(jī)內(nèi)分層時(shí)，雖然主要取決于它的密度，但粒度及形狀也對(duì)分層有影響。水平介質(zhì)流的穩(wěn)定作用，是靠分選機(jī)內(nèi)分層表面由外部引入大理新鮮懸浮液來完成的。實(shí)踐證明，只有當(dāng)水平介質(zhì)流和垂直介質(zhì)流聯(lián)合使用，才能使靜穩(wěn)定性比較差的懸浮液，獲得較好的動(dòng)穩(wěn)定性。尤其是水平介質(zhì)流與下降介質(zhì)流聯(lián)合使用，可以用較小的下降流速使得懸浮液獲得較高的動(dòng)穩(wěn)定性。4.3重介質(zhì)分選機(jī)一、對(duì)重介質(zhì)分選機(jī)的要求及分類重介質(zhì)分選機(jī)是借助懸浮液在重力場(chǎng)中按密度分選物料的設(shè)備。為保證分選機(jī)正常工作并具有較好的分選質(zhì)量和較高的處理能力，重介質(zhì)分選機(jī)工藝性能及結(jié)構(gòu)上應(yīng)滿足：（1）重懸浮液分選帶各處的密度應(yīng)保持穩(wěn)定。因懸浮液密度是決定分選機(jī)實(shí)際分選密度的最主要指標(biāo)，密度偏離規(guī)定范圍，影響產(chǎn)品質(zhì)量，并增大用礦物的損失，所以運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)不宜過快，流動(dòng)速度不宜過快高，避免渦流破壞分選帶介質(zhì)密度穩(wěn)定。所以，結(jié)構(gòu)要合理，確保按密度分選。（2）物料在分選槽中完成分層過程，合理選擇長寬比。分選槽是分選機(jī)的重要部件，其長度必須保證物料有足夠的分層時(shí)間，寬度盡量滿足入選物料上限的要求。因此正確安排長寬比，結(jié)構(gòu)在滿足分選質(zhì)量前提下，最大限度使物料粒級(jí)加寬，簡(jiǎn)化工藝系統(tǒng)。（3）能迅速排出選后產(chǎn)品其它條件相同時(shí)，迅速排出產(chǎn)品，則分選機(jī)生產(chǎn)能力大。（4）分選機(jī)內(nèi)須引入一定的介質(zhì)流當(dāng)原料中鄰近密度物含量遠(yuǎn)銷，懸浮液沿分選槽高度分布不均時(shí)，為提高分選效果，適當(dāng)引入垂直介質(zhì)流，使鄰近密度物分層速度增快，不斷隨液流從分選機(jī)排出，但，此時(shí)礦粒粒度及形狀對(duì)分選產(chǎn)生影響，要慎重引入垂直流，必要引入時(shí)，流速盡可能低。（5）介質(zhì)循環(huán)量盡量少，降低磨損及電耗。（6）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作維修方便。重介質(zhì)分選機(jī)分類：按選后產(chǎn)品：兩產(chǎn)品、三產(chǎn)品。按懸浮液流動(dòng)：水平液流、垂直液流、復(fù)合液流。按分選槽形式：深槽、淺槽。按排矸裝置形式：提升輪分選機(jī)、刮板分選機(jī)、圓筒分選機(jī)、空氣提升式分選機(jī)。各種重介質(zhì)分選機(jī)的入料粒度上限，最大可達(dá)1200mm，下限6-13mm。6-13mm以下，利用重介旋流器。分類特征分選機(jī)類型分類特征分選機(jī)類型分選后的產(chǎn)品品種兩產(chǎn)品分選機(jī)三產(chǎn)品分選機(jī)分選槽形式深槽分選機(jī)淺槽分選機(jī)懸浮液流動(dòng)方向水平液流分選機(jī)垂直液流分選機(jī)（上升流或下降流）復(fù)合液流分選機(jī)（水平-上升流或水平-下降流）排矸裝置形式提升輪分選機(jī)（斜輪、立輪）刮板分選機(jī)圓筒分選機(jī)空氣提升式分選機(jī)4.3.1選煤用重介質(zhì)分選機(jī)（一）斜輪重介質(zhì)分選機(jī)1、選后產(chǎn)品：兩產(chǎn)品，生產(chǎn)能力大，入料粒級(jí)寬。2、