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(wèn)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(guò)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(jiàn)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2-3-13、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它僅說(shuō)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(guò)程分級(jí)過(guò)程的示意圖見(jiàn)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(lái)，中等及細(xì)粒級(jí)的顆粒依次沉降下來(lái)，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(guò)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(guò)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(lái)。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(lái)，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(guò)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(zhǎng)。3.2.3離心沉降法原理：使分級(jí)過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程完畢，取出各旋流器內(nèi)的底流經(jīng)過(guò)濾、烘干、稱重和化驗(yàn)。可見(jiàn)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(guò)程的。在選煤廠中水力分級(jí)主要用在煤泥水的處理過(guò)程，包括沉淀、濃縮、脫水，屬于選煤工藝過(guò)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(méi)式三種。l.螺旋分級(jí)機(jī)的構(gòu)造及工作過(guò)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。SHAPE2）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。3.31、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(guò)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(wèn)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(guò)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(guò)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(jiàn)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。