《重选的基本原理》PPT课件.ppt

第2章重选的基本原理,1、概述2、颗粒及颗粒群沉降理论3、粒群按密度分层理论4、颗粒在离心力场中的运动规律5、斜面流分选理论,2.1概述,重选实质松散分层和搬运分离；松散是分层的条件，分层是目的，分离是结果.Gravityseparationprocessing:Disintegrationlayeringseparation,2.1概述,四大重选理论-研究松散和分层的关系颗粒及颗粒群的沉降理论；颗粒群按密度分层的理论；颗粒群在回转流中分层的理论；颗粒群在斜面流中的分选理论；,2.2颗粒及颗粒群的沉降理论,一、矿粒的性质矿粒与重力分选过程有关的性质，是指反映矿粒质量性质的密度，反映矿粒几何性质的粒度（体积）和形状。它们均影响矿粒在介质中的运动状况。1.矿粒的密度矿粒的密度是指单位体积矿粒的质量。密度用（）表示，按国际单位制为kgm3或gcm3。,PrincipleofGravitySeparation,1、settlementtheory；2、layeringtheoryaccordingtodensity；3、layeringtheoryinrotatingmedium；4、separationtheoryininclinesurface,2.2颗粒及颗粒群的沉降理论,2.矿粒的粒度矿粒粒度是矿粒的几何性质，它是指矿粒外形尺寸的大小。但是，由于矿粒多为不规则形状，因此粒度大小的表示和测量方法有下列几种：（1）直接测量法（2）显微镜测量法（3）筛分分析法（4）水力分析法（5）当量直径表示法,2.2颗粒及颗粒群的沉降理论,3.矿粒的形状一般可划为：球形、浑圆形、多角形、长方形和扁平形等几种。在各种形状的物体中，以球体的外形最为规整、其各个方向完全对称，而且表面积又最小。因此，通常用球形作为衡量矿粒形状的标准，矿粒的形状，在数量上可用同体积球体的表面积与矿粒表面积的比值来表示。这个比值叫做矿粒的球形系数，符号为.某些矿粒的大致形状：金刚石状为浑圆形；闪锌矿、石榴五、黄铁矿、方铅矿、铬铁矿为浑圆形和多角形；煤炭、石英、锡石等多为多角形和长方形；金是长方形或扁平形；白钨矿、钨锰铁矿则以长方形居多。,2.2颗粒及颗粒群的沉降理论,二.介质的性质重力选矿所用的介质有：水、空气、重液（高密度的有机液体及盐类水溶液）、重悬浮液（固体细粒与水的混合物）和空气重介质（固体细粒与空气的混合体）。均匀介质重选的介质非均匀介质,2.2颗粒及颗粒群的沉降理论,矿粒在流体介质中的沉降是重力分选过程中矿粒最基本的运动形式，松散可以看做是矿粒在上升介质流中沉降的一种特殊形式。矿粒固体本身的密度、粒度和形状不同、沉降速度也就不同。为便于研究，首先分析颗粒的自由沉降规律，在此基础上，再进一步讨论粒群存在时的干扰沉降运动。,2.2颗粒及颗粒群的沉降理论,自由沉降：单个颗粒在无限宽广的介质中的沉降，称为自由沉降。干扰沉降：矿粒群成群地在有限介质中的沉降，称为干扰沉降。,2.2.1矿粒在介质中的自由沉降,1、矿粒在介质中所受的重力2、矿粒在介质中运动时所受的阻力3、矿粒在静止介质中的沉降末速4、矿粒的自由沉降等沉比,2.2.1矿粒在介质中的自由沉降,（一）矿粒在介质中的所受重力颗粒在介质的运动形式主要有静止、上升、下降三种。自由沉降：或故而（2-1）G0是矿粒在介质中所受的重力，从式（21）中可以看出，它等于矿粒的质量m与加速度（-）g/的乘积。后者为矿粒在介质中的重力加速度，以符号“g0”表示.,2.2.1矿粒在介质中的自由沉降,由上式可知:g0大小、方向与、有关，与粒度、形状无关。时，颗粒下沉；时，颗粒上浮；=时，颗粒悬浮。,2.2.1矿粒在介质中的自由沉降,(二)矿粒在介质中运动时所受的阻力矿粒在介质中运动，当它与周围其它物体（流体介质、固体颗粒、容器器壁等）出现相对运动的时候，周围物体给予矿粒的作用力，称为矿粒在介质中运动时所受的阻力。在重力选矿过程中，矿粒运动时所受阻力的来源，一是分选介质作用在矿粒上的阻力，称为介质阻力。一是矿粒与其它周围物体以及器壁间的摩擦、碰撞而产生的阻力，称机械阻力。,2.2.1矿粒在介质中的自由沉降,介质阻力的本质：矿粒在介质中运动时，由于介质质点间内聚力的作用，最终表现为阻滞矿粒运动的作用力，这种作用力叫介质阻力。介质阻力始终与矿粒相对于介质的运动速度方向相反。介质阻力的分类：由于介质的惯性，使运动矿粒前后介质的流动状态和动压力不同，这种因压力差所引起的阻力，称为压差阻力。由于介质的粘性，使介质分子与矿粒表面存在粘性摩擦力，这种因粘性摩擦力所致的阻力，称为摩擦阻力。,2.2.1矿粒在介质中的自由沉降,如何理解压差阻力：由于介质的惯性，使运动矿粒前后介质的流动状态和动压力不同，这种因压力差所引起的阻力，称为压差阻力高速运动的物体，使介质流在其运动前方集聚，使前部压强增大，而颗粒尾部由于介质不流能及时的得到补充，而密度低，压强小，这样前部的高压和尾部的低压共同作用产生与运动方向相反的阻力。子弹、汽车的流线型设计,2.2.1矿粒在介质中的自由沉降,压差阻力和摩擦阻力的关系：介质阻力由压差阻力和摩擦阻力所组成，这两种阻力同时作用在矿粒上。介质阻力的形式与流体的绕流流态即雷诺数有关。不同情况下，它们各自所占比例不同。,2.2.1矿粒在介质中的自由沉降介质阻力计算,1、层流区,斯托克斯公式法：当矿粒尺寸微小或矿粒相对于介质的运动速度较小，且其形状易于流体绕流，附面层（boundarylayer）没有分离时，摩擦阻力占优势，压差阻力可忽略，即Re1时，摩擦阻力可用斯托克斯公式计算：,2.2.1矿粒在介质中的自由沉降,2、过渡区,阿连公式：当矿粒尺寸较粉尘大，速度也稍大时，且颗粒沉降时后部开始出现附面层分离，其粘性摩擦阻力和压差阻力是相同的数量级。即当雷诺数（1Re500时)，此时过渡区阻力用阿连公式计算，,2.2.1矿粒在介质中的自由沉降,3、牛顿雷廷智公式：当矿粒尺寸或矿粒的相对速度较大，且其形状又不易使介质绕流，导致其较早发生附面层分离，在颗粒尾部全部形成旋祸区（500Re2105）。此时压差阻力占优势，摩擦阻力可以忽略不计。压差阻力可用牛顿一雷廷智公式来计算，即,2.2.1矿粒在介质中的自由沉降,5、介质阻力通式从上面的介质阻力的个别公式可以看出，矿粒所受介质阻力R，与它的相对速度v、它的几何特征尺寸d、流体的密度和粘度等物理量有关。则介质阻力通式可表示为：阻力系数，与Re有关粘性摩擦阻力区（层流区Re1，斯托克斯区）过渡区（阿连区）1Re500压差阻力区（牛顿区）500Re2H，故可近似写成RH，水力半径近似于水深。,斜面流分选理论,(1）斜面水流的流态流体层流态与紊流态相互转变的Re界限处理粗中细物料时，斜面水流保持独立流动特性，雷诺数以水流计算。微细粒矿浆，水和物料组成统一体具有统一的流动特性，雷诺数以矿浆值计算。,层流,紊流,1000，2000,300,小,大,二、斜面流的流动特性和松散作用力,2，层流斜面流的流动特性层流中流体质点均沿层运动，层间质点不发生交换，可以等效为无数独立的薄层。层流斜面流水速u沿水深h的分布，可以由层间粘性摩擦力和重力分立的平衡关系导出，如右图所示：粘性摩擦力：沿h方向的速度梯度h高度以上水流所受重力沿斜面分力：,vmax,二、斜面流的流动特性和松散作用力,2，层流斜面流的流动特性水流等速流动时:当h=H时，表层最大流速,vmax,=,二、斜面流的流动特性和松散作用力,2，层流斜面流的流动特性流速分布为抛物线，平均流速,二、斜面流的流动特性和松散作用力,3，层流矿浆流膜的松散作用-层间斥力层流中无漩涡扰动的扩散作用，那么矿粒群是如何松散的？,巴格诺尔德学说层间斥力学说,当悬浮液中固体颗粒受到连续剪切作用时，在垂宜于剪切方向存在分散压(斥力)作用，使粒群具有向两侧膨胀的倾向。分散压力的大小随切向速度梯度的增大而增加，当剪切遮度梯度足够大时，分散压力与颗粒在介质中的重力达到平衡，颗粒即呈悬浮状态。,二、斜面流的流动特性和松散作用力,3，层流矿浆流膜的松散作用-层间斥力h到H的平均容度积,巴格诺尔德学说层间斥力学说,在层流流动的料浆中，颗粒完全靠剪切所产生的分散压力松散悬浮，任一层面上的分散压p必等于该层面上颗粒在介质中的重力的垂直分力，即,二、层流斜面流的流动特性和松散作用力,可见，密度、浓度越高，松散所需的层间斥力就越大。槽面做剪切摇动，提高层间速度梯度，增大层间斥力，有利于松散。床层在剪切斥力作用下松散后，颗粒依所受到的层间斥力、自身的重力和床层机械阻力的相对大小而发生分层转移。这种分层基本不受流体动力的影响，故仍属静力分层。,二、层流斜面流的流动特性和松散作用力,层流料浆流膜用于处理微细粒级物料（-0.075mm）。在固定的细泥溜槽、皮带溜槽、摇动翻床、横流皮带溜槽等设备上流动的料浆近似呈这种流态。料浆是高度分散的悬浮液，粘度比水大，在分选时表面流速较低，约为0.1m/s0.2m/s。流膜的流动层厚度多数在1mm左右。回收粒度下限为10m20m。分层后的大密度物料沉积在槽底，除槽底为移动的带式溜槽外，几乎所有的矿泥溜槽均是间断地排出大密度物料。,二、层流斜面流的流动特性和松散作用力,析离分层析离分层也是剪切作用下的一种静力分层形式，在弱紊流流膜的底层，常发生在粒度范围较宽而最大粒度大于2mm3mm情况下。细粒重物料在最底层，其上是粗粒重物料和部分细粒轻物料，再上面的是细粒轻物料，最上层则是粗粒轻物料，粒度分布上与动力分层相反。,三、紊流斜面流的流动特性和紊动扩散作用,1、紊流斜面流的流动特性紊流的特点是流场内存在大小无数的旋涡，流场内指定点的速度和方向均时刻在变化，故只能用时间的平均值表示该点的速度，称为“时均点速”。由于流体质点在层间交换的结果，使得流速沿深度的分布比较均匀。,1,2,3,1层流边层，2过度层，3紊流层,层流斜面流速度分布,紊流斜面流流速分布,当雷诺数很高（Re5103）时，光滑底面的紊流流速沿水深的分布规律为：当雷诺数增加或减小时，公式为：n值随Re值的增加而增大。n越大流速分布均均匀。较强紊流比较合适，但描述弱紊流则偏离较大，弱紊流中存在的不同流态表现的更为明显。,三、紊流斜面流的流动特性和紊动扩散作用,2、弱紊流三层结构及各层的运动速度,1,2,3,1层流边层，2过度层，3紊流层,三、紊流斜面流的流动特性和紊动扩散作用,2、紊流斜面流的粒群松散紊动扩散作用紊流中水流质点的扰动运动是松散床层的主要作用因素，称为“紊动扩散作用”。将槽内某点的瞬时速度分解为沿槽纵向、法向和横向三个分量，每个方向上的瞬时速度偏离时均速度的值称为瞬时脉动速度。对松散床层来说主要是依靠法向的瞬时脉动速度。,三、紊流斜面流的流动特性和紊动扩散作用,法向脉动速度沿水深分布并不一致，在下部初始旋涡形成区，脉动速度较强，向上逐渐减弱。矿粒群在紊动斜面流中借法向脉动速度维持松散和悬浮。,三、紊流斜面流的流动特性和紊动扩散作用,瞬时脉动速度:某点流体的瞬时速度与该点的时均速度之差称为瞬时脉动速度.法向脉动速度uim的大小用时间段t1-2内法向瞬时脉动速度的时间均方根表示为Uim随水流纵向平均流速的增大而增加，可写为：,三、紊流斜面流的流动特性和紊动扩散作用,m值在光滑的粗粒溜槽中，测定了m随水流平均速度的变化关系，书上2-2-15图槽底粗糙度增加，m值也变大。消紊作用：法向脉动速度沿水深分布不一，向上逐渐减弱，矿粒群借助法向脉动速度维持松散，反过来颗粒群又对脉动速度起着抑制作用，因而矿浆流膜的紊动度总是要比清水流膜弱。这种现象称为粒群的“消紊作用”。,三、紊流斜面流的流动特性和紊动扩散作用,厚层紊流斜面流中矿石的分选,三、紊流斜面流的流动特性和紊动扩散作用,厚层紊流斜面流中矿石的分选V颗粒的运动速度Udmea水流平均速度f颗粒与底面摩擦系数a斜面倾角，比较小时6,三、紊流斜面流的流动特性和紊动扩散作用,颗粒的运动速度，取决于自身沉降末速、摩擦系数、水流平均速度和法向脉动速度。重矿物沉降末速大，运动速度较小细粒物受到水流速度作用小，运动速度也较小轻矿物则相反，具有较大的移动速度，从而使轻重矿物分开。斜面流中按颗粒运动速度差分选很不精确，粗粒溜槽只做粗选使用，效率也较低。,三、紊流斜面流的流动特性和紊动扩散作用,薄层流膜中矿石的分选弱紊流矿浆流膜在数毫米到数十毫米之间，处理小于2mm的细粒物料。弱紊流矿浆流膜结构：多层分布颗粒消紊，使底部层流边层增厚，颗粒呈层运动，称为流变层向上，漩涡迅速形成和发展，在紊动作用下，粒群松散并向前移动，称为悬移层,稀释层,悬移层,流变层,沉积层,三、紊流斜面流的流动特性和紊动扩散作用,薄层流膜中矿石的分选稀释层，最上层悬浮少量颗粒，不再能进入底层悬移层中的颗粒，在扰动下不断上下运动，重矿物被底部流边层容纳，轻矿物悬浮在该层中，颗粒呈上细，下粗，上希下浓分布，类似与上升水流的情况。底部重矿物层一般仍可沿槽运动，可以连续作业，但受压过度时，出现沉积，产生沉积层。,稀释层,悬移层,流变层,沉积层,三、紊流斜面流的流动特性和紊动扩散作用,层流矿浆流膜分选，无扰动作用，可处理极细物料0.1mm以下。流膜只有1到2mm厚，离心流膜的流动层只有1mm左右。有较分选区，在靠近下部较高浓度区，也称推移层。推移层下部是沉积的微细颗粒与槽面粘结力大，难以流动形成沉积层，所以薄层流膜分选常为间断性作业。,三、紊流斜面流的流动特性和紊动扩散作用,流膜选矿操作条件：调节给矿体积、浓度、槽面倾角、震动强度等，来影响流膜的流动参数，如紊动性、矿浆粘度、流边层厚度等影响分选指标。增大给矿体积、减小浓度、将增加矿浆流的紊动性和速度梯度，减小流变层厚度，使分选精度提高，但生产效率降低。处理细粒级的弱紊流流膜，自身流动性较好，可在槽面上获得较好的分选。微细粒的矿泥溜槽，流膜自身流动速度低，分选指标差，需采用机械力强化床面做剪切振动。,重选的基本原理总结,1、颗粒及颗粒群沉降理论（1）矿粒在介质中的自由沉降矿粒在介质中所受的重力矿粒在介质中运动时所受阻力阻力通式的形式来源；利用李莱曲线求介质阻力的方法矿粒在静止介质中的沉降末速沉降末速的推导方法及利用刘农两个无量纲量求矿粒的沉降末速及颗粒直径。矿粒的自由沉降等沉比等沉现象、等沉颗粒及等沉比的概念,重选的基本原理总结,1、颗粒及颗粒群沉降理论（2）矿粒在介质中的干扰沉降矿粒在干扰沉降中运动的特点干扰沉降速度所受的附加因素，矿粒在介质中运动时所受阻力里亚申柯干扰沉降试验矿粒的干扰沉降速度公式干扰沉降速度与自由沉降速度的关系及n的四种求法矿粒的干扰沉降等沉比干扰沉降等沉比与自由沉降等沉比的关系。,重选的基本原理总结,2、粒群按密度分层理论（1）按颗粒自由沉降速度差分层学说结论：要使两种密度不同的混合粒群在沉降(或与介质相对运动)中达到按密度分层，必须使给料中最大颗粒与最小颗粒的粒度比小于等沉颗粒的等沉比。即分选过程要严格进行分级。（2）按颗粒的干扰沉降速度差分层学说结论：由于干扰沉降等沉比大，所以可以分选宽级别的物料（3）按矿物悬浮体密度差分层学说结论：将分层过程视为由轻矿物组成的悬浮体和由重矿物组成的悬浮体，并由此推导出发生正、反分层的临界上升水流速度。（4）按重介质作用原理分层学说结论：视轻矿物粗颗粒的浮沉，取决于由重矿物细颗粒和水组成的悬浮液的物理密度。,重选的基本原理总结,3、颗粒在离心力场中的运动规律（1）颗粒在离心力场中运动特点与在重力场中没什么原则性的差别，只是作用的力不同而已（2）颗粒在离心力场中的径向速度在离心力场中，颗粒在介质中所受的离心力介质对颗粒在径向上运动的阻力径向速度公式的推导,重选的基本原理总结,4、颗粒在斜面流中的运动规律（1）层流斜面流的流动特性和松散作用力层间斥力引起的析离作用使床层松散（2）紊流斜面流的流动特性和紊动扩散作用法向的瞬时脉动速度引起的紊动扩散作用使床层松散。,ReviewChapter2Principleofgravityseparation,1、settlementtheory；2、layeringtheoryaccordingtodensity；3、layeringtheoryinrotatingmedium；4、separationtheoryininclinesurface,GravityConcentration:Principles,Gravityconcentrationmethodsseparatemineralsofdifferentspecificgravitybytheirrelativemovementinresponsetogravityandoneormoreotherforces,thelateroftenbeingtheresistancetomotionofferedbyaviscousfluid,suchaswaterorair.,GravityConcentration:Principles,Itisessentialforeffectiveseparationthatamarkeddensitydifferenceexistsbetweenthemineralandthegangue.Someideaofthetypeofseparationpossiblecanbegainedfromtheconcentrationcriterion,GravityConcentration:Principles,WhereDhisthespecificgravityoftheheavymineral,Dlisthespecificgravityofthelightmineral,andDfisthespecificgravityofthefluidmedium.Inverygeneralterms,Whenthequotientisgreaterthan2.5,Whetherpositiveornegative,thengravityseparationisrelativelyeasy.Asthevalueofthequotientdecreases,sotheefficiencyofseparationdecreases,andbelowabout1.25gravityconcentrationisnotgenerallycommerciallyfeasible.,