第五章 跳汰选矿.doc

第五章 跳汰选矿 4.5.1 概论 跳汰选矿是指物料主要在垂直上升的变速介质流中，按密度差异进行分选的过程。物料在粒度和形状上的差异，对选矿结果有一定的影响。实现跳汰过程的设备叫跳汰机。被选物料给到跳汰机筛板上，形成一个密集的物料层，这个密集的物料层称为床层。 物料在跳汰过程中之所以能分层，起主要作用的内因，是矿粒自身的性质，但能让分层得以实现的客观条件，则是垂直升降的交变水流。 跳汰机中水流运动的速度及方向是周期变化的，这样的水流称作脉动水流。脉动水每完成一次周期性变化所用的时间即为跳汰周期。在一个周期内表示水速随时间变化的关系曲线称作跳汰周期曲线。水流在跳汰室中上下运动的最大位移称为水流冲程。水流每分钟循环的次数称为冲次。 煤炭分选中，跳汰选煤占很大比重。全世界每年入选煤炭中，有50%左右是采用跳汰机处理；我国跳汰选煤占全部入选原煤量的70%。另外跳汰选煤处理的粒度级别较宽，在150~0.5mm范围；既可不分级入选，也可分级入选。跳汰选煤的适应性较强，除非极难选煤，均可优先考虑采用跳汰的方法处理。 矿石分选中，跳汰选矿是处理粗、中粒矿石的有效方法。大量地用于分选钨矿、锡矿、金矿及某些稀有金属矿石；此外，还用于分选铁、锰矿石和非金属矿石。处理金属矿石时，给矿粒度上限可达30~50mm，回收的粒度下限为0.2~0.074mm。 4.5.2 跳汰选矿原理 一、按密度分层的位能学说 由热力学第二定律可知，任何封闭体系都趋向于自由能的降低，即一种过程如果变化前后伴随着能量的降低，则该过程将自动地进行。德国人迈耶尔（E.W.Mayer，1947）应用这一普遍原理分析了跳汰过程，认为床层的分层过程是一个位能降低的过程。因此当床层适当松散时，重矿物颗粒下降，轻矿物颗粒上升，应该是一种必然的趋势。图2-5-2表示了床层分层前与分层后的理想变化情况。若取床层的底面为基准面，基准面的面积为A。 （2-5-1） （2-5-2） （2-5-3） 将 代入式（2-5-3）中，得 （2-5-4） 当分层过程是可以发生时，则必定是正值。 （2-5-5） 分层的位能学说完全不涉及流体动力因素的影响，只就分层前后床层内部能量的变化，说明了分层的趋势，因而属于静力学体系学说。除了跳汰以外，所有其它重选分层过程，皆可用此学说予以解释，故现常将迈耶尔的位能学说视作重选分层的基本原理。但重选过程离不开流体松散，则流体动力对颗粒运动的影响就不可避免，故迈耶尔学说只是一种理想的情况。 二、分层过程的动力学学说 1.床层中的矿粒在垂直交变流中的受力分析 (1) 矿粒在介质中的重力G0 ，因其方向向下，故为（+）。即 (2) 矿粒与水因有相对运动而引起的介质阻力R1 。 (3) 由于介质作加速运动，其加速度所产生的惯性力作用在矿粒上，称为介质流对矿粒的附加推力F1 。 (4) 由于矿粒在介质中作加速度运动，势必带动周围部分介质也随其作加速度运动，于是这部分介质便产生了与其方向相反的惯性力，此力反作用在矿粒上。因此，矿粒受到一个附加惯性阻力Rg 的作用，由式可知 (5) 床层中的矿粒运动时，要受到机械阻力Rj 2. 矿粒在垂直交变介质流中运动微分方程式的建立 或 (2-5-6) 若以 除式（2-5-6）两侧，便可得到单位质量矿粒的运动微分方程式，即 (2-5-7) 对跳汰过程中颗粒运动微分方程式的分析，可归纳两个重要点： (1) 矿粒运动状态除和密度有关外，还与粒度及形状有关。而粒度及形状的影响仅体现在介质阻力加速度（即第二项）上，其数值与相对速度的平方成正比。因此，在跳汰过程中，尽量减小矿粒与介质之间的相对运动速度是至关重要的； (2) 介质的运动状态（速度和加速度）对矿粒的运动或者说对床层的分层有重要影响。因此，只要选择恰当的水速及加速度为按密度分层创造有利的条件。 三、跳汰过程中垂直交变水流的运动特性 （一）跳汰机内垂直交变水流的运动特性 或 (2-5-8) 当或时，活塞的瞬时速度为最小，; 当时，活塞的瞬时速度达到最大值，即 m/s