重介旋流器.ppt

重介质选矿（重介旋流器）,授课时间授课内容1、重介质旋流器工作机理2、重介质旋流器分选工艺流程授课班级,0、重介质旋流器选煤发展历程,1958年吉林通化矿务局铁厂选煤厂建成第一个重介选煤车间;1966年辽宁省采屯选煤厂重介质旋流器选煤车间，500mm圆柱圆锥形旋流器分选6～0.5mm原煤；1969年河南平顶山田庄选煤厂350万t/a，500mm旋流器分选13～0.5mm原煤；1995年全国有30多个选煤厂装备了130多台旋流器。,具有体积小、无运动部件、处理量大、分选效率高等特点，对于难选、极难选原煤、细颗粒较多的氧化煤、高硫煤的分选和脱硫具有显著效果。,重介质旋流器分类方法较多；下面是几种常规的分类方法1按其外形结构可分为2按其选后产品的种类可分为3按给入旋流器的物料方式可分为4按旋流器的安装方式可分为,1、重介质旋流器分类,圆柱形重介质旋流器；圆柱圆锥形重介质旋流器。二产品重介质旋流器；三产品重介质旋流器。周边有压给原煤、给介质的重介质旋流器；中心（无压给原煤、周边（有压给介质的重介质旋流器。正直立式、倒立式和卧式三种。,1、重介质旋流器分类,沃赛尔重介质旋流器,英国西蒙卡弗公司制造特点流场稳定；有效分选空间小；入选上限受限；无径向零速度死角。,1.1、几种不常见的重介质旋流器,1.1、几种不常见的重介质旋流器,倒立式重介质旋流器（涡流旋流器）,1967年日本田川机械厂制造特点1、空气柱稳定2、加重质要求低（粗）3、入料压力大4、生产能力大5、介质循环量大,1.1、几种不常见的重介质旋流器,双圆筒串联三产品重介质旋流器,意大利制造、首次用于西德分选萤石矿。特点1、可以采用单密度、双密度介质2、二段检测困难，产品质量不稳3、对细粒煤分选效果不佳4、循环介质量大5、泥化现象少6、堵塞、磨损轻,重介质旋流器工作机理,与水介质旋流器类似分选流场与水介质旋流器有很大差别,,重介旋流器与水介质旋流器分选机理类似。不同处水介质旋流器的密度场和粘度为常数重介旋流器的密度场和粘度是变数,2.1、重介旋流器分选机理,2.1、重介旋流器分选机理,1、“重介旋流器与水介质旋流器分选机理基本相同”,重介旋流器与水介质旋流器分选机理基本相同。所不同的是前者介质的密度场与粘度是个变数，而非常量。矿粒在旋流器中的垂直零速面和最大切线速度恒速面的交线处分离的。,2.1、重介旋流器分选机理,2、“矿粒在重介旋流器内受上升、下降液流作用的过程中，是按密度进行分离的，使分离点在重介旋流器的下部，即底流口附近。因此重介旋流器的底流介质密度是决定矿粒在旋流器内分离密度的主要因素。”,实际分离密度,---底流介质密度,2.1、重介旋流器分选机理,3、“设想重介旋流器内存在一个圆锥分离面。”,m0.5,,2.1、重介旋流器分选机理,4、“在旋流器重存在一个垂直零速锥形分离面，在这个锥面上液流的轴向速度等于零。”,2.1、重介旋流器分选机理,5、“把染色液体注入透明旋流器中，发现在旋流器锥体上半部出现一个明显的染色液环。认为这个染色液环的界面代表着垂直零速面，同时也是径向零速面。染色液环在直径为0.43DD为旋流器直径，并在0.7D截面下形成矿粒分离锥面，认为轻密度矿粒只有进入锥面内才能从溢流口排出。否则，从底流口排出。”,2.1、重介旋流器分选机理,6、“在离心力场作用下，旋流器内形成不同密度的等密度线，底流、溢流悬浮液密度、加重质粒度的差异，决定了分离密度。”,锥角为20度时n1.5～2.0m0.5～0.8,2.1、重介旋流器分选机理,切向速度；径向速度；轴向速度。,被选矿粒在旋流器内旋转流的密度场流中受到的作用力，主要是离心力和重力,矿粒在密度场中受到的离心力比重力大几十倍到几百倍。离心力与重力比值叫作离心系数,2.1、重介旋流器分选机理,矿粒在旋流器中分离时间，与旋流器半径三次方成正比、与粒度平方成反比、与矿粒密度与介质密度差有关。,矿粒从旋流器器壁到中心的时间t,2.1、重介旋流器分选机理,切向速度与入料压头关系,则,1、矿粒所受离心力与入料压力成正比、与旋流器直径成反比、与矿粒直径立方成正比、与矿粒密度与悬浮液密度差成正比；2、分选小粒度物料，易采用小直径旋流器，以获得较高的离心系数。但小直径的入料上限较小。采用大直径旋流器，适当增加旋流器的入料压力，以确保小直径有效分选。,2.1、重介旋流器分选机理,重悬浮液在离心力场作用下，内部形成不同的“等密度面”。密度自上而下，由内项外增加。越靠近锥壁和底流口的密度越大越靠近溢流管附近的密度越小,产生原因重介质是由高密度固体粒子与水混合成的不均匀两相体系。在较大的离心力场作用下，悬浮液在旋流器中受到强烈的浓缩作用。从而造成悬浮液的密度在旋流器中分布不均匀。底流密度与溢流密度差异、重介质粒度差异决定了煤和矸石的分析密度。,2.2、重介质旋流器等密度面,Ф150圆筒圆锥型旋流器Ф200圆筒型旋流器入料密度为1.43t/m3,2.2、重介质旋流器等密度面,影响因素1、加重质粒度2、重介质密度3、给料压力4、锥角5、底流口尺寸,,,分选悬浮液形成的密度场对保证物料在重介质旋流器内按密度进行精确分离起决定性作用矿粒进入旋流器中，矿粒逐渐扩散，按矿粒密度不同而处于相应的等密度线上。在离心力作用下，密度大的矸石很快奔向器壁，在外旋流作用下由底流口排出。密度轻的精煤在内旋流作用下从溢流口排出。,2.3、矿物分选过程,2.3、矿物分选过程,悬浮液形成密度场对精确分离过程起决定性作用的。实际生产中对重介质旋流器内密度场检测困难。只能通过实验室实验，结合旋流器入料点和各排料点悬浮液的流变特性测定，找出它们之间的关系，达到对旋流器内流场的调控。,2.4、分离锥面,,分离锥面构想图,分离锥面的形成决定于垂直零速面，并与径向零位面有关，而分离锥面周截面的确定则与旋流器的结构有关。流场运动特性的实验结果证实了分离锥面的存在。,分离指数n、m与旋流器的结构、加重质的特性有关。当锥角为200时，n1.5～2.0m0.5～0.8,2.4、分离锥面密度（分选密度）,,圆柱圆锥型旋流器a0.5、b0.6圆柱型旋流器a0.7、b0.8,简述分离锥面学说,矿粒随同悬浮液一起，在一定压力下给入旋流器。旋转运动中，在离心力作用下，位于包络面里侧的高密度矿粒便由中心向外移动，若矿粒密度高于包络面处悬浮液密度，则该矿粒将穿过包络面而进入下降介质流，并随之下行，最后经底流口排出。反之，若矿粒密度小于包络面处悬浮液的密度，如原来就位于包络面里面的，则仍然停留在上升介质流中；若处于包络面外侧，由于重介质的浮力及向心介质流的作用，必将穿过包络面向中心运动。最终，所有低于包络面处悬浮液密度的矿粒，在上升介质流及向心介质流的掠获下，从溢流口而去。所以，锥形包络面上悬浮液的密度，就是矿粒在旋流器中的实际分选密度。但是，由于在整个包络面上，悬浮液各点的密度并不相同，密度大而下地逐渐增加。因此，矿粒在旋流器中的分选，可以看成是一个连续进行的多次分选过程，而分选密度依次逐渐升高。包络面最下端的悬浮液密度，是矿粒在重介质旋流器内的最终分选密度。,2.5、重介旋流器分选过程（有压给料旋流器）,1、入料管2、锥体3、底流口4、溢流管5、溢流室6、支架,2.5、重介旋流器分选过程（有压给料旋流器）,优点分选精度高、介质循环量少。缺点系统磨损严重、原料破碎泥化严重、入料上限小。,2.6、重介旋流器分选过程（无压给料旋流器）,2.6、重介旋流器分选过程（无压给料旋流器）,优点入料上限宽、处理能力大、管路磨损轻。缺点分选精度容易受影响。,2.7、重介旋流器分选工艺流程（有压给料旋流器）,三产品重介旋流器流程（泵给料）,,原煤破碎严重；泵磨损严重；入料上限受泵限制；循环量大；厂房低、流程简化；基本建设投资少。,2.7、重介旋流器分选工艺流程（有压给料旋流器）,,三产品重介旋流器流程（定压给料）,厂房高、基建投资多。原煤破碎轻；管路磨损轻；入料上限不受泵限制；循环量小；生产操作直观。,2.7、重介旋流器分选工艺流程（无压给料旋流器）,无压给料（中心给料）三产品重介旋流器流程,工艺复杂；对细粒煤分选效果差。,2.7、重介旋流器分选工艺流程（无压给料旋流器）,重介质选矿工作影响因素,3、流体在重介质旋流器中的运动规律,3.1、切向速度,3.2、轴向速度,3、流体在重介质旋流器中的运动规律,3.3、径向速度,4、影响重介质旋流器工作的主要结构因素,1、重介质旋流器的圆柱直径2、旋流器圆柱长度3、旋流器的溢流口直径4、溢流管长度和器壁5、旋流器的底流口直径6、旋流器入料口形状和尺寸7、旋流器的锥比8、旋流器圆锥角9、旋流器的安装角,4.1、结构参数,4.1旋流器的圆柱直径,中心给料煤2.5～5m3悬浮液；周边泵给料煤3～5m3悬浮液周边定压箱给料煤2.5～4m3悬浮液,式中,直径D影响处理能力和入料上限。,4.2旋流器的长度,旋流器长度和容积主要取决于旋流器的圆柱尺寸，从而保证物料的有效滞留时间。圆柱部分过短，易造成液流的不稳定，使选煤效率降低。圆柱部分过长也会使分选效果变坏。,200圆柱圆锥旋流器k（0.6～0.7）D200圆柱圆锥旋流器k（0.7～2）D圆柱旋流器k（2～6）D直径大的选小值，直径小的选大值。,,圆柱长度与分离密度及效率的关系,4.3溢流口的直径,溢流口直径在（0.32～0.4）D一般选取0.4D。易选煤溢流口可选取大一些。旋流器直径确定后，溢流口直径与生产能力成正比。,溢流口直径与分离密度、可能偏差的关系,D增大，轴向速度增大，轴向零速半径也增大，分选密度也增大。,1、溢流管长度对切向速度无明显影响，但对精煤质量和分选精度又较大的影响。溢流管增长时，溢流管下端至锥体下部距离缩短，促使实际分离密度增大，使分选结果变坏。溢流管长度（0.8～1.0）圆柱长,2、溢流管壁厚对切向速度影响较大，壁厚加大，使溢流管与器壁之间空间变小、流层变薄，从而使相同半径上的切线速度梯度增大。厚管壁的轴向零速区较宽，速度由向下变向上有缓慢过渡区，使分选精度提高。过厚的溢流管壁使重量增加，容积变小，对结果也不利。,4.4溢流管长度和器壁的影响,4.5底流口的直径,底流口直径在（0.24～0.32）D范围内底流口直径3dmax,4.6入料口形状和尺寸,入料口有圆形、矩形、扇形等多种，入料流线有切线、摆线、渐开线等方式。入料流线对入料压头损失和液流稳定有一定的作用。入料口形状无较大影响，入料尺寸过大，使流线难以保证，尺寸过少，影响入料上限。,入料速度4～5米/秒当量直径（0.2～0.3）D,4.7锥比,重介质旋流器锥比溢流口直径与底流口直径的比值。,锥比越小，分选密度越高。反之，越低。入选原煤属于难选煤时，锥比宜选小一点。一般锥比在0.5～0.8。溢流口与底流口直径由于磨损而增大的部分不能超过原来直径的3。一般在2以下。,4.8圆锥角与旋流器安装角,主要出于工艺的需要，以及有利于旋流器给料、排料的方便和顺畅。一般在10～40度。,重介质旋流器圆锥角增大，实际分离密度迅速增大。锥角增至80度后，变化显著变小，选煤效率迅速下降。,5、影响重介质旋流器工作的主要操作因素,1、入料压力定压箱给料煤t悬浮液m31（2.54）H（911）D混合泵给料煤t悬浮液m31（3～5）P（910）Dρ105（帕）,5、影响重介质旋流器工作的主要操作因素,2、悬浮液密度悬浮液密度波动在10kg/m3。高密度分选可放宽一些，低密度分选要求更严一些（5kg/m3）,5、影响重介质旋流器工作的主要操作因素,3、煤泥含量煤泥量小于60时，随煤泥量增加，可能偏差减小。随着煤泥量继续增加，10.5mm级煤的可能偏差随之增大。加重质粒度粗时，可适当增加煤泥含量。粒度过粗过细均会造成加重质损失，影响分选效果。,悬浮液中泥质物的含量是如何处于动平衡状态的,在悬浮液中泥质物的含量是处于动平衡状态。进入悬浮液系统中的煤泥有原生煤泥和次生煤泥；而从悬浮液系统排出的煤泥包括产品带走的煤泥及稀介质和分流过来的一部分合格介质，经磁选后以尾矿形式排走的煤泥。当原煤的数量、质量，选煤工艺流程及分流量等诸因素不变时，按照数质量进出平衡的原则，煤泥既不能在悬浮液系统中无限积存，也不可能在系统中无限减少。进入系统的煤泥量与从系统中排出的煤泥量始终维持动平衡。当某一因素变化时，这个动平衡便遭到破坏，其表现是煤泥在合格介质中的增加或减少，但到一定值后，又在新的条件下达到了新的平衡。例如，若使分流量增大，虽然进入系统的煤泥量没变，但从磁选机排出的煤泥量增多了，也就是说，从系统中排除的煤泥量，大于进入系统的煤泥量，那么合格介质中煤泥含量逐渐减少，合格悬浮液的粘度便逐渐降低，于是脱介筛第一段脱介效果将改善，进入脱介筛第二段后，稀悬浮液中的煤泥量也将减少，最后由产品带走的煤泥量必然也就减少。于是其结果导致系统中排除的煤泥量，逐渐与进入系统的煤泥量趋于平衡，也就在合格悬浮液中煤泥量减少的基础上，建立了新的平衡关系。,6、悬浮液的净化回收,介质回收设备1．脱介筛2．浓缩设备3．净化设备4．介质桶5．提升和输送介质的设备,介质回收流程1、浓缩-磁选-磁选2、磁选-浓缩-磁选3、磁选-磁选,,1重介分选机按密度分选物料2重产物脱介筛脱除重产物中的悬浮液3轻产物脱介筛脱除轻产物中的悬浮液4合格介质桶储存和缓冲合格悬浮液5、6合格、稀介质泵运送合格、稀悬浮液7稀介质桶储存和缓冲稀悬浮液8、9一、二段磁选机回收稀悬浮液中磁铁粉,6、悬浮液的净化回收,由产品带走和磁选机尾矿流失的加重质（磁铁矿粉）之和，折合成每吨原煤的介质损失量，称为磁铁矿粉的技术损失。对于块煤系统0．2～0．3kg；对于未谋系统0.5～1.0kg。由于运输、转载和添加方式不佳等管理不善而造成的损失，称为磁铁矿粉的管理损失。技术损失和管理损失相加，构成总介质损失,7、悬浮液密度自动控制系统,