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黑龙江科技学院 备课笔记 第8次课 授课时间2004年3月26日 章节及主要内容 第三章的第一、二节 主要内容水分的赋存形态及粗颗粒物料的脱水。 重点内容水分的赋存形态、粗颗粒物料的脱水及设备。 难点内容物料性质对脱水的影响、直线振动筛的工作原理。 参考资料重力选矿、分离技术选煤厂辅助设备。 教学手段面授。 扩展内容 教学后记 第三章 脱水与脱水机械 第一节 水分的赋存的形态 一、水分的赋存形态 物料中的水分，包括成矿过程中的水分、开采水分、分选加工用水和运输、储存过程中加入的水分。以不同的形态赋存于物料之中。通常有四种形式，即化合水分、结合水分、毛细管水分和自由水分。 （一）化合水分 化合水分，指的是水分和物质按固定的质量比率直接化合而成为新物质的一个组成部分。它们之间结合牢固，只有在加热到物质晶体被破坏的温度才能使化合水分释放出来。 （二）结合水分 在固体物料和液相水接触时，在两相的接触面上，由于其物理化学性质与固体内部不同，位于固体或液体表面的分子具有表面自由能，将吸引相邻相中的分子，在固体表面形成水化膜。结合水分又可细分为强结合水和弱结合水。 ①强结合水强结合水又称吸附结合水，指紧靠颗粒表面与表面直接水化的水分子和稍远离颗粒表面由于偶极分子相互作用而定向排列的水分子。前者由于静电力和氢键力的作用，水分子可牢固地吸附于颗粒表面，此种水具有高粘度和抗剪切强度，很少受温度的影响；后者与颗粒表面结合较弱，但仍有较高的粘度和抗剪切强度。 ②弱结合水弱结合水，指与颗粒表面结合较弱的这部分结合水，在温度、压力出现变化时偶极分子之间的连接破坏，使水分子离开颗粒表面而在距其稍远部位形的一层水。它具有氢键连接的特点，但水分子无定向排列现象。 通常，进入双电层紧密层的水分子为强结合水，在双电层扩散层上的水分子为弱结合水。结合水与固体结合紧密，不能用机械方法脱除，而应用干燥法只能去除一部分，当物料与湿度大的空气接触时那部分水分又会被吸收回来。 （三）毛细管水分 松散物料的颗粒与颗粒之间有许多孔隙，孔隙较小时可发生毛细管现象，水分子保留在这些孔隙和孔隙度有关，孔隙度越大可能保留的水分越多。当孔隙度为圆柱形、直径为d时，由于毛细管吸力作用所能保留的水柱高度h可用力平衡条件出，其平衡状态水柱高度如图3-1所示。 2RπσcosθπR2hρg 所以有h2σcosθ/Rρg 式中σ水的表面张力，N/m； θ物料的平衡接触角； ρ水的密度，kg/m3； g重力加速度，m/s2。 由上式可见，物料毛细管中水柱的高度，除与水的性质有关以外，还与物料性质和毛细管的直径有关。毛细管直径越小，水柱高度越大；此外，亲水性的物料接触角较小，其毛细管中水中高度增大，因而其毛细管水分的含量增加。毛细管水分根据所采用的脱水方法和毛细管直径的大小，只可脱除一部分而不能全部脱除。 （四）自由水 自由水也称重力水，存大于各种大孔隙中，其运动受重力场控制。自由水是最容易被脱除的水。 二、物料的性质对脱水的影响 ① 孔隙度孔隙度大时存在水分多，毛细管作用弱而水分易脱除；孔隙度小时存在水分少，但毛细管作用强水分不易脱除。 ② 比表面积它是指单位重量物料所具有的总表面积。比表面积越大，吸附的水分越多且不易脱除。 ③ 密度同样质量的物质，密度在的其体积越小，其比表面积亦小，吸附的水分也少，一般选煤厂产品水分常比选矿厂产品水分高，正是这个道理。 ④ 润湿性润湿性差的疏水矿物，含水量少且易脱除；而亲水矿物的含水量较疏水矿物多且脱水较困难。 ⑤ 细泥含量泥质属亲水矿物，一方面它充填于物料间隙而使毛细管作用增强，另一方面它附着在矿粒表面而使物料水分增高，这两种情况的水均不容易脱除。 ⑥ 粒度组成物料的粒度组成越小，其比表面积越大，吸附的水分多且不易脱除；物料的粒度组成均匀时，颗粒间空隙较大，容纳的水分多但却易脱除；若粒度组成不均匀，细颗粒充填在粗粒的孔隙中而使颗粒孔隙微小，毛细管作用增强，其水分难于脱除。 第二节粗颗料物料的脱水 一、脱水筛 筛分脱水，是指物料以薄层通过筛面时发生的水分与颗粒脱离的过程。脱水筛是选煤厂使用最广泛的脱水设备之一，通常，分级用的筛分设备把构造做相应改变可以用于脱水。选煤厂常用的脱水筛有固定筛、摇动筛、和振动筛等。 （一）固定筛 固定筛固定不动，筛面倾斜安装，物料在倾斜的筛面上完全靠自重下滑，水则通过筛孔排除。固定筛主要安装在运动的脱水筛之前，用于预先脱水，以减少进入运动脱水筛的水量，提高脱水效率。固定筛可分为条缝筛、弧形筛、和旋流筛等。 1、条缝筛 条缝筛安装在运动的脱水筛的给料溜槽上，其宽度与溜槽相等，长度一般不超过2米。如图3-2所示。筛缝尺寸一般为0.5mm，最高泄水能力达200300m3/hm2，以预先脱水后的产品液固比约为23。条缝筛的长度对于脱水有较大的影响，长度不够脱水效率低，而筛面过长则脱水后的物料容易在筛面上堆积。其长度一般通过单位面积处理能力、需要排泄总水量和溜槽的宽度而确定。 2、弧形筛 弧形筛既可用于细粒物料的脱泥、脱水，也可以对悬浮液中细小颗粒进行精确分级，还可用于重介质选矿产品的脱介，其结构如图3-3所示。 构造及给料弧形筛的筛条由不锈钢或尼龙制成，截面为长方形或梯形，筛缝宽度一般为0.151mm，筛条排列成弧形。其给料方式有两种一种为无压给料，称自流弧形筛，给料速度为0.53mm/s；另一种为压力给料，称压力弧形筛，给料压力为0.10.2Mpa，料浆速度一般可达10m/s。弧形筛规格以筛面的曲率半径（R）、筛面宽度（B）和弧度（α）表示，多用于选煤厂的脱水和金属选矿厂的产品分级；压力弧形筛有180度和270度，其中270度弧形筛多用于水泥工业。 特点脱水效率高，如图3-3所示筛面上运动的物料在离开某一筛条继续前进时，颗粒接触到下一个筛条侧面的宽度为△，其大小可由图中所示的三角关系求知 R2L2（R△）2 由于△2很小，可忽略不计，于是得△L2/（2R）若R500mm，L1mm，则△0.001mm，远小于筛孔尺寸，因此在物料流过筛面时，比筛孔小得多的微粒都可以滑过筛缝而成为筛上物。通常选用的筛缝，可为筛下产品最大粒度的1.52倍。 第二个优点结构简单、轻便、占地面积小、无运动部件和传动机构，处理能力大。其缺点是筛条磨损严重，筛面的安装和维护要求较高。为了延长筛面的使用寿命，不少弧形筛制成可逆转式，当前一端磨损严重后，可将筛面转动180度后继续使用另一端。为了提高分级效率和减轻筛缝堵塞，可在筛面背后加设打击装置，使弧形筛产生振动。 3、旋流筛 旋流筛同前述电磁振动旋流筛工作原理和结构相似，只是没有振动系统。其结构图详见图2-10。固定的旋流筛也可用于末煤跳汰机100.5mm级精煤的初步脱水和末煤的脱泥、细煤粒煤的分级。对于末煤脱水，推荐的筛缝宽为0.75mm；未经脱泥的末煤或浓度大于50g/L的循环脱水或末煤脱泥，推荐的筛缝宽为1.0mm。旋流筛一般多用于分级。 （二）振动筛 振动筛具有工艺效果好、结构简单、操作维修方便等优点，其主要型号有圆运动振动筛、直线振动筛和共振筛几种。圆振动筛多用于分级作业，选煤厂中多用直线振动筛脱水。 （1）直线振动筛的构造 直线振动筛是双轴振动筛的一种。其筛箱振动的轨迹是直线，筛面水平安装，物料在筛面上的移动不是依靠筛面的倾角而取决于振动的方向角。我国目前主要生产的使用的直线振动筛有吊式（DS式）和座式（ZS型）两种，它们又分别有单层和双层两种。无论是DS型还是ZS型振动筛，均由筛箱、激振器及弹簧支撑或吊挂装置组成，如图3-4所示。 筛网是脱水筛的主要工作部件，应具有足够的机械强度、最大的开孔率且筛孔不易堵塞等性质。常用的筛网有板状筛网、纺织筛网和条缝筛网等，脱水常采用编织筛网和条缝筛网。筛网固定在筛箱上必须张紧，因脱水筛筛孔通常较小，其张紧装置采用图3-5所示型式。先将筛网用螺栓经压板固定在框架上，再将框架固定在筛箱上，紧固方式可用压木和木楔。 （2）直线振动筛的工作原理及应用 直线振动筛是利用激振器产生的激振力而使筛箱作做复印直线运动的，如图3-6所示。当主动轴和从动轴的不平衡重块相对同步回转时，在各瞬时位置中，离心力沿x-x方向的分力总是相互抵消，而沿y-y方向的分力总是相互叠加，因此形成单一的沿y-y方向的激振力而驱动筛子做直线运动。 直线振动筛的抛射角在30度到65度之间，我国多采用45度，物料行进距离远、利于脱水。物料在筛面上的脱水过程，通常分三个阶段第一段为初步脱水；第二阶段为喷洗；第三阶段为最终脱水。喷水的目的是冲洗掉混在产品中的细泥，既可降低灰分又可降低水分，主要的细泥阴碍水分的泄出。喷水必须用澄清的循环水，水压常为0.150.2Mpa。喷水点在整个筛子的中心处，沿全宽喷洒。 对块煤脱水和脱介，为的是提高筛子的处理能力并减少对小筛孔条缝筛的磨损，通常采用双层筛，上层用编织筛网，筛孔为13mm，下层用条缝筛网，筛孔为0.5mm。 10
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