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重力选矿备课笔记 第一章 绪 论第5页 黑龙江科技学院 重力选矿备课笔记 第6次课 授课时间 2004年3月8日 章节及主要内容 第二章 重力选矿的基本理论 27 颗粒的干扰沉降规律 1、 干扰沉降的特点及常见的几种类型 2、 颗粒在均一粒群中的干扰沉降规律 3、 颗粒的干扰沉降末速 重点内容利亚申柯实验 难点内容利亚申柯实验的分析 参考资料流体力学、 选矿学 教学手段讲述、投影 扩展内容自由沉降与干扰沉降的区别 教学后记争取能实际做实验 27 颗粒的干扰沉降规律 一、干扰沉降的特点及常见的几种类型 1、自由沉降与干扰沉降的区别 矿粒在干扰沉降时所受到的阻力比在自由沉降时多，有以下一些阻力 1）干扰沉降时，颗粒间和颗粒与器壁间的直接碰撞和摩擦，使其进行着动能交换，引起了机械阻力。 2）大量固体颗粒机降时，置换了颗粒前部空间的介质，迫使介质作钻隙向上运动， 所引起的介质阻力。 2、容积浓度 1）定义容积浓度以符号“λ”表示，λ可用周围粒群在介质中所占的体积分数来表示 2）分析物体在干扰下沉时所受的阻力Rh以及干扰沉降速度ｖh，不仅是物体及介质性质的函数，而且也是沉降空间的大小或周围粒群浓度的函数。容积浓度λ越大，物体沉降所受的阻力Rh也愈大，干扰沉降速度vh则愈小；当λ相同时，物料的粘度愈细，物体的颗粒愈多，沉降时的阻力也愈大。 3、松散系数介质中的固体量（粒群）有时也用另外一个与容积浓密λ相对应的参数一一松散系数m来表示。松散系数是做群间空隙的体积V’占总体积V的比值。 4、常见的干扰沉降类型 1） 颗粒在密度和粒度均一的粒群中沉降。 2） 颗粒在粒度相同而密度不同的粒群中沉降， 3） 颗粒在密度和粒度均不相同的粒群中沉降， 4） 粗颗粒在微细分散悬浮液中沉降。 目前，对第一种情况研究较多，其它情况均研究较少。第三种情况是重力选矿中最常见的，第四种情况属于粗颗粒在重悬浮液中的沉降。 二、颗粒在均一粒群中的干扰沉降规律 ★1、研究历程19世纪末叶开始有很多学者对干扰沉降进行了广泛的研究。门罗和伏伦兹根据干扰沉降现象发生在周围物体所形成的狭窄空隙中的事实，把物体的干扰沉降比喻成矿粒在窄管中沉降。霍查兹和高登则认为因固体颗粒群的存在，而改变了介质的性质，使介质变成了悬浮液，因此，把干扰沉降视为物体在悬浮液中的沉降。这样，只要把自由沉降末速公式中介质性质参数用悬浮液性质参数代替，即可求得粒群的干扰沉降求速。以上两类假说未能反映真实情况，物理概念不确切，又没有反映出干扰沉降现象的物理本质，故均与实际情况不相符合。 2、利亚申柯实验 利亚申柯则从更广泛的基础上研究了干扰沉降现象。为了在研究中便于观测，利亚申柯首先研究了粒度和密度均一粒群，在上升介质流中的悬浮的情况。当粒群从整体上看粒于空间某固定粒置时，按照相对性原理，此时介质上升流速，即可视为粒群中任一颗粒的干扰沉降速度。 1）、使用的装置在直径为30～50mm垂直的玻璃管1的下端，连结一个带有切向给水管3的涡流管2，水流在回转中上升，可以均匀地分布在垂直管内。在垂直玻璃管下部装有一筛网6，用以承托悬浮的物料群。玻璃管的旁侧连结一个或沿纵高配置数个测压管4，由测压管内液面上升高度可读出在连结点处介质内部的静压强。 2）、实验过程 （1）试验时，首先将试料放到筛网上，然后由下部给入清水，于是随着上升水速的逐渐增加试料即在管内上升悬浮。对应于一定的上升水速，试料的悬浮高度亦为一定值。根据测量由上部溢流槽5流出的水量Q，悬浮管的断面积S，就可以算出水流在管内净断面的流速ua ｕaQ/S 利亚申柯用各种性质和粒度不同的物料进行了悬浮试验。所用介质为水，试验结果如图。 （2）介质的上升流速为零时，粒群在筛网上保持自然堆积状态。颗粒在介质中的重量为筛网所支持。到压管中的水柱高与溢流目的浪面高一致。这时物料群的状态称之为紧密床。 对于呈紧密床的球体颗粒其松散度m0约为0.4，石英砂为0.42，各种形状不规则的矿石则大约为0.5。 （3）给入上升介质流，并逐渐增大流速。当介质穿越颗粒间隙向上流动过程中，产生了流动阻力，床层底部的静压强增大，测压管中波面上升（如图2－17 b所示），当介质动压力（阻力）达到与粒群在介质中的重量相等时，粒群整个被悬浮起来。床层由紧密床逐渐转为悬浮床（亦称流态化床）。当物群全部悬浮后，筛网不再承受物群的压力，筛网上面的介质内部，则因支持颗粒重量而增大了静压强，增大值△P为 介质穿过紧密床的间隙流动，称作渗流流动。渗流阶段的压强增大值，随介质上升流速ｕａ的增大而增大，两者呈幂函数关系，如图下方对数坐标中Ａ０一Ｄ所示。相应于此阶段的介质流速，是由零增到悬浮开始时的速度ｕf。 试验还得出．使物群开始松散，所需要的最小上升水速。j，远远小于颗粒的自由沉降末速ｖ0r但是物体的ｖ0r愈大，所需的最小上升水速ｕf也较大。 （4）粒群开始悬浮之后，再增大介质流速，则粒群的悬浮体的上界面H随之升高，松散度m也相应增大。若保持上升介质流速不变，则是浮体的高度H也具有一定值，此时，虽然粒群中每一矿粒都在上下、左右不断地混杂地运动，使整个床层具有流动的状态，但整个粒群的悬浮高度却保持不变，即整个物料层处于动力平衡状态。从而说明，颗粒的干扰沉降速度与松散度之间存在着一定的对应关系。将实测的干扰沉降速度与松散度的关系绘在图2-I7下方的对数坐标图中，即可得到D′E′线段。在E′处对应的松散度梁m1，此时的上升水速从ｕtｖ0，即颗粒成自由沉降运动。 设颗粒达到自由沉降末速前，在某上升介质流速作用下悬浮的高度为H，则根据粒群的总体积∑V或总重量∑G可求得粒群的容积浓度λ 在整个床层悬浮松散过程中，支持粒群重量的介质静压力增大值是不变的，始终等于悬浮开始时的压力增大值。以压强表示时，在图2－17中lg△P与lgｕa之间为一条平行于横轴的直线DE。其关系为 （5）如上升水速不变，增加悬浮粒群的重量∑G，则粒群的悬浮高度H也成正比地增加。因此，粒群在上升水流中悬浮的容积浓度λ与粒群的重量无关，λ只是上升水速ｕa及物体性质（δ、d、χ及υ0）的函数。 三、颗粒的干扰沉降末速 透过粒群在不同上升水流中的悬浮试验，利亚申柯得出了干扰沉降的阻力系数如与自由沉降的阻力系数φ0r之间的关系为 K5～7．6，平均取K＝ 6。 则 n实验指数 实验指出颗粒的粒度愈小、形状愈不规则，表面愈粗他则指数N愈大。因此，公 式中的指数n值实际上不可能是一个常数。 同时，我们还得到了n值与介质流态的关系是 当Re＞1000时，n≈2.3 Re＜1000时，n＝50.7lgRe 只要将矿粒自由沉降末速公式中的阻力系数φ0r。用单扰改降的山力系数φh。代入，就可得到矿粒干扰沉降末速υh。 即矿粒粒群的干扰沉降末速等于松散度m的n次方与矿粒的自由沉降末速的乘积。 思考题 1、 自由沉降与干扰沉降的区别； 2、 容积浓度与松散度的分析； 3、 干扰沉降的几种类型； 4、 颗粒的干扰沉降末速。