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重力选矿备课笔记 第一章 绪 论第7页 黑龙江科技学院 重力选矿备课笔记 第19次课 授课时间 2004年4月23日 章节及主要内容 第五章 重介质选矿 54 重介旋流器 1、 圆筒圆锥形重介质旋流器 2、 影响重介质旋流器工作的因素 重点内容重介质旋流器的原理 难点内容重介质旋流器的原理 参考资料 选矿手册、重力选矿原理 教学手段讲述、投影 扩展内容重介旋流器的发展 教学后记 54 重介旋流器 一、分类 1、重介质旋流器按其外观形状可分为圆筒圆锥形重介质旋流器和圆筒形重介质旋流器；属于前者的由荷兰国家矿业公司最早创制的D．s．M重介质旋流器及其仿制品，属于后者的有美国研制的D．W．P重介质旋流器及英国研制的沃西尔旋流器。 2、重介质旋流器接给料方式，可以分为有压给料式和无压给料式两种。有压给料是指被选物料和悬浮液预先混合后，用系或定压箱压入旋流器内，旋流器的工作压力取决于给料压力的大小。如荷兰的D．S．M重介质旋流器及其仿制品（日本永田式、苏联两产品重介质旋流器及我国煤用或矿用重介质旋流器），另外，美国的麦克纳利、英国的沃西尔、日本的问立旋流器等皆属此类。无压给料式重介质旋流器其特点是悬浮液与煤分开给入旋流器内，即悬浮液用泵或定压箱压入旋流器中形成旋涡流；而煤靠自重进入，并被卷进旋涡流内进行分选。属于该类的有美国D．w．P旋流器、苏联Tu－500型旋流器等。无压给料圆筒形重介质旋流器，无论选煤或选矿我国都已进行研制，90年代这类设备已有大的突破与发展。按产品数目重介质旋流器还可分成两产品重介质旋流器和三产品重介质族流器。但三产品重介质旋流器，实际是一个圆筒形族流器和一个圆筒圆锥形旋流器串联而成，三产品旋流器，我国也已研制成功，并在辽宁彩屯选煤厂安装使用，取得了良好的技术经济效果。 一、圆筒圆锥形重介质旋流器 （－）重介质旋流器内悬浮液密度的分布及物料的分层 由于悬浮液是由密度相近、粘度相异的固体加重质颗粒与水共同构成的不均匀两相体系，在一定压力下，自切线方向高速射入旅流器中，形成了旋转重介质流。因重介质流的快速旋转，加重质颗粒受到了相当大的离心力场作用，使得加重质颗粒中密度较高、粒度较粗的颗粒，在离心力作用下向器壁及底部沉降，因而悬浮液受到了浓缩作用，导致了悬浮液其密度在整个旋流器内呈不均匀分布。分布规律是，悬浮液密度由中央向外随半径的增加而增高；若旋流器正立安置，由L而下，则悬浮液密度的分布是由小到大（见图6－40所示）。而且，悬浮液在旋流器中受到的浓缩作用越强，也就是说加重质颗粒粒度越粗、密度越高、相互间密度差值越大、底流口越小、推角越大、给料压力越高、悬浮液密度分布的不均匀程度就越加突出。浓缩作用的结果，使给入时悬浮液的密度，低于旋流器底流口悬浮液密度，高于溢流口悬浮液密度。物料在旋流器中的实际分选密度介于溢流密度和底流密度之间，但高于给入时悬浮液的物理密度，见表6－4。具体实际分选密度比给人时悬浮液的物理密度高多少，是与操作条件有关，即与浓缩作用的强弱有关，一般要增高0．2～O．4g/m3。因此，对于重介质旋流器，可以采用密度较低的悬浮液而获得较高的分选密度， 矿粒在旋转重介质流中的分层规律，研究尚少，故只能作简单分析。根据悬浮液在放流器中的轴向流速及密度的分布状况，可把旋流器内的整个空间划分成两个区域，即自中央空气柱至轴向速度uz＝0的锥形包络面间，密度较低的、且具有上升介质流的区域；自uz＝0的锥形包络面到旋流器器壁间，密度较高的，具有下降介质流的区域。显然，上述两个区域的分界面为轴向零速包络面。 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o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。 最终分选密度在旋流器内所处的位置及其大小是和旋流器的构造及操作条件有关。苏联的Fti皮捷尔斯基用直径为75mm，溢流口为30mm、底流孔为14mm的旋流器进行研究，认为最终分选密度的位置大约在底流孔上方10mm处。 从上述分析可以看出，如果在轴向零速包络面上，悬浮液密度分布得越均匀，也就是说旋流器内包络面与等密度面越接近，则分选的工艺效果就越好。此外，由于族流器内还有向心液流，故矿粒在粒度上的差异将影响按密度分选的结果，所以在旋流器中，细粒矿粒的实际分选密度要比粗粒矿粒高。 （二）影响重介质旋流器工作的因素 影响重介质旋流器工作的因素，在很多方面与分级用水力旋流器相似，主要有下列几个方面 1．进料压力 进料压力高，悬浮液的速度大，致使旋流器的处理能力也大。此外，随着进料压力的增大，离心力也大，故在一定程度上，增大进料压力，可使分选过程加速，提高了分选效果。随着进料压力的加大，旋流器的浓缩作用加强，一方面实际分选密度增高，另一方面由于悬浮液密度分布更不均匀，导致分选效果降低。从这个意义上看；增大进料压力，对分选是不利的。所以，在增大进料压力的同时，应适当地加大底流口直径。在实际工作中，应尽可能采用低压给料，这对于降低动力消耗，减少旋流器的磨损也有好处的。从我国经验表明，使用直径350mm的旋流器，以黄土作为加重质，分选中煤，实际进料压力为0．1～0．05MPa，数量效率η可达94．5％。 2．悬浮液密度 悬浮波密度越高，旋流器内物料的实际分选密度也就越大。在一般情况下，如前所述，悬浮液密度可比实际分选密度低0．2～0．4，随着要求的分选密度越高，这种差别也就越。在实际生产过程中，人料悬浮液密度与实际分选密度间的差值，可通过改变给料压力及底流日孔径的大小进行调节。也就是说，入料悬浮液密度虽然不同，但经适当调节，完全可以达到按同一分选密度进行分选。因此，当要求的分选密度一定时，生产过程中对入料悬浮液密度的要求并不十分严格。当然，入料悬浮液密度如能保持稳定值，生产中可使调整工作大为减少、但应注意，入料悬浮液密度越低，虽然加重质用量可以减少，但悬浮液在旋流器内受到的浓缩作用越强，致使悬浮液密度分布就越不均匀，造成分选效率下降。 3．入料中矿石与悬浮液的体积比 入料中矿石和悬浮液的体积比，直接影响旋流器的处理能力和分选效果。当矿石和悬浮派的体积比增大时，旋流器按矿石计算的生产能力也增大，但分选效果相应下降。这是因为体积比增大，旋流器内矿石层增厚，分层阻力加大，分层速度降低，导致轻、重矿粒易相互混淆。经研究，从分选效果来看，矿石和悬浮液的体积比，以18为宜，但此时生产能力较低；为了要保持一定的处理能力，在一般情况下，应采用14～16为佳；只有处理难选煤时才采用18。 4．给料粒度 物料在重介质族流器中的分选效果，在一定程度上与矿石的粒度有关。图6－41展示了粒度为1．168～0．147mm的煤，划分4个粒级时，各粒级煤的分选效果。 从图中可知，粒度越细，分选密度越高。如粒度为1．168～0．147mm级的煤，分选密度为1．60g／cm3；而粒度为0．208～0．147mm级的煤，分选密度则高达1．88g／cm3。分选效果随着粒度的减小而降低。但上述实验表明，对于粒度低到0．417mm的煤，用重介质旋流器分选，效果仍然很好。此时，分配曲线的可能偏差E值为0．05。这就说明，重介质旋流器选煤，粒度下限可到0．5～0．3mm。重介质选煤（矿），若结料粒度太小（小于 0．4 mm），从产物中脱除介质既十分困难又不经济，因此，采用重介质分选法时，没有必要要求更细的分选粒度下限。再有，对于入料中粒度过细 （小于0．4mm）的分选效果虽然较差，但它并不影响粗粒物料的分选效果。旋流器给料粒度上限，只取决于旋流器的大小。实践表明，为了防止堵塞，给料中最大粒度以不超过给料口或底流孔直径的1／4为宜。根据我国生产实践的经验，利用重介质旋流器分选难选、极难选末煤或跳汰中煤，可以获得良好的效果。重介旋流器器选分金属矿石，给矿粒度一般不超过20mm，多在13mm以下。 5．旋流器结构参数的影响 旋流器结构参数除旋流器直径外，主要是指旋流器锥角、溢流口及底流口的大小、给料口的尺寸等。 1） 旋流器锥角 当旋流器直径已定，锥角大小对处理能力及分选效果的影响与分级用旋流器相似。分选效果将随雄用的增大而降低，为了获得良好的分选效果，重介质旋流器应选用较小锥角，我国选煤生产中所使用的重介质旋流器，锥角多为20。试验表明，锥角小于15后，实际对分选效果的改善已不明显，故通常锥角均在15～20之间选用。分选金属矿石时，旋流器锥角一般在15”～30”之间。 2）溢流口和底流口的大小 旋流器溢流口和底流口的大小，是影响旋流器工作的最主要因素。溢流口和底流口的大小对旋流器处理能力的影响，与分级用水力旋流器相同。在其它条件相同时，增大底流口或减小溢流口，即增大底流口直径与溢流口直径之比dD／dY，都使底流悬浮液的密度降低，缩小旋流器内上升液流的区域，增大下降液流的区域，导致轴向零速包终面向中心低密度区域移动，因此，分选密度变小；反之亦然。底流口直径dD与溢流回直径dy的比值，称为锥比。锥比与分选效果的关系很大，锥比大小直接影响液流的轴向分速度及恳浮波密度在旋流器内的分布状况，而这两点又正是决定旋流器分选效果的最主要因素。显然，锥比太大和太小都不利。一般锥比变大，可以获得较纯净的精煤，当锥比减小时，可以得到较纯净的矸石（或中煤）。锥比与原煤中重产物的含量多少有关，我国煤用重介质旋流器锥比为0．7～0．80 3）给料口的大小 旋流器给料口的大小只对旋流器的处理能力有影响，而对分选效果没有影响，一般，旋流器给料口的直径可取旋流器直径的1／7一2／7即可。 4）旋流器圆柱体的长度 当旋流器的直径和锥角确定后，旋流器的容积和总长度取决于圆柱体的长度。此时，圆柱体的长短对分选效果有较大影响，因为圆柱体长度加长，则物料在旋流器内停留的时间增长，实际分选密度升高，低密度产物的质量将有所下降。反之，圆柱体若过短，引起旋流器内圆柱体区域的介质流不稳，实际分选密度变小，导致部分低密度物损失到底流中。 5）溢流管插入深度 溢流管插入的深浅，对分选有一定影响，从我国使用的重介质旋流器实践证明，溢流管插入深度以320～400mm范围内效果较好。 （三）旋流器的安装及给料方式 旋流器的安装方式有三种，一种是正垂直安装，一种是倒垂直安装，再一种是倾斜安装。当旋流器直径不大时，一般均垂直安装。若旋流器直径较大、锥角较小时，多采用倾斜安装，旋流器轴线与水平的夹角为10～20。我国选煤用重介质旋流器一般是倾斜10安装；而选矿用重介质旋流器安装角度可达20，例如我国湘东钨矿重介质旋流器安装角度为18～2O。采用倾斜安装，一方面便于旋流器给料、溢流和底流管路系统的配置，当停止生产时，物料能顺利地从旋流器内排出来；另一方面，当采用低压给料时，可减小溢流口与底流口之间的落差，避免大量矿浆从底流排出，从而确保旋流器正常工作。作为分选设备的重介质旋流器，如日本的涡流旋流器，粗粒磁铁矿粉作为加重质，结构上也有所变化，采用倒垂直安装的方式。 重介质旋流器的给料方式有三种一是将物料与悬浮波混合后用泵直接打入旋流器中，其入料压力可达0．IMPa以上、这种用泵直接给料的方式，在给料过程中，物料粉碎现象严重，尤其用于煤炭更为明显，使设备磨损加剧，虽然可降低厂房高度，仍比较少用；二是利用定压箱给料，物料和悬浮液在定压箱中混合后，靠自重进入旋流器。定压箱液而高于旋流器人料口的高度，取决于旋流器直径大小，例如一般直径为500mm煤用重介旋流器，为保证给料压力不低于0．04MPa，定压箱液面应高于旋流器人料口至少5m，否则，王力过低，离心力减弱，不但影响分选效果，而且还使处理能力下降。这种实为定压、低压给料在生产中广为采用。还有第三种给料方式是无压给料。悬浮液以O．06～0．15MPa切向给入旋流器，而物料则是靠自重，自顶部结入，如美国制造的D．W．P型重介质旋流器属于此种给料方式。 （四）三产品重介质旋流器 三产品重介质旋流器，是由两台两产品重介质旋流器串联组装而成，从分选原理上没有差别。三产品重介质旋流器的主要优点是只需一套悬浮液循环系统，简化再选物料的运输。其缺点是在第二段分选时，其重介质密度的测定和控制较难。因第二段悬浮液入料是由第～段旋流器浓缩而来。因悬浮液密度与两段旋流器结构尺寸有关，所以第二段旋流器的分选密度除与第一段分选密度和两段旋流器的溢流管直径有关外，还与第二段旋流器底流口直径有关。因此，溢流管直径要选择适当。在正常生产条件下，允许调节的因素只有入悬浓密度和第二段旋流器底流口直径，故控制较难。但由于它工艺简化，基建投资和生产成本较低，所以仍受到用户欢迎。