浓缩工艺
来源：网络 作者：网络转载 2019-10-14 阅读：453
浓缩是将较稀的矿浆浓集为较稠的矿浆的过程，同时分出几乎不含有固体物质或含有少量固体物质的液体。 选矿产品浓缩过程，根据矿浆中固体颗粒所受的主要作用力的性质，分为以下几种： （1）重力沉降浓缩。料浆受重力场作用而沉降； （2）离心沉降浓缩。料浆受离心力场作用而沉降； （3）磁力浓缩。由磁性物料组成的料浆，在磁场作用下聚集成团并脱出其中的部分水分。 重力沉降的基本原理及沉降速度计算 颗粒的单体(自由)沉降或集合(干扰)沉降不仅受其本身的特性,例如颗粒形状、密度、粒度组成以及成分等因素所支配,还受到温度、磁团聚、胶体效应、异重流、横向脉动流速、水力挟带、机械搅拌、药剂含量等诸因素的影响。许多试验研究都证实了沉降浓缩过程包含着复杂的物理与化学的综合作用。目前,对于浓缩理论的研究仅限于重力沉降作用的范围，即以液体中悬浮的固体颗粒的沉降作用为基础。 1.重力沉降原理和沉降速度计算 最初,人们研究了在不同浓度的悬浮液中球形颗粒自由沉降的行为。颗粒在浆体中下沉所受到的作用力主要有三种,即重力、浮力和阻力。对于一定的颗粒与一定的浆体,重力和浮力都是恒定的,而阻力却随颗粒与矿浆间的相对运动速度变化而改变。小颗粒有被沉降较快的大颗粒向下拖曳的趋势。在均匀颗粒的沉降过程中,拖曳力的增大主要是由速度梯度的增加造成的，而固体浓度增高引起的粘度变化对其影响则较小。 作用于颗粒上诸力的代数和应等于颗粒质量与其加速度的乘积(符合牛顿第二运动定律)。颗粒的沉降过程分为两个阶段,即加速阶段和等速阶段。在等速沉降阶段里，颗粒相对于浆体的运动速度称为"沉降速度"。因为沉降速度就是加速阶段终了时颗粒相对于流体的速度,因此亦称为沉降末速度或“终端速度”。由于工业上的沉降作业所处理的颗粒往往很小，颗粒与浆体间接触表面相对甚大，因此，在重力沉降过程中,加速阶段的时间根短，常常可以忽略不计。 将重力沉降过程中颗粒所受诸力与沉降速度的关系，用牛顿第二定律为基础建立表达式,经整理和因次分析可知，影响重力沉降速度的阻力系数应是颗粒与流体相对运动,时的雷诺准数Re的函数。综合试验便可得到球形颗粒的阻力系数与雷诺准数Re的函数关系曲线。该曲线按Re值大致可分为三个区,即滞流区、过渡区、湍流区。各区内的曲线分别用相应的关系式表达，并将等速沉降阶段相应的雷诺准数也换成以沉降速度υt来计算,即可得到表面光滑的球体在流体中自由沉降时各个区内的沉降速度公式： 24 滞流区 10-4<1,ξ=-------时 Re d2(δ-ρ).gv1=----------------18μ （1） 18.5 过渡区 18,ξ=-----时 Re0.6
（2） 湍流区 103×105,ξ=0.45时 （3） 式中 υt ——球形颗粒的自由沉降速度，m/s； d ——颗粒直径，m； δ ——颗粒密度，kg/m3； ρ ——流体密度，kg/m3； g ——重力加速度，m/s2； ξ ——阻力系数，无因次，与雷诺准数有关； μ ——流体的粘度，Pa·s。[next] 公式（1）,（2）和（3）分别称为斯托克斯（Stokes）公式、艾伦（Allen）公式和牛顿（Newton）公式，在滞流区，由流体的粘性而引起的表面摩擦阻力占主要地位。在湍流区,由流体在颗粒尾部出现边界层分离而形成漩涡所引起的形体阻力占主要地位，而流体的粘度μ对沉降速度υt已无影响。在过渡区，摩擦阻力和形体阻力二者都不可忽略。 自由沉降发生在流体中颗粒稀疏的情况下。因此,上述沉降速度公式的应用条件必须是容器的尺寸远远大于颗粒的尺寸（100倍以上）,以消除器壁对颗粒沉降产生显著的阻滞作用。其次必须是颗粒不过分细小,以防止颗粒因流体分子的碰撞而发生布朗运动，或从流体分子间漏过，从而达到高于计算值的沉降速度。此即当Re<10-4时（矿粒粒度达到0.1~0.5微米），斯托克斯公式不再适用的原因。 由细粒矿石构成的矿浆是一种悬浮液。在其沉降过程中,由于流体中伴随有紊流发生，小颗粒有被沉降较快的大颗粒向下拖曳的趋势。微细矿粒的絮凝现象也会改变颗粒的有效尺寸。所以矿浆沉降脱水一般属于干涉沉降，其中大颗粒受干扰较大，其沉降速度减慢；而小颗粒因受拖曳，沉降速度相对加快。但是试验表明,对于固体粒度相差不超过6倍的悬浮液,其中全部粒子以大体相同的速度沉降。当选矿厂使用浓缩机脱水时,为了防止粒度过粗而“压耙”，一般需预先筛除矿浆中的+0.25~0.8毫米的矿粒，因而沉降过程中的干涉现象并不严重。再者，选矿产品脱水时，要求矿粒全部下沉，以获得澄清的液体。因此,矿浆沉降速度必须按沉砂中最小颗粒的沉降末速计算，一般采用适于较小的雷诺准数范围（滞流区内）的斯托克斯公式［式（1）］。其使用的粒度范围最高为Re≈1，约相当于直径为0.15毫米的矿粒在水中沉降的情况；最细约为0.5微米，即相当于悬浮液转变成胶体溶液之前的情况。当颗粒尺寸达到0.5微米以下时则失效。具体计算时，一般先假定沉降属于某一流型，譬如滞流，用与该流型相应的斯托克斯公式求υt，并按υt，计算Re值，检验所得的Ret值是否在1×10-4~1.0的范围内。如果超出此范围,则应另设流型,改用相应的其他公式求υt，直到按求得的υt所算出的Ret值恰与该公式所适应的Ret值范围相符为止。此外,也可采用避免试差的摩擦数群法借助于ξ—Re关系曲线经过转换的曲线计算沉降速度。 选矿产品一般由经破碎磨矿后的非球形自然粒子构成,其沉降时颗粒所受到的阻力除受前述诸因素的影响外,还与其形状密切相关。其球形度（颗粒的表面积与同体积的球体表面积之比），愈小，对应于同一Re值的阻力系数ξ愈大,沉降速度相应变慢。这一影响随Re值的增大而逐渐变大。但在滞流区内球形度对阻力的影响并不显著。根据对自然形状石英粒子的实测数据统计，斯托克斯公式用于细粒选矿产品沉降速度计算时,须乘以颗粒的形状系数K(即矿粒沉降末速与同体积同重量的球体沉降末速之比)。不同形状矿粒的K值大致为:圆滑形0.78；多角形0.72；长方形0.67；扁平形0.52。 2.沉降过程 含有大小不同的矿粒的悬浮液在沉淀时，较粗的矿粒最先沉降到容器的底部，细小的则形成浑浊液,沉降速度较慢。在较浓的矿浆中，或当使用凝聚剂时，由于矿粒的凝聚，较大的矿粒带动较小的矿粒沉降,此时上层澄清的液体量逐渐增加,容器中的矿浆逐渐出现分层现象,即由上至下分成四个区,且矿粒的大小和沉淀的浓度由上往下逐渐增加，如图1所示。图中A区为澄清区，其固体颗粒含量低，颗粒之间的内聚力小；B区为沉降区，其浓度与开始沉降前的悬浮液相同。此区间的固体粒子含量增多,彼此间的内聚力大于固体颗粒沉降时所受的阻力；C区为过渡区，该区内的固体颗粒间的内聚力增大,固体颗粒含量相应增高；D区为压缩区，固体间的内聚力更大，浓度更高，颗粒间的粘滞性亦增大。随着沉淀过程的进行,D区和A区逐渐增加,而B区则逐渐减少以至消失,这时C区也随着消失。此时矿浆处于沉降过程的临界点状态。在临界点以后就只剩下A区和D区。图1 浓缩过程图 在连续作业的浓缩机中，矿浆不断的给入和排出,上述四个区总是存在的。所以矿浆的沉降速度是以沉降区的沉降速度来计算的。而浓缩产品的最终浓度,则由矿浆在压缩区停留的时间决定。压缩过程往往占用整个浓缩过程的绝大部分时间。当浓缩机的给料和排料速度一定时,浓缩机压缩区高度就决定了其底流排出的浓度大小。实践表明，压缩区的高度增加会使底流浓度提高。但由于压缩区矿浆呈变速沉降,沉降速度小，故一般不用增加压缩区的高度来提高底流浓度。因此,实际生产的浓缩机澄清区和沉降区总高度约为0.8~1.0米。压缩区的高度须经试验和计算确定。
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