重选基本原理(四)

来源:网络  作者:网络转载   2019-10-14 阅读:352

    这样便造成了不同密度颗粒在适当粒度差下可成为等降颗粒。可见阻力是影响粒群按密度有效分层的不利因素。如果能够减小沉降过程中的阻力作用项,并相应增大浮力作用项,则粒度的影响即可减小,按密度分层的效果也可得到改善。但在自由沉降条件下这是做不到的。
    当颗粒在悬浮着的粒群中沉降时即成为干涉沉降。根据定义,公式(6)中的υhs系颗粒相对器壁的沉降速度,而相对于内部间隙介质的速度uvo则大于υhs,两者的关系为:

    υhs=uvo(1-λ)               (26)

    与6式对比可见,颗粒相对于间隙介质的速度明显地低于自由沉降的相对速度υ0。那么是什么力量补偿了这不足的流体动力作用而维持了颗粒平衡运动呢?这便是由于周围粒群的存在而使整个悬浮体的密度比单一介质增大了所致。静的浮力作用补偿了流体的动压力。将(6)式分解得出:

    υhs0(1-λ)n-1(1-λ)             (27)

    可见式中υ0(1-λ)n-1即相当于(26)式中的uvo。(1-λ)n-1可认为是由于流体静力因素增大,使间隙速度uvo比υ0降低的系数,而(1-λ)则是修正干涉沉降速度υhs。比间隙速度υvo降低的系数。由于N值经常大于2,故可近似地认为,影响干涉沉降速度降低的静力因素甚至比动力因素更为强烈。粒群愈密集,静力因素愈增强,颗粒悬浮所需流体的相对速度亦愈小。由此按密度分层趋势亦增强。
    在极端的情况下,当流体与床层颗粒间相对速度为零时,床层内便只剩有轻矿物局部悬浮体与重矿物局部悬浮体之间的静力作用了。如果此时颗粒间仍有相对转移的可能,那么分层便是根据悬浮体密度差或位能降进行。这样的分层不再受颗粒粒度的影响。但是这只能是一种理想,因为床层不松散,分层也就无法进行,而松散在绝大多数情况下又需有流体动力参加。故相应对入选矿石粒度总要有范围限制。[next]
    按重介质分层可算是按悬浮体密度差分层的一个特例。当轻:矿物的体积相对于重矿物颗粒很大时(参阅图3),围绕在轻矿物周围的分散介质体积也相对变得很小,于是局部轻矿物悬浮体的密度将接近轻矿物本身密度,即ρsu1≈δ1。故按重介质关系分层可认为是轻、重矿物粒度差大为增加后,由按悬浮体密度差分层的一种自然转变。
    这一学说比较接近实际,是由于细小重矿物颗粒可借较小的价质流速松散悬浮,而
    这一流体动力对大颗粒轻矿物的作用则很小,即后者主要靠悬浮体的静力支配其运动,
    这便是对轻矿物表现出的静力分层机理。
    此时虽然轻、重矿物间可有很大粒度差,但对矿物间的密度差却提出了严格的要求。例如当床层略呈紧密状态而又有活动性时λ2≈0.5,在水中与石英(δ1=2650千克/米3)相分离的重矿物密度,由公式(14)可算出应不低于4300千克/米3
    在重选的生产中,分层多发生在干涉沉降和重介质作用之间。当被分选矿物间的密度差不很大或有较多连生体时,即应根据分选时介质流速的大小适当地筛分分级入选。而当密度差较大且界限明显时,亦可不分级入选,但为了避免微细粒重矿物损失,进行预先脱泥后分别入选效果还是要好些。
    由上述分析可见,分层的动力学体系学说和静力学体系学说它们实际是一脉相承的。从自由沉降到干涉沉降,再到静力分层,是动力因素削弱,静力因素增强的过程,各种分层学说则是在这一链条中就不同浓度条件提出的理性认识,应当根据不同情况加以灵活运用。
    (三)斜面流分选理论
    应用斜面水流进行选矿也是由来已久的。早年多以厚水层在长槽内处理粗、中粒矿石,称粗粒溜槽。水流呈较强的紊流流态,人工操作,目前在选别砂中仍有应用。但现在大量的斜面流选矿则是以薄层水流处理细粒和微细粒矿石,称流膜选矿。处理细粒级的流膜具有弱紊流流态特征,如摇床、圆锥选矿机、螺旋选矿机等属之。处理微细粒级的流膜则多呈层流流态,如矿泥皮带溜槽,巴特莱斯-莫兹利翻床等属这一类。离心选矿机是借助离心力处理微细粒级矿石的,由于流速的增大表现为弱紊流流动。判断斜面流的流态是以雷诺数Re作判据:[next]

    式中  R———水力半径,以过水断面积A和湿周长L之比表示,即R=A/L。当水层厚度相对于槽宽很小时,水力半径接近于水深H;
        umea———斜面水流的平均流速。
    表示层流与紊流界限的雷诺数与转变条件有关。由紊流转变为层流的下限雷诺数约为300,由层流转变为紊流的上限雷诺数约为1000,但是很不稳定,有时达到2000。
    处理粗、中、细粒矿石的斜面流、水流仍可保持独立的流动特性,此时上式中的ρ,μ及umea应以水流计算;处理微细粒级的矿浆,已具有统一的流动特性,应采用矿浆值计算。
    斜面流依流速在沿程是否有变化而可分为等速流或非等速流,而就沿程某一点的流速是否随时间而变化,又分为稳定流和非稳定流。目前重选中应用较多的是等速流选矿,少数应用非等速流,如扇形溜槽。非稳定的流动伴随有加速度力产生,只在个别设备,如振摆皮带溜槽中应用。
    1.层流斜面流的流动特性和松散作用力
    A 层流的流速沿深度分布
    层流中流体质点均沿层运动,层间质点不发生交换。水流(或矿浆)速度沿深度的分布可由层间粘性摩擦力与重力分力的平衡关系中导出。如图6所示,在某流域面积为A的两层面间,粘性摩擦力的大小按牛顿内摩擦定律计为:

[next]

    故知层流的平均流速为其最大流速的2/3。
    B 层流矿浆流膜的松散作用力———层间斥力[next]
    在层流矿浆流膜内不存在旋涡扰动的扩散作用,那么矿物粒群又是怎样松散的呢?1954年R.A.巴格诺尔德(Bagnold)在研究中发现:当悬浮体中固体颗粒连续受到剪切运动的作用时,在垂直于剪切方向上将产生一种斥力(或称分散压),使粒群具有向两侧膨胀的倾向。这种层间斥力随剪切速度梯度的增大而增加,当它的大小足以克服颗粒在介质中的重量时,粒群即呈悬浮松散状态。如示意图7所示。

    研究得出,随着颗粒在剪切运动中的接触方式不同,切应力的性质亦异。在速度梯度较高时,上下层颗粒直接发生碰撞,颗粒的惯性力对切应力的形成起主导作用。此时属于惯性切应力。巴格诺尔德提出计算式为:[next]

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