矿浆中的固体颗粒,在重力作用下向容器底部沉淀,清水则向相反的方向运动,使矿浆分出澄清液和浓矿浆的过程称为沉淀浓缩。
在沉淀浓缩过程中,矿粒的运动遵循一般固体颗粒在液体介质中的沉降规律,开始一段极短的时间内是以加速度运动的,以后由于介质的阻力逐渐与矿粒重力平衡,矿粒就逐渐趋向于恒速运动,该速度被称之为沉降末速。
若将沉淀过程中矿粒的沉降看作是单个矿粒在无限的介质空间中运动,而忽略矿粒相到间和矿粒与器壁间的机械阻力,则矿粒的沉降末速可以用斯托克斯公式计算,即:
式中 VO——矿粒沉降末速度,厘米/秒;
x——矿粒的形状系数,即矿粒沉降末速与同体积同重量的球形体沉降末速之比。此系数的数值对于不同形状的矿粒大致为:圆滑形0.52;;多角形0.72;长方形0.67;扁平形0.52;
d——矿粒的直径,厘米;
δ——矿粒密度,克/厘米3;
⊿——介质密度,克/厘米3;
μ——介质粘度,泊。
在矿浆中,矿粒的大小并不一致,而沉淀的目的是使所有的矿粒全部下降,以获得澄清的液体。所以必须按照最小颗粒的沉降末速计算。
由上公式可知,矿粒的粒度对沉降末速影响最大,因为沉降末速与粒度的平方成正比。所以矿粒愈细,沉降速度愈慢。因此在沉降过程中,最难沉降的是微细矿泥。矿浆中含泥愈多,澄清愈困难。对于粒度为0.1~0.001微米的胶体粒子,由于分子力、布朗运动以及同名电荷粒子的静电排斥作用,使其因自重沉降的倾向被平衡,实际上没有沉淀作用。为了改善这类悬浮矿粒的沉降情况,必须消除它们的电荷,以使微粒互相结合而成为大的絮团和浓聚块。在选矿厂中,通常采用加电解质、高分子絮凝剂或胶体表面活性物质等方法,使分散的微粒絮凝而加速沉降。[next]
在连续操作的浓缩机中,矿浆在浓缩池中的沉淀过程如下图所示。
需浓缩的矿浆首先进入自由沉降区B,矿浆中的颗粒靠自重迅速下降。当沉降至压缩区D时,矿浆已汇集成紧密接角的类似纤维海绵状的团块组织。继续下沉到被浓缩了的矿浆区E,由于刮板的运转,使E区形成一种锥形表面。矿浆受刮板的压力,使沉淀物进一步浓缩,然后由卸料口排出。
矿浆由B区沉至D区时,一部分矿粒却又受了密集的矿粒的阻碍而不能自由下沉,形成了介于B、D两区之间的过渡区C。根据矿浆性质的不同,C区有时很薄,有时较厚。自由沉降区上面是澄清区A。在A 区,得到的是澄清水,从溢流槽流出。在E区,对于精矿可以得到浓缩的成品;对于尾矿,排出的是废料。
由于矿浆不断地给入和排出,因此总是存在着沉降区。在这种情况下,矿浆的澄清速度是以沉降区的沉降速度来计算器,而浓缩产品的最终浓度,则由矿浆的压缩区停留的时间来决定。当浓缩机的给料和排料速度一定时,浓缩的高度就决定了排出产品的浓度,高度增加会使产品浓度相对提。但由于压缩区沉降速度小,增加浓缩机的高度并不能大幅度地增加产品浓度,因此目前生产中使用的浓缩机的总高度一般不大于3~5米。