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重力选矿备课笔记 第一章 绪 论第13页 黑龙江科技学院 重力选矿备课笔记 第17次课 授课时间 2004年4月16日 章节及主要内容 第五章 重介质选矿 51 概 述 52 重介质的性质与分类 1、 原理、优缺点 2、 加重质的选择 3、 重悬浮液的性质 重点内容重悬浮液的性质 难点内容重悬浮液的稳定性 参考资料 重力选矿原理 教学手段讲述、投影 扩展内容重介选矿的发展 教学后记 第五章 重介质选矿 51 概 述 一、 定义 在重力选矿过程中，通常都采用密度低于入选矿粒密度的水或空气作为分选介质。所谓重介质是指密度大1g／cm3的重液或重悬浮液流体。矿粒在重介质中进行分选的过程即称为重介质选矿。 二、原理 重介质选矿法是当前最先进的一种重力选矿法，它的基本原理是阿基米德原理即浸在介质里的物体受到的浮力等于物体所排开的同体积介质的重量。因此，物体在介质中的重力G。等于读物体在真空中的重量与同体积介质重量之差即 物体在介质中所受重力G0的大小与物体的体积、物作与介质间的密度差成正比；G0的方向只取决于（δ-ρsu）值的符号。凡密度大于分选介质密度的矿粒，G0为正值，矿粒在介质中下沉；反之G0为负值，矿粒即上浮。 在重介分选机中，物料在重介质作用下按密度分选为两种产品，分别收集这两种产品，即可达到按密度选矿的目的。因此，在重介质选矿过程中，介质的性质（主要是密度）是选到的最重要的因素。 虽然物料在分选机中的分层过程主要决定物料的密度和介质的密度但是它的分层速时，往往有一部分细粒级矿粒，在分选机中来不及分层就被排出，降低了分选效率。同时，分选机中悬浮液（重液）的流动和涡流；物料之间的碰撞、悬浮液对矿粒运动阻力和矿粒的粒度、形状等因素的影响，都会降低分选效果。 三、重介质选矿的优点 1）分选效率和分选精度都高于其它的选煤方法。 对于块煤分选效率可达99．5％；对于末煤可达99％。分选块煤的精度E值可达0.2～0.03；对于本煤分选精度E值可达0.05左右。 2）分选密度的调节比较灵活而且范围宽。跳汰机分选密度一般控制在1.45～1.90；而块煤重介分选密度一般控在1.35一1.90；末煤重介旋流器分选密度可以控制在1.20～2.0。 3）分选粒度范围宽。块煤重介选，其粒限一般为1000～6mm；末煤重介旋流器其粒限可在50～0。（选别深度可达0.1～0.15mm）。 4）当用户对精煤质量要求有变动时，精煤灰分可按要求予以改变，因此，重介质选煤有很强的适应性。 5）重介质分选时，原煤给入量及原煤性质改变时，其影响不大。 6）加工费用稍高。但重介选可以减少精煤损失，提高产品产率。对稀缺煤种、难选煤、极难选煤和对要求生产低灰分或超低灰分精煤时，采用重介选时，技术经济效果是显著的。 四、重介质选矿的缺点 生产工艺中增加了加重质的回收再生系统；设备磨损比较严重，虽已研制出不少耐磨材料和设备，提高了使用寿命，但与其它选矿方法比较，仍是它的主要缺点。因此，应配备较强的检修人员，并建立有计划的检修制度。 五、应用 重介选矿法在选别金属矿时，因受到加重质密度的限制，即使采用了高密度的硅铁 （密度为6．9g／cm3），配制成是浮液最大物理密度仅为3．8g／cm3。因此，重介质分选金属矿难于获得高品位的最终精矿，而只能分出密度低的单体脉石或采矿过程中混入的围岩，仅作为预先选别作业使用。 重介选矿法在分选煤炭时，应用范围比较广泛，可代替人工手选（特别是处理露天矿大块矸石）。不仅分选效果好、生产率高，而且解放笨重的体力劳动，改善劳动条件。对于难选或极难选煤，可以采用全部重介选或部分重介选流程，提高回收率并增加收益。 由于重介选煤具有上述许多优点，它在世界各主要产煤国得到广泛应用，并占有相当大的比重。表5－1为世界各主要产煤国重介选煤法占总处理量的比重。 我国重介质选煤从1956年开始研究，1958年在北票台吉选煤厂建立以黄土为加重质的重介选煤车间（因故停产）。1960～1964年间，在阜新海州露天矿采用以磁铁矿为加重质的斜轮分选机重介选矸车间。同一时期，在通化铁厂选煤厂，采用斜轮分选机分选块煤，在彩屯选煤厂采用了重介旋流器分选末煤车间。七十年代建立了由自己设计，并采用国产 设备的大型田庄重介选煤厂。同时引进了波兰立轮重介分选机，建立了吕家坨选煤厂。八十年代又引进国外设备，建立了范各庄和兴隆庄选煤厂等。目前已有三十几座重介选煤厂或车间投入生产，总能力约占各种选煤方法的20％。 52 重介质的性质与分类 重介质选矿使用的分选介质有四种类型有机溶液、易溶于水的盐类、风砂介质（砂粒中充以空气形成悬浮体）、固体粒子与水混合组成悬浮波。前两种为稳定介质；而后两种为不稳定介质（或人为稳定介质）。 一、稳定介质 稳定介质的特性是在很长的时间内能保持自己的物理性质。 I）有机溶液 有机溶液用于选煤的密度范围为0．86～2．96，通常使用的有 四氯化碳CCI4密度为1.6g/cm3 四溴乙烷C2H2Br4密度为2．96 g/cm3 二溴乙烷C2H4Br2。密度为2．17 g/cm3 五氯乙烷C2HCI5密度为1．678 g/cm3 三氯乙烷C2H3CI3密度为l．452 g/cm3 三溴甲烷CHBr3密度为2．81 g/cm3 此外，还有苯、二甲苯等、它们具有稳定性好、粘度低、密度配制和调整容易等优点。但它们价格昂贵、不易回收、多数有毒，所以在工业上不易采用。通常用于实验室作浮沉试验。 2）矿物盐类的水溶液 矿物盐类如氯化钙CaCI2、氯化锌ZnCI2易溶于水，可用于选煤。但氯化锌腐蚀性强、 价格贵，所以多用于实验室浮沉试验、氯化钙无腐蚀性、价格较低，可用于工业生产上，但其密度为Zm／cm’，所以配制的水溶液密度低于1．4，有效分选密度只能控制在1．4～ 1．6 g/cm3范围内。 二、不稳定介质（人为稳定介质） I）利用气流使固体粒子形成悬浮体（流态化床层）它用以进行干法重介选（或称空气重介选）。通常采用30～80网目的砂粒为介质，它适用于选别水分很低的原煤，一些国家已制成气一砂分选机进行试验。 2）矿物悬浮液 广泛用于选矿。它是由很细的固体微粒与水混合组成悬浮液。矿物 悬浮液与重液不同，它属于粗分散体系。固体微粒为分散相，水为分散媒。 在工业上可以来用的加重质有硅铁、磁铁矿、重晶石、高炉灰、黄铁矿、石英、黄土、浮选尾煤等，在选煤上应用最多的是磁铁矿粉。其主要性能见表5－2。 三、加重质的选择 在选择加重质时，应注意粒度和密度的综合要求。既要达到悬浮液的密度及悬浮液的稳定性，又要保证较好的流动性（粘度不能高，容积浓度应控制在一定范围内）、加重质的粒度越粗、沉淀速度越快粘度越低、则稳定性不好；加重质粒度越细、沉淀速度就慢、稳定性好、但粘度增加，介质流动性差、加重质密度越高，对一定密度的悬浮液则容积浓度就低。因此，尽可能选择加重质的密度和粒度组成以及悬浮液容积浓度综合指标最佳的方案。 重介质选煤的磁铁矿粉应具备下列条件 1）磁铁矿粉的纯度通常以磁铁矿纷中磁性物含量高低来表示其纯度。一般要求磁性物含量应在90％以上。磁性物含量高其密度高，并减少加重质的耗量。 2）磁铁矿粉的有效密度磁铁矿粉的有效密度高时，容易配制高密度的悬浮液。纯结晶的磁铁矿的密度为5.17。选矿厂生产的磁铁矿精矿并非纯净，一般都低于5．17。但重介质选煤所使用的磁铁矿粉有效密度不应低于4．6～4．7。 3）磁铁矿的脆性磁铁矿粉的脆性要小，以防止在使用过程中发生泥化。 4）磁铁矿粉的导磁率要高，磁滞性要低以满足在净化时磁铁矿既容易磁化回收，又容易退磁，保持再生悬浮液的稳定性。为保证加重质的有效使用，磁铁矿粉的水分要低，以免因磁铁粉打团增加损失。 5）磁铁矿粉的粒度组成对粒度组成的要求，一是要满足悬浮液的稳定性，一是要降低加重质的损耗，三是降低对设备的磨损因此，对磁铁矿粉的粒度组成应有严格的要求。表5-3是国外～些国家磁铁矿加重质的粒度组成表。 从该表可看出，法国对磁铁矿粉的粒度组成要求很严。在选别块煤时，＋0.15mm的含量应小于10％；在选别末煤时，应小于5％。英国在选煤时要求小于0．lmm的含量不少于94％；小于0．01m的含量不超过16％。美国在选块煤时，磁铁矿粉小于状明的含量不低于50％；选别末煤时，小于325目的含量不低于90％。 我国选矿厂生产的磁铁矿粉的粒度较粗，表5-4为我国一些选矿厂生产的磁铁矿粉性质。从大中可以看出，粒度普遍较粗，应进一步加工磨细才能保证悬浮液的稳定性，并可减少设备，管路的磨损和加重质的耗量。生产实践证明，一些选煤厂采用球磨机再磨60～ 90min后可达到粒度的要求，使悬浮液的稳定性变好，分选密度波动变小，分选效率提高。 在黑色、有色、稀有及贵金属矿石选矿方面，常用的加重质为硅铁。硅铁是一种专门冶炼的硅铁合金。具有耐氧化、硬度大、强磁性等特点。使用后经过筛分和磁选回收复用。对硅铁中Si的含量有一定要求。以含Si 13％～18.含Fe 82％～87％的硅铁最为适宜。采用硅铁作加重质，其价格贵，而且块状硅铁需经过磨碎制备后才能使用。方铅矿、磁铁矿一些精矿价格较低，又难以配制高密度悬浮液，故可在原矿石特性条件允许的情况下予以采用。 四、重悬浮液的性质 重悬浮液属于不稳定介质。它与稳定介质不同的是，随着加重质的性质及含量不同，其密度和粘度也发生变化。 （一）悬浮液的密度 悬浮液的密度是决定分离密度的关键因素，故应给予足够的重视。固体加重质与水混合组成的悬浮液，其物理密度是单位体积内加重质与水的质量之和，其密度可按下式计算 由式可以看出，悬浮液的密度由加重质密度和容积浓度决定的。在确定加重质的条件下，改变容积浓度可以调节悬浮液的密度。但容积浓度是有一定范围的。采用磁铁矿粉配制是浮液时，一般容积浓度在15％～35％之间。超过最大值（35％）时，悬浮液粘度增高甚至失去流动性，矿粒在悬浮液中不能自由运动。低于容积浓度最小值时又会造成悬浮液中加重质迅速沉降，使悬浮液密度不稳定而导致分选效果变坏。采用磁铁矿粉配制的悬浮液密度可达1.3～2.g／cm3。如果在允许的容积浓度范围内，悬浮液仍不稳定时，可以加入一定量的煤泥来达到稳定悬浮液的目的。 配制悬浮液时所需磁铁矿重量和煤泥重量可按下式计算 磁性物含量指悬浮液中磁铁矿干重与固体总重量之比即 磁性物含量的测定方法 磁性物含量可以用磁选管测定。磁选管示意图如图5－1所示。 磁选省包括玻璃管和管外一对电磁铁，电磁铁形成的磁场强度不小于1.19x105A／m。 一定重量的试样用水稀释后缓缓倒入倾斜放置的玻璃管，在管的上部不断给入清水。经过磁极时，磁性物被磁场吸留在玻璃管内，非磁性物随水流出。玻璃管在磁场中往复移动，促使磁性物不断松动，将突么磁性物中的非磁性物冲洗干净。切断电源后磁场消失，磁性物靠自重流出来并用水冲洗干净。收集全部磁性物烘干后称重。磁件物重量与试样总重之比郎为磁性物含量。 悬浮液中的煤泥含量也有一定范围。一般情况下，当悬浮液密度小于1.7g／cm3时，其煤泥含量可达到35～45％左右；当悬浮液密度大于1.78／cm3时，其煤泥含量在15～25％左右。总之，煤泥含量范围应在15～45％之间。 （二）悬浮液的流变粘度与稳定性 1． 悬浮液的稳定性 矿物悬浮液的稳定性是指其保持自身各部分密度不变的能力。稳定性好，在分选机内悬浮液不产生明显的分层（即上、中、下层密度差小）。对于重介旋流器造低悬浮液在旋流器中浓缩作用小；在块煤分选时，如果悬浮液分层严重，就会破坏按密度分选过程，甚至使密度介于上、下层悬浮液密度的矿粒，在分选机内堆集。如果在旋流器中浓缩作用很严重，分巡效果变坏。此外，不稳定的悬浮液极易在管道、介质低分选机等处沉淀堵塞，给生产操作带来很大困难。悬浮液的稳定性可用加重质抗降速度的倒数Z表示，Z称为悬浮液的稳定性指数。Z值越大，悬浮液的稳定性越好。Z值按下式计算 2．悬浮液稳定性的测定方法 将悬浮液注入量筒中（1000或2000ml），搅拌均匀后静置沉降。由于加重质逐渐沉降，在悬浮液上部出现了清水层。清水层与悬浮液间界面的沉降速度，可看成是整个加重质的沉降速度。隔一定时间记录下清水界面的高度，在坐标纸上画出一条表示悬浮液稳定性的曲线，如图5－2所示。 稳定性曲线的斜率代表加重质的沉降速度。从图中看出，沉降速度在开始一个很长的范围内是一个常数，以后速度逐渐降低。这是由于下部悬浮液浓度增高所致。评定悬浮液稳定性所用的沉降速度是指开始一段时间内的恒速，亦即稳定性曲线上开头一段直线的斜车。利用图5－2的稳定性曲线，可以求得各种悬浮液的沉降速度。及稳定性指数Z值（表5－5）。 用悬浮液沉降速度的倒数表示悬浮液稳定性的缺点是，它只能用来比较各种悬浮液的稳定性，而不能在数量上表明分选过程中，上层悬浮液密度的降低，或下层悬浮液密度的增高。因此，在生产中一般采用测定分选机中不同点的工作密度，取得悬浮液的动稳定性。表5-6为 A、 B两厂的生产实际情况（A厂为试生产初期不正常情况， B厂为正常生产情况） 从表5-6可以看出，悬浮液各部分密度是有差别的。但B厂差别较小，密度比较均匀，可以按要求的密度分层，得出合格产品。A厂各部分密度很不均匀，不能分选。所以，悬浮液的稳定性星重悬浮液性质的一个主要指标。 3．悬浮液的流变粘度 与重悬浮液密度、稳定性互相关联的另一个重要的性质是悬浮液的流变粘度。重悬 浮液的流变特性在第二章中已经论述，悬浮波属非牛顿体系。流变粘度是变化的，即随切应力T的变化而变化。这个性质称为粘度的异常现象。悬浮液的流变粘度见随悬浮液内切力（由外力引起）的不同而不同，并呈减函数。不同密度、不同粒度的矿粒在悬浮液中运动时产生不同的切应力，因而具有不同的流变粘度，物料在悬浮液中运动，除自身重力外，还要粘滞阻力及惯性阻力的作用。悬浮液的流变粘度越大，物料在悬浮液中所受阻力越大，物料的分层速度越慢。对于细粒物料在重力场中分选时，流变粘度的影响更为显著。粘度过大，将使分选过程无法进行。当悬浮液的固体容积浓度过大时，国体粒f外面的水化膜彼此聚合成为具有一定机械强度的网状结构体，将大量的水充填在网状结构的空腔内，会使悬浮液的流变粘度显著增大。根据试验，当悬浮液中固体的容积浓度超过35％时，悬浮液的流变粘度会显著上升井产生结构化。悬浮液结构化后称为粘塑性体系（宾汉体系）。只有外力破坏结构物后，悬浮液才能流动，切应力与速度梯度关系才能符合宾汉定律，悬浮液结构化对重介分选是不利的，尤其细粒物料在结构化的悬浮液中很难分层。但对大干50mm的块煤排研或在重介旋流器中（离心力场）分选时，这个不利因素并不突出。 影响悬浮液稳定性和流变粘度的因素 1） 悬浮液的容积浓度 当悬浮液的容积浓度增加，悬浮液的密度增高，浮液中非磁性物含量增多时，都会 加重质的粒度越细，形状越不规则，稳定性越好，但流变粘度也越大。悬浮液中固体物料性质对粘度和稳定性也有很大影响。例如易于泥化的粘土矿物质进入悬浮液中会使悬浮液流变粘度显著增加。图5－3为磁铁矿粒度对悬浮液稳定胜和流变粘度的影响。 2） 悬浮液的粒度 由图5-3看出，悬浮液密度为2.3时，直径为52μm的磁铁矿悬浮液沉降速度为1．8cm／min；粒度为16μm的磁铁矿悬浮渡的沉降速度只有 0．05cm／min。这就是说，减小悬浮液中加重质的粒度将使沉降速度降低36倍。从而增加悬浮源的稳定性。同时，悬浮液的流变粘度也将会增加许多倍，如图5－3上图所示。因此，加重质粒度要有一定细度要求（见表5－3）。由于流变粘度增高，分选速度减慢，将造成分选机处理量的降低，甚至悬浮液结构化。一 3） 悬浮液的密度 图5-4为悬浮液的密度与悬浮液的稳定性和流变粘度的关系。从该图可以看出，在加重质粒度不变的条件下，悬浮液密度越高，其稳定性越好，但是流变精度也随着增加。 4） 泥质对悬浮液的稳定性和粘度的影响 泥质是悬浮液的稳定性和粘度的影响较大，在悬浮液中混入一些密度较低、粒度很细的泥质，会使是浮液稳定性变好。 悬浮液中加入一定的煤泥量和不加煤泥的对比试验，见图5－5。 当悬浮液的主要矛盾不是粘度而是稳定性时（例如分选密度低时），在悬浮液中加入一部分微细泥质来提高悬浮液的稳定性是有益的、经济的。我国生产实践表明，采用磁铁矿作加重质，在分选密度较低时，于悬浮液中添加部分煤泥（实际生产中会混入一部分煤泥）， 没有因悬浮液粘度增加而降低分选效果，相反，因悬浮液稳定性提高，操作更加稳定，分选效果因而也有所提高、应该指出，加入悬浮液中的煤泥要经过计算和试验才能合理的确定。 悬浮液中含泥量和粘度的关系见图5－6。 总之，对同一种悬浮液，流变粘度与稳定性有一定的关系。粘度越大，稳定性越好，影响分选效果两者是矛盾的，但又是统一的。应该使悬浮液在流变粘度和稳定性两方面都能满足选矿工艺要求，不能片面强调某一方面。当前重介选煤生产中，采用磁铁矿作加重质时，主要矛盾是悬浮液的稳定性不好。即使采用重介旋流器选末煤时，悬浮液稳定性仍是一个主要问题。只有当悬浮液的密度高达2.0g／cm3以上或原煤中有大量泥质污染悬浮液时，流变粘度才上升为主要矛盾，那就需要经常从悬浮液中除掉一部分泥质，避免因泥质造成悬浮液流变粘度增高而降低分选效果。 采用减小悬浮液中加重质的粒度，增加悬浮液的固体容积浓度和加入一部分泥质的方法都可以提高悬浮液的稳定性，但因受粘度的限制也只能达到一定程度。因此，为了达到更理想的分选效果，通常都利用机械搅拌或各种不同方向的悬浮液液流，使悬浮液在分选机中得到更好的稳定性。这种稳定性可称为动稳定性。它不仅与悬浮该本身的静稳定性有关，同时也与分选机的机械结构及悬浮液液流的流动状况有关。 使用机械搅拌方法可使悬浮液在分选机中保持各层的密度均匀。但是搅拌力的选择必须合适，如搅拌力不足，悬浮液中加重质仍将沉降；如搅拌力过强，又会在分选机中造成涡流，降低分选效果。 在各种类型的重介分选机中，都采用不同方向的悬浮液液流使悬浮液在分选机中不断流动，以保持悬浮液各部分的密度均匀。悬浮液液流在分选机中的流动方向有水平的、有垂直的（上冲或下降流）、或者二者联合使用的三种情况。 （1）上冲液流它可阻止悬浮液中加重质的沉降，使稳定性提高。但是，矿粒在分层中不仅决定于它的密度，而且与它的粘度和形状有关。在上冲液流作用下，一部分密度大于悬浮液密度的细粒将不能沉降，会混入到低密度的产品中，从而降低按密度分选的精确性。这种不应影响，将随着上冲液流速度的加大而更为显著。此外，单一的上冲液流，不能保证分选机截面各部分的悬浮液的密度均匀。因此，在生产中，单一使用上冲液流的很少。 （2）水平液流的稳定作用，是靠由外部引入大量悬浮液来完成的。虽然悬浮液中加重质颗粒在分选机中不断沉降，分选机表面悬浮液密度也不断降低，但由于从外部引入大量新的悬浮液补充，因而仍能保证悬浮液密度在分选机表面上恒定不变。这种方法的优点是水平地流的运动，对矿粒按密度分选的精确度影响很小，缺点是不能完全使分选机内，各层中的悬浮液密度保持均匀，下层悬浮液的密度多少总要高于上层。 （ 3）联合液流（即水平液流和垂直液流联合）、莫斯科矿业学院在试验室中研究了不同方向的悬浮液液流得出下列结论；采用单一水平液流或单一垂直液流的缺点较多，只有水平液流和垂直液流联合应用时，才能得到较好的稳定性。在水平液流与下降液流联合使用时，可以用较小的下降流速使悬浮液获得更高的动稳定性。 在生产中，悬浮液的动稳定性，只能在分选机中，用直接取样测定密度的方法采取得。一般认为，如果悬浮液在分选机的长度及高度上的密度差不大于0.01～0.02s／g/cm3，悬浮液的动稳定性是好的，亦即能保证分选的精确性。