固体物料分选学---重介质分选
固体废物分选
从上式中可看出：当颗粒粒度一定 时，密度大的颗粒沉降末速V0大；当颗粒 密度ρs相同时，直径d大的颗粒沉降末速 大。
2、等降比
由于颗粒的沉降末速与颗粒的密度、粒 度及形状有关，因而在同一介质中，不同性 质的颗粒可以具有相同的沉降末速，这样的 相应颗粒称为等降颗粒。其中，密度小的颗 粒粒度与密度大的颗粒粒度之比，称为等降 比，用e0表示。
将固体废物均匀地给在皮带运输机上，当废物经过 磁力滚筒时，非磁性或磁性很弱的物质在离心力和重力作 用下脱离皮带面；而磁性较强的物质受磁力作用被吸到皮 带上，并由皮带带到磁力滚筒的下部，当皮带离开磁力滚 筒伸直时，由于磁场强度减弱而落入磁性物质收集槽中。
（三）磁选设备及应用
2、悬挂带式磁力分选机 a、 工作原理：在垃圾输送带 的上方，离被分选的物料的 一定高度（通常小于500mm） 悬挂一大型固定磁铁（永磁 铁或电磁铁）配有一传送带。 当垃圾通过固定磁铁下方时， 磁性物质就被吸附在此传送 带上，当运动到小磁区时， 自动脱落。。
第一节
筛分(screening)
一、筛分原理 （一）筛分原理 1、筛分定义：利用筛子将粒度范围较宽的颗粒群分成 窄级别的作业。 分选依据：粒度差异 2、筛分过程（原理）：
物料分层:物料和筛面间存在相对运动使物料和筛面之
固体废弃物的处理--4.2重选
4.2.1 基本原理
概念 物体的自由沉降 物体在介质中运动所受到的阻力 等降比 重选过程的共同工艺条件
(1)概念
在运动介质中按不同物质的密度差异进 行分选的过程叫重力分选,简称重选.
运动介质(moving medium) 介质:两种类型 水,重液,悬浮液 空气 (湿式重选) (干式重选)
运动介质:介质处于运动之中.
b. 常用加重质
主要有两种 硅铁:含Si 13～18%,<13时,磁性强, 以喷雾硅铁为佳; 磁铁矿(Fe3O4) :价廉, 介质密度不高 时采用,也可与硅铁混用,以降低成本.
比重 硅铁 磁铁矿 8.6 4.4～4.5 硬度 6 6 最大介质密度 3.9 2.1 磁性 强 强 回收方法 磁选 磁选
有
ψ2 d1 ψ1(ρs 2 ρc ) 得到 e0 = = d2 ψ 2 (ρs1 ρc )
d1(ρs1 ρc )
ψ1
=
d2 (ρs 2 ρc )
由等降比的概念和公式,可知e0与三个因素有关. 颗粒的有效密度比值
ρs2 (在空气中为 ρ s1
ρs2 ρc ( ) ρs1 ρc
)
阻力系数的比值(阻力系数与介质密度,物料的密 度,形状有关) 颗粒的粒度(粒度越粗,阻力越大,所以e0大): e0越小,越需要窄级别分选.
1.3 2.07 2.9 2.97 3.33 3.65 4.25
水 水 四氯化碳等 四氯化碳等 四氯化碳等 水 水
(3)加重质(medium solid) 加重质的选择 常用加重质 重介质的配制
a. 加重质的选择 密度:太高,降低容积浓度,稳定性差; 太低,ρc小,粘度大; 粒度:一般60～90%-200目,太 粗:稳定 60 90 -200 性差,太细:粘度大,加工及回收困难; 硬度:太硬:难粉磨,太软:易泥化,不易 回收; 性质:要有磁性,以便回收再生.
固体物料分选学知识点总结
固体物料分选学知识点总结一、引言固体物料分选学是矿业工程领域的一个重要分支学科，主要研究固体物料的分选原理、方法和设备。
固体物料分选的目的是将原矿中的有用矿物质与废石或其他杂质进行有效分离，从而提高矿石的品位和回收率，降低生产成本。
固体物料分选学知识点涉及颇为广泛，包括固体物料的物理性质、分选原理、分选方法以及分选设备等内容。
本文将对固体物料分选学的相关知识点进行总结，以帮助读者更加深入地了解这一领域。
二、固体物料的物理性质1. 密度：固体物料的密度是指单位体积固体物料的质量，是衡量固体物料物理性质之一。
密度的大小影响着固体物料在分选过程中的沉降速度和流体的作用力。
一般来说，密度较大的矿物质在分选过程中更容易被分离出来。
2. 粒度分布：固体物料的粒度分布是指固体颗粒在一定范围内的尺寸分布情况。
粒度分布影响着固体物料在分选过程中的沉降速度和分选效果。
通常情况下，粒度分布较为均匀的固体物料更容易进行分选。
3. 磁性：固体物料中的一些矿物质具有一定的磁性，可以通过磁性分选方法进行分离。
磁性的大小和性质对磁性分选的效果起着重要的影响。
4. 电性：固体物料中的一些矿物质具有一定的导电性或者电荷性，可以通过电性分选方法进行分离。
这些矿物质在电场的作用下会受到不同的力，从而实现分选的目的。
5. 表面性质：固体物料的表面性质包括湿润性、粘附性等，这些性质对固体物料粒子之间的相互作用和颗粒与液体之间的相互作用有重要影响。
6. 其他物理性质：固体物料的硬度、脆性、磨损性等也对分选过程有一定的影响。
三、固体物料的分选原理1. 基本原理：固体物料的分选是利用固体物料的物理性质和分选方法的原理进行的。
根据固体物料的不同物理性质，可以采用重力分选、浮选、磁选、电选、多重分选等方法进行分离。
2. 重力分选原理：重力分选利用固体物料在重力作用下的不同沉降速度进行分离，通常应用于颗粒大小差异较大的矿石。
重力分选可以通过离心分选、重介质分选、沉降分选等方法进行。
固体物料分选学
磁电选1、磁选的概念？磁选过程中矿粒分离的基本条件是什么？利用矿物之间的磁性差异而使矿物实现分离的一种选矿方法\磁选是根据物料中不同颗粒之间的磁性差异，在非均匀磁场中借助于颗粒所受磁力、机械力等的不同而进行分离的一种方法。
) 保证分选磁性颗粒和非磁性颗粒的条件是：Fm>∑F机 Fm——作用在磁性颗粒上的磁力∑F机——作用在颗粒上的与磁力方向相反的所有机械力的合力。
2磁场力、磁力、比磁力有何区别？作用在单位质量颗粒上的磁力——比磁力：、 (磁力)f m = μ0χ0 HgradH 单位为N/kg， gradH——磁场梯度HgradH——磁场力。
作用在磁性颗粒上的磁力f m由反映磁性颗粒的比磁化系数χ0和反映所在磁场特性的磁场力HgradH两部分组成，应相互补充。
3、物体磁化系数、物体比磁化系数有何区别？物体磁化系数、物质磁化系数有何区别？场中磁化时，形状与尺寸比不同的样品具有不同的物体磁化系数。
（κ0=M/H外、χ0=κ0/ρ1）为消除形状影响，采用物质磁化系数表示磁性：磁化强度与作用在颗粒内部的有效磁场的比值。
物质磁化系数κ=M／H有效 =M／物质比磁化系数χ=κ/ρ1实际工程中，颗粒有一定形状，用物体磁化系数4、为什么磁选机的磁场必须是不均匀的？磁性颗粒在均匀磁场中的受力：只受转矩作用，转矩使其长轴平行于磁场方向，处于稳定状态；磁性颗粒在非均匀磁场中的受力：除受转矩作用外，还受磁力作用。
磁力呈现引力作用，使颗粒向着磁场强度升高的方向移动，最后吸在磁极上。
如果gradH=0，即使H很高，f m =0，说明磁选必须在非均匀磁场中进行6、用磁畴理论说明磁铁矿的磁化过程磁铁矿属于亚铁磁质，由许多的磁畴组成的，磁畴内包含相互反平行而又不能完全抵消的磁矩，它的磁畴磁矩是反平行的磁矩相互抵消后的剩余磁矩。
在磁化前期，以磁畴壁移动为主，后期以磁畴转动为主。
磁畴壁移动所需的能量较小，磁畴转动所需的能量较大。
重介分选技术
沃赛尔重介旋流器的分选效果
直径
指 标 粒度, mm
φ762 分选密度kg/m3 1588 1582 1592 1610 可能偏差Ep 0.02 0.036 0.042 0.075 分选密度kg/m3 － 1450 1459 1482
φ609 可能偏差Ep － 0.03 0.039 0.061
12.5~50 4~12.5 2~4 0.5~2
该旋流器分选时，因为物料与悬浮液分开给入，是该类型旋流器具有如下特点： ① ② ③ 有利于悬浮液密度的测定和调整； 物料不用定压漏斗或泵给入，即可降低厂房高度，减轻泵与管道的磨损； 同时高密度物料与旋流器壁接触时间短，物料粉碎程度低，旋流器各部件磨损比D.S.M
小，使用寿命长。
D.W.P型重介质旋流器的技术规格
分选出中煤和矸石两种产品。三产品重介质旋流器的主要优点是用一套悬浮液旋 环系统，简化在选物料的运输。缺点是在第二段分选时，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一段悬浮液浓缩而来的。由于悬浮液密度与 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 流管直径要选择恰当。三产品重介旋流器工艺简单，基建投资少，生产成本较低， 受到用户的欢迎。
日本大阪造船公司田川机械厂研制的250-500mm，最大为750mm的倒立式重介 旋流器，分选0.3-75mm的原煤，最大处理能力100t/h。 该旋流器是将一般圆锥型旋流器的圆锥顶向上(倒立)安装，重产品从顶部排出， 轻产品从下部排出。原料煤与悬浮液混合后，用泵或定压箱沿旋流器圆柱壁成切线 压入。在倒立锥内部安装有一个与大气相通的空气柱调节管，使其内的空气柱同样 保持0.1 MPa压力，以消除由于给料量、旋流器速度变化给空气柱带来的影响，从而 保持旋流器内的空气柱稳定。空气柱的高度可以调节。 这种结构的重介旋流器的锥比可以扩大到0.1，使用的磁铁矿粉粒度 可以稍粗
固体物料分选学重力分选
13.2 颗粒在介质中的自由沉降
13.2.1 球形颗粒在静止介质中的自由沉降
单个颗粒在广阔介质中的沉降称为颗粒在介质 中的自由沉降。实际工作中，把颗粒在固体体 积分数小于3%的悬浮液中沉降也视为自由沉降。 有效重力：G0=πd3g(δ-ρ)/6 阻力：R=ψd2v2ρ 沉降达到平衡时： R=G0
10
阻力：R=ψd2v2ρ ψ——阻力系数 球形颗粒的ψ与Re的关系曲线——李莱曲线 11
阻力：R=ψd2v2ρ Re＜1，粘性阻力为主，ψ=3π/Re
斯托克斯公式 Re=103～105，压差阻力为主，
ψ=π/16～π/20，一般取 π/18 牛顿-雷廷智公式
Re=25-500，ψ=5π/4 Re 阿连公式
15
Re=25～500时，阿连自由沉降末速公式
v0A d 3
4g 2 ( )2 225
可以用来计算0.4mm-1.7mm的石英球形 颗粒的自由沉降末速
16
小练习
试计算6mm和0.075mm的球形石英颗粒在 20℃水中的沉降末速。
20℃水μ=1.005×10-3 Pa.s，ρ=1000kg/m3
2
矿石用重选法处理的难易性，可以用可选性判 断准则E大致判断：
E 2 1
δ1、δ2、ρ——分别为轻矿物、重矿物和介质 的密度
E >2.5 2.5~1.75 1.75~1.5 1.5~1.25 <1.25 重选难
易程度 极易选 易选 可选 难选 极难选
3
小练习
黄铁矿密度（δ=5000kg/m3 ）与石英 （ δ=2650kg/m3 ） ，是否能够在水 （ρ=1000kg/m3）中用重选进行分选？
E=(5000-1000)/(2650-1000)=2.42 ∴容易进行
4-第四章 固体废物分选(1)
（三）重介质分选设备 分选设备：目前常用的是鼓形重介质分选机。 结构与：外形是一圆筒转鼓， 由四个辊轮支撑，通过 圆筒腰间的大齿轮由传动装置带动旋转（转速2r/min)。 在圆筒的内壁沿纵向设有扬板，用以提升重物到溜槽 内。圆筒水平安装。 工作原理：固体废物和重介质一起由圆筒一端给入， 在向另一端流动过程中，密度大于重介质的颗粒沉于 槽底，由扬板提升落入溜槽内，被排出槽外成为重产 物；密度小于重介质的颗粒随重介质流从圆筒溢流口 排出成为轻产物。 应用：鼓形重介质分选机适用于分离粒度较粗（40－ 60mm）的固体废物。
扬板
二、跳汰分选
(一）跳汰分选原理 跳汰分选是垂直变速介质流中按密度分选固体废物的一种 方法。通常使用水为介质，故称为水力跳汰分选。水力跳 汰分选设备称为跳汰机。 固体废物给入跳汰机的筛板上，在水介质中受到脉冲力作 用，于是，整个筛面上的物料层不断地被冲起又落下，逐 渐形成一按密度分层的床面。一个脉冲循环中包括这样两 个过程：床面先是浮起，然后被压紧。在浮起状态，轻颗 粒加速较快，运动到床面物上面；在压紧状态重颗粒比轻 颗粒加速快，钻入床面物的下层中，脉冲作用使物料分 层，。分层后，密度大的重颗粒群集中于底层，其中小而 重的颗粒会透筛成为筛下重产物，密度小的轻物料群进入 上层，被水平水流带到机外成为轻产物。
d 3 2 ( S ) g d 2 v0 6
式中：d－颗粒直径；ρS－颗粒密度；ρ－空气密度；ψ－阻 力系数；g－重力加速度。
又因：ρ<<ρS，ρS－ρ＝ρS，移项得：
d S g v0 6
结论：由上式可看出， 颗粒沉降末速与颗粒的密度、粒度及形状有关。 当颗粒粒度一定时，密度大的颗粒沉降末速大； 当颗粒密度相同时，直径大的颗粒沉降末速大。 等降颗粒：在同一介质中，密度、粒度和形状不同的颗粒 在特定的条件下，可以具有相同的沉降速度，这样的颗粒 称为等降颗粒。 等降比（e0）：密度小的颗粒粒度（dr1）与密度大的颗粒 粒度（dr2）之比，以e0表示。
重介质分选
重介质分选重介质分选包括这样的选煤过程，将原煤浸没在液体中进行分选，液体的密度介于精煤和矸石之间。
由于灰份含量和密度之间有一定的相互关系，通过调节分选液体的密度，将原煤中的含灰杂质排除到要求的程度是可能的。
重介质分选方法具有下列由于其它选煤方法的特点：（1）在正常要求的密度范围内的任一分选密度点，即使入料中±0.1密度物含量很高，也能进行精确分选。
（2）能够控制分选密度的波动范围在±0.005以内。
（3）能够处理粒度范围很广的物料，其最大粒度可达35.6cm。
（4）因其处理量高和占地空间小，投资和运输费用相对较低。
（5）能够改变分选密度以适应市场需求的变化。
（6）能够处理数质量发生波动的入料。
1．块煤重介质分选重介质分选是实验室浮沉试验在工业上的实际推广，浮沉试验可用作重力分选的标准（效率100％）。
工业生产与实验室的浮沉分离并不完全相同，其理由是：工业采用悬浮液而不是真溶液作为分选介质；入料的给入和浮物沉物的排放会赢棋分选介质的扰动；分选槽中需要搅拌或上升流以保证分选介质呈悬浮状态；由于实际要求处理量高，不允许有足够的停留时间使邻近密度物得到完善分选。
理论上，任意力度均可进行重介质分选；实际上，重介质分选的粒度范围大约为0.5~150mm,有时粒度达到35.6mm也可以进行分选。
粒度大约在6.3mm以上的物料通常在静态重介分选机中处理，而粒度在0.5mm~6.3mm的物料一般在离新分选机（如重介旋流器）中分选。
理想的分选介质应是真溶液，并具有下列性质：价格低廉、易于与水混合、能够在较宽的密度范围内调节、稳定、无毒、无腐蚀性和粘度低。
虽然理想的介质并不存在，但已经开发了许多种重介质，并正在应用于工业生产中，将原煤分选为矸石和商品精煤。
根据实际生产情况，任何介质应具有下列性质：从使用角度应价格便宜，物理性质稳定、在分选过程中不分解、化学性质不活泼且不与煤气反应、易从产品中脱除、易从矸石中回收、在要求的分选密度时粘度低、在要求的密度范围内白吃密度稳定。
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16 跳汰分选
跳汰选矿是指物料主要在垂直上升的变速介质流中，
按密度差异进行分选的过程。物料在粒度和形状上 的差异，对选矿结果有一定的影响。
实现跳汰过程的设备叫跳汰机
煤炭分选中，跳汰分选占很大比重。全世界每年入
选煤炭中，有50%左右是采用跳汰机处理；我国跳
汰选煤占全部入选原煤量的70% 。另外跳汰选煤处
演· 示
5
跳汰机分层过程示意图
分层前混 水流中沉 床层分散 分层堆积 杂堆积 降分层 物料在跳汰过程中之所以能分层，起主要作用 的内因，是矿粒自身的性质，但能让分层得以 实现的客观条件，则是垂直升降的交变水流 6
按照推动水流在跳汰机内作交变运动的方法 的不同可以分为：
隔膜跳汰机：利用偏心连杆带动橡胶隔膜迫 使水流运动。 无活塞跳汰机：利用压缩空气推动水流运动。 动筛跳汰机：用机械力带动筛板和物料一起 在水中作交变运动。
附加推力加速 度因素 只与密度有关 水流a向下时： 高密度颗粒滞 留上层，a应 尽量减少
11
16.1.3 偏心连杆机构跳汰机内水流的运动特性及 物料的分层过程
偏心连杆式传动机构
水流速度
冲程系数
u ln sin t
偏心轮转速，转/秒
umax ln
1个周期，按绝对值计的水流平均速度
ua v 2ln
10
代入vc=颗粒速度v-介质速度u，得颗粒加速度：
dv 6 v u g a dt d
2
重力加速度因素 阻力加速度因素 只与密度有关 与密度、粒度有 关；高密度细粒 与低密度粗粒不 能有效分层
16
16.1.4 跳汰周期曲线 水流运动(u)变化曲线 a 正弦跳汰曲线 u——水流速度
S——水流上升高度
水流上升、下降的作用 时间和大小均相等 床层有效分层时间较短
12
水流加速度
a 2ln cost
2 2
amax 2ln
2
2
水流位移
1 cos t h l
2
hmax l
13
物料分层的过程 第Ⅰ阶段： 水流上升运 动前半期，加速上升期， a﹥0 ，v﹥0 。 水流运动的主要任务， 是较快地将床层举起， 使其占据一定高度，为 床层进一步充分松散与 分层，创造一个空间条 件。
7
基本概念 跳汰周期：跳汰分选过程中水流完成一次周期 性变化所需要的时间。
跳汰周期曲线：水流速度在一个跳汰周期内随 时间变化的曲线。 水流冲程：水流在跳汰室内运动的最大距离。
机械冲程：隔膜或筛板在跳汰室内运动的最大 距离。 冲次：水流或隔膜每秒钟运动的周期次数。
冲程系数：水流冲程与机械冲程的比值。β
1
重介质分选，不仅度颗粒，由于悬浮液的粘性阻力 作用，易被带入轻产物中；与加重质的分离较 困难。 原料入选前，必须分级 选煤时：给料的下限为3-6mm，上限为300400mm。 分选金属矿石时：给料的下限为1.5-3.0mm， 上限为50-150mm
14
物料分层的过程 第Ⅱ阶段：水流上升运 动后半期，减速上升期， a﹤0，v﹥0。向上、下 两端扩展松散。 M点：轻颗粒与水流相 对速度为零，按密度分 层的有利时期。 上升水流的运动特性， 最理想的是开始短而速， 尔后长而缓。 要限制向下的水流加速度
15
第Ⅲ阶段：水流下降运动 前半期，水流加速下降时 期，a﹤0 ，v﹤0。 按密 度分层的有利时期。细颗 粒穿过粗颗粒间隙下降。 第Ⅳ阶段：水流下降运动 后半期，水流减速下降时 期，a﹥0，v﹤0。 床层 比较紧密。 吸入作用分层，强度必须 适当——防止低密度细颗 粒进入底层。 按密度分层有利时期——Ⅱ、Ⅲ阶段
9
d 加速运动的介质流对颗粒的附加推力 3 d PB a
6
e 机械阻力Pm
无法表达，不考虑
颗粒运动微分方程：
3 3 d v d 3 d v d 3 d d g d 2 vc2 c a 6 dt 6 6 dt 6
2 6 v c dv d vc g a dt d dt
8
16.1 物料在跳汰机内的分选过程
16.1.2颗粒在跳汰分选过程中的受力与运动分析 3 d a 有效重力 G0 g 向上为正
6
R1 d v b 水流相对速度阻力 vc—颗粒与介质相对速度
2 2 c
c 介质的加速度附加惯性阻力 d 3 d v c R2 6 dt ζ— 质量联合系数，与颗粒形状有关
理的粒度级别较宽，在150~0.5mm，既可不分级入 选，也可分级入选。跳汰选煤的适应性较强，除非 极难选煤，均可优先考虑采用跳汰的方法处理。
4
分选过程：水流脉动运动， 上升时推动床层分散，下 降时紧密；高密度颗粒进 入下层，透过筛板排出； 低密度颗粒进入上层，被 水平流动的水流带出。 被选物料给到跳汰机筛 板上，形成一个密集的物 料层，这个密集的物料层 称为床层
15 重介质分选 在密度大于1000kg/m3的介质中进行的分选过 程。 加重质：加大介质密度的高密度固体微粒。 加重质的要求：-200目60~80%；密度适宜、 价格低廉、便于回收。 磁铁矿（5000kg/m3）：采用铁品位在60%以 上的铁精矿，可配制最大密度为 2500kg/m3的重悬浮液，用磁选回收。
2
重介质分选应用： 受加重质自身密度的限制，悬浮液难以达到很高的密 度，通常只能比轻矿物密度略高一点，故重介质选矿 不能获得高品位的高密度产物，而只能选出密度低的 单体脉石或采矿过程混入的围岩，从而作为预先选别 作业使用。（除选煤外） 对有色金属矿石，最适合于处理有用矿物为集合体嵌 布或粗粒嵌布的矿石。这类矿石经中碎后，即有大量 单体脉石产出，用重介质选矿法将其除去，使之不再 进入磨矿和选别作业，可大大降低生产成本并提高选 厂的处理能力。对于井下开采的铁、锰矿石，利用重 介质选矿法可预先除去混入的围岩，恢复地质品位。 3