12第二十讲 固液分离

第二节 沉降试验 一、沉降过程的分区现象 将细粒的选矿产品和水混合，配成一定浓度的矿 浆，装在直径为50～75mm的带刻度玻璃量筒中， 均匀搅拌后，静置在桌上。可以观察到，矿浆在 沉降过程中出现分区现象。如图9-1所示。 图9-1 矿浆沉降过程的分区现象 A——澄清区；B——沉降区；C——过渡区； D——压缩区；E——粗粒区
（三）观测和记录不同时间澄清液高度变化 将配制好浓度的矿浆，用搅拌器搅匀，抽出搅拌器，静置约半分钟后，开动秒表，并观察矿浆沉降 情况。经时不久，便出现 澄清区和沉降区的清晰界面，记录清水层高度和达到该高度的时间。 若澄清区和沉降区的界面看不清，可用照明灯透射。开始沉降速度较快，记录时间间隔为2min，随 着沉降速度变慢，记录时间间隔逐渐增大，最后一次读数是在试验开始24h以后，将观测结果列表， 如表9-1所示的是某铜钼钴硫化矿矿石，磨至-0.075mm，经浮选选出铜、钼、钴三种精矿后，对尾 矿进行的沉降试验的观测结果。 表9-1 某某铜钼钴硫化矿浮选尾矿的沉降试验的观测结果 观测序号观测时间澄清层高度（mm）(h)(min)浓度10％浓度15％浓度20％浓度25％浓度30％12— 35272310287765484025.531211194695737416142120887448.55201741461089059.562420617 612810670.572824020314812381.083327823517614294939338275201165109.5104534530722 81861241157—324269222150.51219— 326287.524417413130351330297270.5207.5142353.5332300.5275.5241153354.5334.53052812 49164355335307.5284.5253.5176——310288259188—— 310.7298.52621924355.2335.6311290264若在沉降过程中，因试验粒度太细或其它原因，矿浆沉 降速度很慢，为了加速沉降，必须加絮凝剂或凝聚剂，使分散的颗粒聚合成为较大的凝聚体或絮团。 此时，要作加凝聚剂和不加凝聚剂的对比沉降试验。记录表中余韵要补充凝聚剂名称和用量一栏。 加药剂沉降时，还要注意该药剂底过滤作业的影响。 温度对矿浆沉降速度有重要的作用，因此记录时应该记录试验时的矿浆温度。
二、试验操作 （一）试验操作条件的确定 试验操作条件应根据研究的精矿试验特性，参照类似的现场过滤机的生产条件确定。 过滤机旋转一转要经过四个作业区，包括：过滤区、脱水区、卸料区和滤布清洗区。 各作业区的工作时间分配有一定的比例，其比例视料浆槽料浆水平面高低而变化。一 般过滤区吸浆时间约为过滤机转一转时间的三分之一，即30％左右。 （二）试验操作步骤 首先按试验要求的矿浆浓度制备矿浆，把试样装入矿浆桶中，并进行搅拌，使矿浆 成悬浮状态，检查过滤器装置全部接头是否连接好？若无漏气，即开始试验。关闭旋 塞7、10，代开旋塞8、9，开动真空泵，待真空表达到要求的真空度数值时，将过滤器 2放入矿浆桶中吸浆，吸浆时矿浆一定要搅拌均匀，同时开启秒表记录吸浆时间，并记 下真空表度。到达要求的吸浆时间时，取出过滤器，继续抽真空脱水，记录脱水时间。 脱水作业完毕，关闭旋塞8、9，打开旋塞7，接通吹风管，将吹下的滤饼放在已称皮重 的瓷盘中。若未吹干净，用小铲铲下，然后称重，记下湿重。停止吹气厚，打开旋塞8 和9，并打开旋塞10，用量筒测量并记下总的滤液量。湿滤饼称重后，在温度110度时 烘干，冷却至室温后称重，记下干重。抽取若干块滤饼，测量其厚度，并求其平均厚 度。
（1）工作周期时间对过滤机生产率和滤饼含水量影响的 测定 工作周期时间相应于过滤机转一转的时间。某氧化铜矿精 矿过滤试验，固定真空度为6×104 Pa，各作业时间分配 比例：过滤吸浆为33.3％，脱水为58.3％，卸料清洗为 8.4％，改变工作周期时间为2min35s。3、4、5min，测 定每组试验中滤饼的含水量和过滤器的生产率，就可根据 试验结果确定一个最佳工作周期时间t，从而设计过滤机 每小时的转数 (2)矿浆浓度对过滤机生产率和滤饼含水量影响的测定 在其它条件相同的情况下，改变给料的矿浆浓度进行试验， 可确定生产率高而滤饼水分低的最佳矿浆浓度。
三、试验内容 根据试样的不同性质和设计单位的具体要求，每个过滤试验的内 容是不同的。一般情况下，过滤试验包括条件试验，和根据最佳条件 测定过滤机单位时间内单位面积的生产率。 （一）条件试验 条件试验内容包括：滤布品种、矿浆浓度、工作周期时间、一个 工作周期内各作业的时间分配、真空度灯。各条件试验的方法不一一 叙述，现以工作周期时间和矿浆浓度对过滤机生产率和滤饼含水量影 响的测定为例予以说明。
三、绘制沉降曲线和计算浓密机面积 绘制沉降曲线和计算浓密机面积的方法可以分为两种。第一种方法要求做一系列不同浓度矿浆的沉降试验，根据这 些试验结果经过多次计算才能求得所需面积，我们把这种方法简称为多次沉降试验求算法；第二种方法是用一次沉 降试验结果求算浓密机所需面积，我们把这种方法简称为一次沉降试验求算法。 （一）多次沉降试验求算法 通过一系列不同浓度矿浆的沉降试验，分别获得不同时间的澄清层高度，然后分别绘制沉降曲线。即9-1曲线就是某 矿的沉降速度曲线。图中纵坐标表示澄清层高度，横坐标表示沉降时间，沉降曲线是三条相交的直线。直线AB相当 于澄清区，直线BD相当于压缩区，直线DC相当于矿浆已经达到最终压缩点。B点为临界点，即澄清区与压缩区的分 界点。绘制沉降曲线的用途是：找出临界点，确定达到临界点的时间t1和清水层高度，计算沉降区的沉降速度，作 为计算浓密机面积的依据；根据要求达到的矿浆浓度，找出达到该浓度的沉降时间t2，作为计算浓密机高度的依据； 找出可能达到的最高浓度和达到该浓度的时间。 图9-1 沉降速度观测结果 计算沉降速度和浓密机面积 要计算浓密机面积，首先要计算沉降速度，设达到临界点时清水层高度为H，相应的澄 清时间为t1 ，则在分的时间内的沉降速度是： 由此可知，由浓密机1m2的面积每日（d=24h）溢出Vm3的水。 若给入浓密机矿浆的液固比为R1，由浓密机排出的矿浆的液固比为R2，那么浓密机每日处理一吨固体所需排出的溢 流R1-R2吨水，澄清一吨干固体所需的面积是 利用试验数据计算矿浆的液固比R可按下式： 式中：R——矿浆液固比； V——矿浆体积，作沉降试验时从量筒上直接读数； ——矿浆中的固体的重度（t/m3），与比重δ数值相等； G——矿浆的固体重量，可用前面式子求得。 设计时，为保证浓密机在给矿浓度波动时工作不受影响，往往要用几种不同浓度的沉降试验结果计算沉淀一吨固体 所需面积，从中选取最大值，所以用这种方法需作一系列沉降试验，经过多次计算才能求得所需面积。
第十五讲 固液分离
刘莉君
脱水试验
第一节 概述 选矿产品，除了极少数干选产品外，都带有大量的水。为 了降低冶炼成本，便于生产运输和利用回水，精矿需进行脱 水。由于操作的需要，中间产品有时也需脱水。在某些情况 下，尾矿也需脱水，粗粒产品，如重选产品和部分磁选产品， 利用重力，采取自然脱水。细粒产品，如浮选产品，需采用 沉淀浓缩和过滤两段脱水作业，有时还采用加干燥的三段脱 水作业。
二、试验步骤和方法 （一）试样 试样应采取生产现场或试验过程选出的新鲜矿浆，而不允许将矿浆烘干后再作试验，这样能保证矿 浆的粒度组成、泡沫粘度、药剂和电解质的含量等条件与生产一致，使试验较为准确可靠。每份试 样量约50～100g。 （二）配制矿浆 因试样含有水分，要预先确定每份试样的固体和水分的重量，才能正确的配制所需浓度的矿浆。将 试验用的标有刻度的，并紧贴有毫米方格坐标纸条的量筒称量，以G0表示，然后把试样装入筒内， 加水至一定容积，再称重，以G2表示，设预先测出的试样的比重是γ，筒内矿浆体积是V，从量筒 上直接测出。则固体重量G为： 水的体积或重量是： 根据试验要求的浓度，矿浆中的总水量为GR。若称量的量筒中水量不足GR时，应补加水，反 之，把多余的水抽出。 为校核矿浆浓度，试验结束后，将矿浆烘干，可准确测定固体重量，因矿浆重量已知，就能直接算 出浓度，避免测比重可能造成的误差。 测定沉降速度试验的矿浆浓度，应根据选出产品的实际浓度，并参照类似厂的矿浆浓度范围，同时 作几个不同浓度的试验，以便供设计计算浓密机面积时，选取沉淀一吨固体所需的澄清面积的最大 值。为准确起见，每个试验要重复多次。
第三节 过滤试验 为了提供选矿厂设计所需要的过滤机的面积和台数，和现场研究各操作参数 对过滤机生产率和滤饼含水量的影响，常常需要进行过滤试验。 一、试验设备 实验室所用真空过滤装置见图9-6。 真空过滤装置主要由矿浆桶、真空泵、真空室、过滤器四个部件组成。矿浆 桶1的容积应大于过滤器2，但不能过大，太大易于使矿浆沉淀，为搅拌矿浆 成悬浮状态，吸滤前可使用电动搅拌器或搅拌棒搅拌。过滤器是由白铁皮焊 接成长150mm，宽为100mm，厚20mm的铁盒，盒的一面或两面钻有5mm的 小孔，孔与孔中心之间的距离为10mm ,盒的外面包裹了一层滤布，滤布用线 缝合。真空室3的作用是稳定真空度和收集滤液，其容积应比滤液的体积大。 真空表4用于测真空度，它可用水银气压表代替。过滤器由一条管子与三通管 6连接，通过三通管6的旋塞8与真空室连接，通过三通管6上的旋塞7由一条 管子与真空泵5上的吹气管连接。
沉降开始前，矿浆经搅拌后分布均匀，如量筒1所示。量筒2表示在极短的时间沉降后 的矿浆。矿浆沿量筒分成四个区，上层A是澄清水区，B是沉降区，C是过渡区，D是压 缩区。整个浓度区中的浓度是均匀的，等于原矿浆减去因析离而沉降的粗粒K区以后的 浓度。悬浮的固体颗粒在自身重力的作用下沉降，即按斯托克斯公式计算的自由沉降 末速沉降。颗粒下沉的结果，澄清水区与等浓度区之间形成一个清晰的交界面。这个 交界面也成澄清界面，它的下降速度代表了颗粒的平均沉降速度。个别情况有的甚至 到临界点出现，才见清晰界面，遇此情况可用聚光灯透射。紧靠量筒底部的悬浮物很 快就被管底截住，这层被截住的悬浮物又反过来干扰上面的悬浮物沉降过程，同时在 底部出现一个压缩区D，压缩区内的悬浮性有两个特点，一个是从压缩区的上表面起到 管底止，颗粒的沉降速度是逐渐减小的，在管底的颗粒沉降速度等于零，另一个由于 管底的存在，压缩区内悬浮性缓慢下降的过程也就是这一区内悬浮物缓慢地压实过程。 压缩区与等浓度区之间存在一个过渡区，即变浓度区C区，从等浓度区的浓度逐渐变为 压实区顶部浓度的区域。A与B的交界面用肉眼能清晰看出，但B与C，C与D间的交界 面没有明显的交界面。 沉降过程中，澄清水区高度逐渐增加，压缩区高度也逐渐增加，而等浓度区的高度则 逐渐减小，最后不复存在，如图中量筒5。量筒5的临界点表示B和C区刚刚消失，而为 A和D区直接接触的位置。变浓度区的高度开始是基本不变的，但当等浓度区消失后， 它就逐渐消失，见图中2，3，4。变浓度区消失后，压缩区内仍然继续压实，直至这一 区的悬浮物达到最大密度为止。如量筒6。
设计一个心的选矿厂的脱水设备和尾矿处理时，除根据类似 厂的指标设计外，有时要做脱水试验提供设计数据。例如，计算 浓密机的面积和高度，需对被浓缩的产品作沉淀试验，提供沉降 曲线；计算过滤面积，需对被过滤的产品作过滤试验，提供单位 时间单位面积的处理量和滤饼含水量等数据；设计尾矿坝和沉降 池面积时，需作沉降试验 提供尾矿产品沉降速度等数据。
Baidu Nhomakorabea
（二）一次沉降试验求算法 这个方法是用低浓度作一次低浓度试验，测定澄清区与沉降区的界面高度 （H）的沉降距离以及达到相应沉降高度的时间(t)，作出H－t沉降曲线（见图 9-2），纵坐标是界面沉降的距离，横坐标为沉降时间。 图9-2 沉降曲线 可以利用图9-2沉降曲线计算试验范围内任意矿浆浓度的沉降速度和沉淀一吨 固体物料所需的沉淀面积。设试验矿浆的固体含量为C0，单位为kg/L,相对的 矿浆界面高度为H0，而给入浓密机的矿浆浓度为Cp，由浓密机排出的矿浆浓 度为Cu。 为确定浓度为Cp的沉降速度，首先要算出的矿浆界面高度， 在图9-2的纵坐标找到点，由点作沉降曲线的切线，这根切线的斜率据等于时 的沉降速度： 根据以前计算式子，可知，浓密机的面积可按下式计算： 式中：S——浓密机沉淀一吨固体所需面积； ——给入浓密机矿浆浓度液固比； ——浓密机排出矿浆浓度的液固比；