【正文】 材料學(xué)院礦物加工工程教研組 第四章 重介質(zhì)選礦 第一節(jié) 概述 什么是重介質(zhì)選礦 任何重力分選過(guò)程，都是在一定的介質(zhì)中進(jìn)行。若所使用的分選介質(zhì)其密度大于 lg/cm3時(shí)，這種介質(zhì)稱為重介質(zhì)。礦石或煤炭在該介質(zhì)中分選，稱重介質(zhì)選礦或重介質(zhì)選煤。 重介質(zhì)選礦的發(fā)展過(guò)程 1858年有人提出用錳、鋇、鈣的氯化物溶液作為分選介質(zhì)進(jìn)行選煤，但因介質(zhì)難于回收，致使成本昂貴，未能獲得推廣使用。 1917年出現(xiàn)使用水砂混合物作為重介質(zhì)分選 材料學(xué)院礦物加工工程教研組 煤炭，但效果受到局限，一般僅用于選分易選的動(dòng)力煤。 1926年蘇聯(lián)工程師 EA 斯列普諾夫首先提出使用穩(wěn)定懸浮液的重介質(zhì)選煤法。以后，重介質(zhì)選礦法便開(kāi)始逐漸獲得廣泛應(yīng)用。 至今，除重介質(zhì)選煤是選煤的重要方法之外，也可應(yīng)用于金屬礦石、黑色金屬礦石、貴金屬礦石、稀有金屬礦石及其它物料的分選。 重介質(zhì)選礦分選原理 根據(jù)阿基米德定理，小于重介質(zhì)密度的顆粒將在介質(zhì)中上浮，大于重介質(zhì)密度的顆粒在介質(zhì)中下沉。 材料學(xué)院礦物加工工程教研組 重介質(zhì)的密度 ρ zj 應(yīng)在輕產(chǎn)物 ρ q 和重產(chǎn)物密度ρ z 之間。 δ qρ zj δ z 其中的重介質(zhì)密度即為分選密度。 重介分選機(jī)中，原煤進(jìn)入后就會(huì)按密度分為兩產(chǎn)品，分別收集這兩種產(chǎn)品，可達(dá)到按密度分選的目的。 雖然物料在分選機(jī)中的分層過(guò)程 主要取決于它的密度，但是它的分層速度卻是物料粒度及物料與介質(zhì)密度差的函數(shù)，粒度越大，密度差越大，物料的分層速度快，粒度小，物料的分層速度越慢。因此在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中往往有一部分細(xì)粒級(jí)煤在分選機(jī)中來(lái)不及分層就排出，降低了分選效率。 材料學(xué)院礦物加工工程教研組 同時(shí)，分選中懸浮液流動(dòng)和渦流的影響，物料之間碰撞的影響及懸浮液對(duì)煤粒運(yùn)動(dòng)阻力的影響，原煤的粒度和形狀都對(duì)分選結(jié)果有一定影響。生產(chǎn)中注意減少它們的影響。 重介質(zhì)選礦的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 1）分選效率和分選精度都高于其它選煤方法。 塊煤： η max = % ， E可達(dá) ~。 末煤： η max = 99%， E可達(dá) 。 2）分選密度調(diào)節(jié)范圍寬 跳汰：一般， ～ 。 重介： ～ , 重介質(zhì)旋流器： ～ 。 材料學(xué)院礦物加工工程教研組 3）分選粒度范圍寬 塊煤： 1000~6 mm 末煤旋流器： 50~ mm 4）適應(yīng)性強(qiáng) 對(duì)精煤質(zhì)量變化時(shí)，灰分可按要求變。原煤性質(zhì)改變影響不大。 5）生產(chǎn)過(guò)程易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 懸浮液密度、液位、粘度、磁性物含量等工藝參數(shù)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。 缺點(diǎn)： 增加了加重質(zhì)的凈化回收工作，設(shè)備磨損比較嚴(yán)重。 材料學(xué)院礦物加工工程教研組 基于以上各點(diǎn)，重介質(zhì)選礦方法應(yīng)用非常廣泛。 重介質(zhì)選煤主要適用于 難選、極難選煤 。 材料學(xué)院礦物加工工程教研組 第二節(jié) 加重質(zhì)選擇 加重質(zhì)的種類 在工業(yè)生產(chǎn)中重介質(zhì)選礦所用的重懸浮液，其加重質(zhì)主要有硅鐵、磁鐵礦粉、重晶石、高爐灰、鉛精礦、黃鐵礦、石英和矸石粉等。選煤使用最多的是磁鐵礦粉。 我國(guó) 1982年研制成功的 DBZ型重介質(zhì)旋流器，是采用浮選尾礦或矸石粉作為加重質(zhì)，用以分選跳汰機(jī)中煤、礦井廢棄的矸石或小于 13mm的洗矸，不僅節(jié)省大量磁鐵礦的精礦粉、而且為我國(guó)從煤矸石中回收煤炭，減輕矸石山對(duì)環(huán)境的污染，提供了即經(jīng)濟(jì)又簡(jiǎn)便的工藝方法。 重介質(zhì)選礦配制懸浮液時(shí)所用的各種加重質(zhì) 材料學(xué)院礦物加工工程教研組 主要性能及其回收方法見(jiàn)表 61。 材料學(xué)院礦物加工工程教研組 采用重介質(zhì)分選法時(shí)，對(duì)加重質(zhì)的選擇是十分重要。因?yàn)榧又刭|(zhì)的密度、粒度、硬度及磁性等，對(duì)其所配制的懸浮液性質(zhì) (密度、粘度和穩(wěn)定性，均有直接影響。而懸浮液性能的優(yōu)劣又直接影響重介質(zhì)分選的效果、分選設(shè)備的生產(chǎn)能力、重介質(zhì)的制備和回收、設(shè)備的選擇以及選礦 (煤）成本等。 對(duì)懸浮液的要求 在所要求的分選密度下，懸浮液應(yīng)具備粘度低，穩(wěn)定性好，而且用過(guò)并稀釋后容易回收和凈化。 選擇加重質(zhì)應(yīng)考慮的因素 材料學(xué)院礦物加工工程教研組 1）加重質(zhì)密度 加重質(zhì)與水配成的懸浮液，在要求的分選密度一定時(shí)，加重質(zhì)密度低，懸浮液固體濃度就越高，懸浮液粘度大。大到一定值時(shí)，不能進(jìn)行分選。因此，體積容積濃度 λ s有上限， 對(duì)應(yīng)可得加重質(zhì)的密度最低值 δ D。 材料學(xué)院礦物加工工程教研組 b 懸浮液臨界容積濃度 懸浮液的臨界容積濃度 ?L與加重質(zhì)的性質(zhì)及粒度組成有關(guān)。在通常使用的加重質(zhì)粒度范圍內(nèi)，密度在 ～ ，與水所構(gòu)成的懸浮液，其 ?L都非常接近，一般在～ 。 加重質(zhì)的密度過(guò)高也不適宜，否則，懸浮液固體容積濃度太低，加重質(zhì)顆粒沉降速度過(guò)快，導(dǎo)致懸浮液在密度方面，失去作為分選介質(zhì)的作用。據(jù)研究，重介質(zhì)選礦所川懸浮液的容積濃度，不應(yīng)小于 10，即作為分選介質(zhì)時(shí)，懸浮液固體容積濃度的下限值 ?x大于 10。由此就可求出在規(guī)定分選密度時(shí)，所需加重質(zhì)密度的最高值 ?G。 材料學(xué)院礦物加工工程教研組 選用的加重質(zhì)密度應(yīng)在 ?D與 ?G之間 ,即 ?G??D 例 :要求的分選密度為 , ?G=,?s= 分選煤炭時(shí)，重介質(zhì)密度若要求為 14O g/cm 3，那么配制懸浮液所用加重質(zhì)，其密度應(yīng)在為500 22lg/cm 3范圍的物料中挑選。密度符合這個(gè)條件的常用 加重質(zhì) 很多，如磁鐵礦、重晶石、黃鐵礦 材料學(xué)院礦物加工工程教研組 殘?jiān)?、高爐灰渣、石英、黃土、矸石、浮選尾煤等。 2）容易回收和凈化； 3）料源充足、制備容易； 4）硬度較大（防泥化）、球形（粘度低）、不與水發(fā)生化學(xué)作用。 選煤過(guò)程常用的加重質(zhì) 重介質(zhì)選煤多采用磁鐵礦粉作為加重質(zhì)，因用其配制的懸浮液密度范圍寬，完全能夠滿足分選各種煤炭使用，而且便于回收。 黃土、浮選尾煤、矸石粉等，只能配制低密度懸浮液，并用于回收精煤。 材料學(xué)院礦物加工工程教研組 對(duì)磁鐵礦加重質(zhì)的要求 重介質(zhì)選煤廠利用磁鐵礦粉作加重質(zhì)時(shí)，磁鐵礦粉的磁性物含量越高，加重質(zhì)的回收再使用的數(shù)量也越大，介質(zhì)耗資少，生產(chǎn)費(fèi)用可有所降低。還有加重質(zhì)粒度愈細(xì)，懸浮液密度也越穩(wěn)定，在懸浮液中為起穩(wěn)定作用所需摻入的煤泥量也相應(yīng)減少，懸浮液密度的真實(shí)性越高，分選效率也會(huì)越佳。 我國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，用磁鐵礦粉作加重質(zhì)時(shí)，其磁性物含量應(yīng)在 95%以上，密度在 45g/cm 3左右。對(duì)加重質(zhì)粒度的要求是，分選塊煤 (用于斜輪或立輪重介質(zhì)分選機(jī) )時(shí)，小于 0074( 200目 )mm粒級(jí)的含最應(yīng)占 80%以上，用于重介質(zhì)旋流器分選末 材料學(xué)院礦物加工工程教研組 煤時(shí)，小于 0044mm 粒級(jí) (325目 )含量應(yīng)占 90%以上。如外來(lái)磁鐵礦粉粒度不能滿足要求時(shí)，選煤廠應(yīng)設(shè)置研磨設(shè)備。 第二節(jié) 重介懸浮液性質(zhì) 一、懸浮液密度 懸浮液密度的特點(diǎn) 懸浮液的密度在物理意義上與均質(zhì)介質(zhì)的密度不完全相同，只有將懸浮液中的固、液兩相作為一個(gè)統(tǒng)一的整體看待時(shí)，才具有密度的概念。因?yàn)閼腋∫菏怯蓛煞N密度完全不同的質(zhì)點(diǎn)（固、液）所構(gòu)成的兩相混合物，故懸浮液密度 ρ zj在數(shù)值上不能表征其中每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的密度，因此， 材料學(xué)院礦物加工工程教研組 通常稱該密度為懸浮液的假密度，或稱懸浮液的物理密度。 當(dāng)加重質(zhì)粒度較細(xì)，容積濃度又較高，而入選的礦粒較大時(shí)，在分選過(guò)程中，對(duì)礦粒而言，懸浮液作為一個(gè)整體才稱其分選介質(zhì)。否則，此時(shí)的分選介質(zhì)只是懸浮液中的液體而不是懸浮液的整體，礦粒在懸浮液中的沉降，僅僅看為礦粒在液體中受加重質(zhì)懸浮粒作用的干擾沉降。礦粒排開(kāi)的介質(zhì)不是具有密度為懸浮液密度的本身，而是懸浮液中的液體，密度為 ρ s 。因此，盡管有的礦粒密度低于懸浮液的密度 ρ zj ，但也將下沉，即礦粒不能按懸浮液的密度 ρ zj進(jìn)行浮沉過(guò)程，而達(dá)到低、高不同密度礦粒的分離。 材料學(xué)院礦物加工工程教研組 重介質(zhì)選礦過(guò)程中作為分選介質(zhì)而起作用的懸浮液，其中固體懸浮粒 (加重質(zhì) )的粒度和容積濃度與入選物料的粒度之間應(yīng)具有一定的關(guān)系，懸浮液的密度要由 加重質(zhì)的密度和容積濃度 來(lái)決定。 (二）懸浮液密度對(duì)加重質(zhì)粒度的要求 在懸浮液內(nèi)，礦粒排開(kāi)的同體積懸浮液中，至少應(yīng)有一個(gè)加重質(zhì)的顆粒。 即懸浮液濃度 λ 加重質(zhì)粒體積 /礦粒體積 材料學(xué)院礦物加工工程教研組 式中 K值是個(gè)大于 1的修正系數(shù)，一般 K=～ 之間。 (三）懸浮液有效密度 從理論上講，重介懸浮液的物理密度應(yīng)該就是分選密度，但實(shí)際工作中有時(shí)并非如此。這是由于加重質(zhì)顆粒很細(xì)，當(dāng)懸浮液固體容積濃度大到一定程度后，加重質(zhì)顆粒由于種種原因經(jīng)直接接觸而相互連接起來(lái)，形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)物，這就