第五章 跳汰选矿.docx

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第五章跳汰选矿

第五章跳汰选矿

4.5.1概论

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。

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。

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。

跳汰机中水流运动的速度及方向是周期变化的，这样的水流称作脉动水流。

脉动水每完成一次周期性变化所用的时间即为跳汰周期。

在一个周期内表示水速随时间变化的关系曲线称作跳汰周期曲线。

水流在跳汰室中上下运动的最大位移称为水流冲程。

水流每分钟循环的次数称为冲次。

煤炭分选中，跳汰选煤占很大比重。

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%。

另外跳汰选煤处理的粒度级别较宽，在150~0.5mm范围；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。

矿石分选中，跳汰选矿是处理粗、中粒矿石的有效方法。

大量地用于分选钨矿、锡矿、金矿及某些稀有金属矿石；此外，还用于分选铁、锰矿石和非金属矿石。

处理金属矿石时，给矿粒度上限可达30~50mm，回收的粒度下限为0.2~0.074mm。

4.5.2跳汰选矿原理

一、按密度分层的位能学说

由热力学第二定律可知，任何封闭体系都趋向于自由能的降低，即一种过程如果变化前后伴随着能量的降低，则该过程将自动地进行。

德国人迈耶尔（E.W.Mayer，1947）应用这一普遍原理分析了跳汰过程，认为床层的分层过程是一个位能降低的过程。

因此当床层适当松散时，重矿物颗粒下降，轻矿物颗粒上升，应该是一种必然的趋势。

图2-5-2表示了床层分层前与分层后的理想变化情况。

若取床层的底面为基准面，基准面的面积为A。

（2-5-1）

（2-5-2）

（2-5-3）

将

代入式（2-5-3）中，得

（2-5-4）

当分层过程是可以发生时，则必定是正值。

（2-5-5）

分层的位能学说完全不涉及流体动力因素的影响，只就分层前后床层内部能量的变化，说明了分层的趋势，因而属于静力学体系学说。

除了跳汰以外，所有其它重选分层过程，皆可用此学说予以解释，故现常将迈耶尔的位能学说视作重选分层的基本原理。

但重选过程离不开流体松散，则流体动力对颗粒运动的影响就不可避免，故迈耶尔学说只是一种理想的情况。

二、分层过程的动力学学说

1.床层中的矿粒在垂直交变流中的受力分析

（1）矿粒在介质中的重力G0，因其方向向下，故为（+）。

即

（2）矿粒与水因有相对运动而引起的介质阻力R1。

（3）由于介质作加速运动，其加速度所产生的惯性力作用在矿粒上，称为介质流对矿粒的附加推力F1。

（4）由于矿粒在介质中作加速度运动，势必带动周围部分介质也随其作加速度运动，于是这部分介质便产生了与其方向相反的惯性力，此力反作用在矿粒上。

因此，矿粒受到一个附加惯性阻力Rg的作用，由式可知

（5）床层中的矿粒运动时，要受到机械阻力Rj

2.矿粒在垂直交变介质流中运动微分方程式的建立

或

（2-5-6）

若以

除式（2-5-6）两侧，便可得到单位质量矿粒的运动微分方程式，即

（2-5-7）

对跳汰过程中颗粒运动微分方程式的分析，可归纳两个重要点：

（1）矿粒运动状态除和密度有关外，还与粒度及形状有关。

而粒度及形状的影响仅体现在介质阻力加速度（即第二项）上，其数值与相对速度的平方成正比。

因此，在跳汰过程中，尽量减小矿粒与介质之间的相对运动速度是至关重要的；

（2）介质的运动状态（速度和加速度）对矿粒的运动或者说对床层的分层有重要影响。

因此，只要选择恰当的水速及加速度为按密度分层创造有利的条件。

三、跳汰过程中垂直交变水流的运动特性

（一）跳汰机内垂直交变水流的运动特性

或

（2-5-8）

当

或

时，活塞的瞬时速度为最小，

;

当

时，活塞的瞬时速度达到最大值，即

m/s

活塞运动的加速度，可由式（2-5-8）的一阶导数求出，即

（2-5-9）

经时间t，活塞的行程h可由水速对时间的积分求出，即

（2-5-10）

跳汰室内水速速度u、加速度

及行程s（波高）分别为

（2-5-11）

（2-5-11）

（2-5-11）

（二）水流运动特性对床层松散与分层的作用

为了便于分析问题，现以正弦跳汰周期为例，并将该跳汰周期分为t1、t2、t3、t4四个阶段（如图2-5-5）所示。

分别讨论跳汰周期的各阶段中水流和床层运动及变化的特点，来考察松散及分层过程。

第Ⅰ个阶段——水流加速上升时期或称上升初期

水流加速上升时期，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，为床层进一步的充分松散与分层，创造一个空间条件。

第Ⅱ个阶段——水流减速上升时期或称上升末期

水流在整个上升期间，所肩负的使命，是使床层尽快扩展松散，并使松散状态持续一段时间，为按密度分层提供足够的空间和时间。

因此，上升水流作用的时间（t1+t2）应尽量长些为宜，并且床层的松散过程，以先从床层上下两层扩展，故要求上升水流的运动特性，最理想的是开始短而速，尔后长而缓。

第Ⅲ个阶段——水流加速下降时期或称下降初期

在下降初期，应使水流加速度较小，t3时间宜长些为佳，即下降初期水流特点应是长而缓。

吸啜作用是必不可少的。

它既是按密度分层过程的延续，又是分层过程的补充。

为了加强吸啜作用，水流应是短而速。

顾及两方面要求，下降初期水流长而缓应适度。

第Ⅳ个阶段——水流减速下降时期或称下降末期

在下降末期，吸啜作用应加以适当控制。

水流在整个下降期间，它所肩负的任务，是使床层的松散时间尽可能延长让分层过程得以充分进行；但当分层完毕后，下降水流也应尽快停止，既可防止低密度物混入高密度物中去又可避免使床层过度紧密。

故整个下降水流，初期应适度长而缓，末期应尽量短而速。

原有跳汰周期一旦完结，应立即开始一个新的跳汰周期。

从上述跳汰周期特性对床层松散与分层的作用可以看出，活塞跳汰机水流运动特性，并非是理想的跳汰周期。

因为判断一个跳汰周期的水流特性是否合理，一般要从三个方面看，一是对床层的尽快松散是否有利；二是对按密度分层作用的效果；三是针对原料性质的特点，对吸啜作用的影响。

（三）几个典型跳汰周期的分析

1.活塞跳汰机的对称跳汰周期特性曲线

2.上升水速大、作用时间长的跳汰周期特性曲线

3.上升水速大于下降水速但作用时间相等的跳汰周期

4.上升水速大但作用时间短的不对称跳汰周期

5.上升水速较缓但作用时间较长的不对称跳汰周期

实践证明：

跳汰周期曲线形式是获得良好选别效果的重要因素之一。

合理的跳汰周期曲线应与被选物料性质相适应，使床层呈适宜的松散状态，颗粒主要借重力加速度差相对运动，这是选择跳汰周期曲线的基本原则。

4.5.3跳汰机

国内外采用各种类型的跳汰机,根据设备结构和水流运动方式不同,大致可以分为以下几种：

（1）活塞跳汰机；

（2）隔膜跳汰机；（3）空气脉动跳汰机；（4）动筛跳汰机。

活塞跳汰机是以活塞往复运动，给跳汰机一个垂直上升的脉动水流，它是跳汰机的最早型式。

现在基本上已被隔膜跳汰机和空气脉动跳汰机所取代。

隔膜跳汰机是用隔膜取代活塞的作用。

其传动装置多为偏心连杆机构，也有采用凸轮杠杆或液压传动装置的。

机器外形以矩形、梯形为多，近年来又出现了圆形。

按隔膜的安装位置不同，又可分为上动型（又称旁动型）、下动型和侧动型隔膜跳汰机，隔膜跳汰机主要用于金属矿选矿厂。

空气脉动跳汰机（亦称无活塞跳汰机），该跳汰机是借助压缩空气，推动水流作垂直交变运动。

按跳汰机空气室的位置不同，分为筛侧空气室（侧鼓式）和筛下空气室跳汰机。

该类型跳汰机主要用于选煤。

动筛跳汰机有机械动筛和人工动筛两种，手动已少用。

机械动筛是一种槽体中水流不脉动，直接靠板上的物料造成周期性地松散。

目前为大型选煤厂尤其是高寒缺水地区选煤厂的块煤排矸提供了有效设备。

下面根据使用范围，区分为选煤用跳汰机和选矿用跳汰机两大类。

一、选煤用跳汰机

（一）筛侧空气室跳汰机（鲍姆式跳汰机）

据其结构与用途筛侧空气室跳汰机可分为不分级煤用跳汰机、块煤跳汰机和末煤跳汰机三种。

筛侧空气室跳汰机的基本结构如图2-5-7所示。

1.跳汰机的机体

跳汰机的机体是承受跳汰机全部重量和脉动水流产生的动负荷。

1）机体的段数和隔室

2）机体的形状

3）空气室与跳汰室宽度的比例

空气室的宽度与跳汰室的宽度之比值（即冲程系数）：

块煤跳汰机约为0.7~1.0，末煤跳汰机和混合入选跳汰机约为0.45~0.8。

国外把跳汰机的背靠背或面对面地合并制造成双室跳汰机。

如图2-5-9所示。

2.跳汰机筛板

1）筛板的型式

2）筛板的倾角

3）筛孔尺寸

表2-5-2筛板的孔径和倾角

3.风阀

1）滑动风阀（即立式风阀）

2）旋转风阀（即卧式风阀）

3）电磁风阀

（1）气路系统。

包括高压风管至气缸的气动管路；

（2）数控装置。

通过控制电磁阀的通、断电时间，实现大范围内无极调节频率与跳汰周期特性；

（3）进、排气阀。

进、排气阀由气缸和阀盖组成

4.跳汰机排料装置

1）轻产物溢流堰排料装置

2）重产物筛上排料装置

（1）排料装置：

（2）排料机构型式

3）透筛排料

4）排料装置自动化

（1）浮标装置

（2）测压管装置

（3）放射性同位素装置：

筛侧式空气室跳汰机

国产筛侧式空气室无活塞跳汰机有WT、LTW和LTG三种系列。

WT系列有块煤跳汰机（WT—8K、WT—10K）和末煤跳汰机（WT—10MWT—16M）各两种，末煤跳汰机也可用作不分级煤（50~0mm）混合入选用。

LTW系列中有LTW—M12.6和LTW—15两种型号，都是末煤跳汰机。

LTG系列目前只有一种LTW—15型，是混合入选的跳汰机。

LTW—15型筛侧空气室跳汰机的机体为半圆型（图2-5-23）。

机身分为第一段和第二段，排料装置采用测压管自动排料装置，通过可控硅直流调速装置调节、驱动排料轮电机，改变转数调节排料量。

用垂直闸板控制重产物床层的厚度。

（二）筛下空气室跳汰机

筛下空气室跳汰机，除了把空气室移到筛板下面以外，其它部分与筛侧空气室跳汰机结构基本相同。

它的工作原理也是压缩空气经风阀控制，交替地压入和排出筛板下面的空气室，使其中水位交替地下降和上升，从而形成穿过筛板的脉动水流。

所产生的脉动水流特性，实测结果与一般筛侧空气室跳汰机的典型特性相似。

LTX系列跳汰机是我国自行设计制造的筛下空气室跳汰机，这个系列共有七种规格。

目前生产使用的主要有LTX-8型、LTX-14型、LTX-35型和SKT系列等几种。

筛下空气室跳汰机与筛侧空气室跳汰机相比较，具有以下几个特点：

（1）筛下空气室跳汰机的空气室在跳汰室筛下，结构紧凑、重量轻、占地面积小。

（2）筛下空气室跳汰机的空气室沿跳汰室的宽度布置，能使跳汰室内沿宽度各点的波高相同，有利于物料均匀分选，适于跳汰机大型化。

这是筛下空气室跳汰机的主要优点。

（3）筛下空气室跳汰机的空气室的面积为跳汰室的面积的二分之一，即空气室内水面脉动高度为200mm时，跳汰室水面脉动高度为100mm。

（4）筛下空气室跳汰机的脉动水流没有横向冲动力。

由于筛下空气跳汰机的空气室水位比筛面水位低，而且空气室内有0.021MPa的空气余压，压缩空气推动液面运动，比筛侧空气室跳汰机要多克服一段静压头和空气余压，所以压缩空气的风压比一般筛侧空气室跳汰机所要求的为高，大约是0.025~0.035MPa。

筛下空气室跳汰机和筛侧空气室跳汰机分选效果相近。

我国筛侧式跳汰机的不完善度I一般为0.2左右，邢台选煤厂使用筛下空气室跳汰机LTX-14型，跳汰机第一段I=0.127，第二段I=0.255，与筛侧式跳汰机效果相当。

（三）动筛跳汰机

1.动筛跳汰机的工作原理

2.液压传动动筛跳汰机

3.机械驱动动筛跳汰机

（四）国外跳汰机简介

1.筛侧空气室跳汰机

2.筛下空气室跳汰机

1）高桑跳汰机

图2-5-40两段三产品高桑跳汰机

2）德国巴达克跳汰机

图2-5-41巴达克跳汰机示意图

二、选矿用跳汰机

（一）上（旁）动型隔膜跳汰机

（二）下动型圆锥隔膜跳汰机

（三）侧动型隔膜跳汰机

（四）圆形跳汰机和复振跳汰机

4.5.4跳汰机的操作工艺与制度

影响跳汰过程的因素很多，主要有物料性质、机械结构、操作因素三大类。

对于一定的物料和跳汰机，确定合理的操作制度是获得良好分选效果的保证。

一、跳汰机的给料

二、跳汰频率和跳汰振幅

三、风量和水量

跳汰机配套的风机，我国设计部门推荐的用风量指标见表2-5-6。

通常侧鼓式跳汰机用的风压为0.018~0.025MPa；筛下空气室跳汰机用的风压为0.025~0.035MPa。

表2-5-6跳汰机的风量指标

四、风阀周期特性

表2-5-7分选各种粒度原煤的风阀周期

五、床层状态

六、产物的排放、分离