超重力选矿技术及其发展.docx

超重力选矿技术及其发展学院专业班级姓名学号超重力选矿技术及其发展XXX（XXXX大学 化学与化工学院 矿物加工0901班 09150301XX）摘要 介绍了超重力选矿技术及其基本原理，分别以水力旋流器和三产品重介质旋流器为例，根据两种选矿设备的组成结构、工作原理、工作特点等，介绍了超重力工程技术在选矿作业中的应用以及当前技术条件下所存在的问题和研究的方向。展望了该项技术发展应用的广阔前景。关键字 超重力；选矿；旋流器；重介质中图分类号：TD925 文献标识码：ASuper gravity separation technology and its developmentChang Jian-hua(Xian university of science and technology, Chemistry and chemical engineering institute, Mineral processing project class0901)Abstract Introduces the Super gravity separation technology and its basic principle, respectively to hydrocyclone and heavy medium three products hydrocyclone machine as an example, according to two kinds of processing equipment composition structure, working principle, working characteristics, this paper introduces the engineering technology in beneficiation gravity and application of the technology conditions of the existing problems and the direction of the research. Looking to the technical application prospect of development.Keywords Super gravity; mineral separation； Cyclone; Heavy medium一、超重力技术以及基本原理超重力指的是在比地球重力加速度(9.8 ms2)大得多的环境下，物质所受到的力(包括引力或排斥力)。超重力技术基本原理是：在重力加速度g0时，两相接触过程的动力因素，即浮力因子g0时，两相间不会因密度差而产生相间流动，此时分子间力(如表面张力)将会起主要作用。液体团聚至表面积最小的状态而不得伸展，相间传递失去两相充分接触的前提条件，使相间传递作用越来越弱，分离无法进行。反之，g越大，g越大，流体相对速度也越大，巨大的剪切力不但克服了表面张力，且使得相间接触面积增大，导致相间传递过程极大加强。超重力技术正是通过高速旋转，利用离心力来增大g，从而增大g达到强化相间传递过程的效果 1。超重力工程技术是强化多相流传递及反应过程的新技术。其基本原理是利用超重力条件下多相流体系的独特流动行为,强化相与相之间的相对速度和相互接触,从而实现高效的传质传热过程和化学反应过程。获取超重力的方式主要是通过转动设备整体或部件形成离心力场,涉及的多相流体系主要包括气-固体系、气-液体系以及固-液体系。二、超重力选矿技术应用与发展因为以超重力技术为核心的选矿设备具有广泛适用性以及具有传统设备所不具有的体积小、重量轻、能耗低、易运转、易维修、安全、可靠、灵活以及更能适应环境等优点,使得其在矿物洗选加工方面逐渐形成广泛的应用和广阔的发展前景。在矿物洗选加工作业中超重力选矿设备主要有水力旋流器、分级旋流器以及重介质旋流器等。本文以水力旋流器、重介质旋流器为例，介绍超重力技术在选矿中的应用以及发展趋势。2.1 水力旋流器水力旋流器早在1891年就已经发明，进入20世纪，因为其特殊的超重力(离心力一般是重力的几百倍)工作原理，具有结构简单、占地面积小、处理能力大、处理速度快(一般作业完成只需要几秒钟的时间)、投资省等特点，适合具有密度、粒度差异物料群的分级、分选，从而被引入很多的相关行业用于料浆的浓缩与澄清、颗粒的分级、脱泥与脱药、液体的除杂等作业 2。近年来，水力旋流器在矿山的应用领域又有了很大的进展，已经在以微细粒级为主的尾矿处理工艺环节不断得到成功使用，高效简洁，效果显著。2.1.1 水力旋流器工作原理 3水力分级旋流器结构如图1所示，旋流器主体由圆筒和圆锥两部分连接组成。在圆筒壁上沿切线方向装设给料管，顶部设溢流管，圆锥下部设置底流口。当矿浆以一定压力切线给入旋流器时，在旋流器内形成旋流力场，受离心力的作用，粗颗粒物料被甩向器壁，并沿器壁螺旋向下运动，最终由底流口排出；细颗粒物料的运动主要受流体支配，先是在锥体中心外侧向下运动，到达下部时与位于锥体中央的上升流混合，上行至溢流口排出。溢流以细粒级为主(低浓度物)，底流以粗粒级为主(高浓度物)，从而实现粗细颗粒的分级、浓缩。2.1.2 旋流分级的特点 4(1)旋流分级是一项现代分级技术，旋流器与机械分级机相比，设备构造简单，无运转部件。(2)旋流器配置简单、方便，矿浆处理能力大，设备占地面积小。(3)作为细粒分级设备，旋流器的分级效率及分离精度远高于机械分级机。(4)可以处理高浓度矿浆，得到浓度较高的沉砂和溢流产品，且分级范围较宽。由于以上特点，近年来水力旋流器在矿业行业得到了广泛的应用。但是，由于旋流器是利用离心力进行分级(包括脱泥、浓缩)的设备，因此，旋流器的磨损较快，尤其是其给矿口和沉砂口。随着耐磨新材料的快速发展，旋流器的耐磨问题得到了较好的解决，为旋流器的推广应用奠定了良好的基础。2.1.3 水力旋流器存在的问题水力分级旋流器虽然在选煤厂得到了广泛应用，但它的处理能力及使用效果与入料压力、浓度、粒度及旋流器自身的结构特点(直径、锥比、底流口、溢流口、中心管等)等诸多因素有关。在生产实践中，分级旋流器常存在以下问题：(1)浓缩、分级效果差，影响后续作业的效果。主要表现为底流浓度低，溢流中有大颗粒物料；底流浓度高，溢流中跑粗颗粒；底流浓度高，溢流中颗粒较少等。(2)分级粒度不稳定，难以断定确切的分级粒度。(3)外界条件变化时，处理量波动较大，不便于设备选型 5。2.1.4水力旋流器的研究方向基于上述水力旋流器存在的问题，为了更好地发挥分级旋流器的分级作用，应重点加强以下方面的发展：(1)同样结构参数的设备，入料浓度和粒度对旋流器的处理能力影响较大。应通过实验和生产实践，研究如何比较准确地判断不同的入料浓度和入料粒度条件下旋流器的处理能力。(2)在入料浓度和粒度确定的前提下，研究不同旋流器的直径、锥比、底流口、溢流口、中心管等参数对设备的处理能力、分级粒度以及使用效果的具体影响情况。(3)对于不同直径的旋流器，判定入料压力对分级粒度及使用效果的影响。(4)对多台设备并联的连接方式及安装布置形式做创新性研究，力求找到一套先进可靠的设备组装及布置方案 5。2.2 重介质旋流器 6随着采矿机械化程度的提高、开采深度的加深，以及用户对精矿质量要求的提高，使原矿的质量变坏，细粒物料的比例相对增加，矿物的可选性变差。矿粒在重悬浮液中完成分选过程所用的设备称为重介质分选机。目前，工业生产中所使用的旋转介质分选设备主要是借助离心力场强化分选过程，称为重介质旋流器。重介质旋流器是一种结构简单、无运动部件和分选效率高的选煤设备，该设备早已在国内外获得了广泛使用。其原因是它结构简单、单位处理量大、分选效率高。适合处理难选煤或极难选煤。尤其对于细粒物料，有效分选粒度下限可达0.1mm0.2mm 7，这是其他任何重力分选设备难以相比的,所以对细粒重介质旋流器的应用日趋广泛。在选煤技术中，重介质旋流器选煤工艺是一种效率很高的分选方法。也是国内外选煤技术的发展方向。2.2.1重介质旋流器工作原理以WTMCl300920型无压给料三产品重介质旋流器为例：WTMCl300920型旋流器由两段组成，如图1所示 8。一段由分选室、给煤管、给介管、溢流管、底流管等组成，二段由分选室、入料管、底流口等组成。旋流器的主要技术参数见表1。分选原理：介质以一定的压力由给介管以切线方向给入一段旋流器，在入口压力作用下，在分选筒内产生离心力场，并形成向下的内螺旋流。在离心力作用下，入料按不同密度沿旋流器中心到器壁迅速分层，小于分选密度的物料向中心聚集，并随内螺旋流进入溢流口，大于分选密度的物料穿过分选密度界面向器壁运动，随外螺旋流经过一段底流口进入二段旋流器。重悬浮液在离心力及外螺旋流的推挤作用下，沿圆筒器壁向给煤口方向移动，产生浓缩现象和分级作用，使进入二段旋流器的悬浮液密度升高，提高了二段分选密度，从而有效地对中间产物进行再选，分选出中煤和矸石。 62.2.2 重介质旋流器的特点重介质旋流器是一种利用强于重力几十倍甚至几百倍的离心力场选煤的分选机。其分选过程完全是靠自身的结构参数与外部操作参数的灵活配合来实现最佳分选精度，这是旋流器选煤与其他选煤方法截然不同的突出特征 9。重介质选煤的特点是：(1)分选效率高。重介质旋流器的分选效率在各种重力选煤方法中是最高的。(2)分选密度调节范围宽。重介质选煤的分选密度一般为l300 kg/m32200 kg/m3，而且易于调节，其误差可保持在0.5 10范围之内。(3)适应性强，分选粒度范围宽。重介质选煤在入选原煤的粒度、数量和质量上允许有较大的波动。(4)生产过程易于实现自动化。重介质选煤所用悬浮液的密度、液位、黏度、磁性物含量等工艺参数能实现自动控制。2.2.3重介质旋流器存在的问题在以大型无压给料三产品重介质旋流器为主选设备的重介质选煤工艺与设备方面，还存在需进一步研究的方向，主要体现在：(1)由于使用一个密度的介质实现宽级别(800 mm)分选，因此分选效率还不够理想，数量效率一般在95以下 11。(2)重介质选煤工艺的煤泥重介仅入选了约50 的煤泥 12，其他的煤泥仍要进入浮选；而且煤泥重介的介质密度无法调节，影响了煤泥的分选效果。因此，应当进一步完善粗煤泥重介选工艺，使全部粗煤泥都能经过小直径旋流器精选。(3)大型无压给料三产品重介质旋流器的入介压力较大，入介压力大则功耗就大，同时磨损也快。因此，应当解决大型重介质旋流器的耐磨和电耗问题。 13(4) 由于脱介筛等设备的面积大， 因此厂房体积大，实际生产中的介耗和功耗也大，导致基建投资和生产费用过高。故需探讨进一步降低基建投资与生产费用的途径和方法。(5)需对主要设备进行大型化、系列化和提高可靠性的研究。2.2.4重介质旋流器的发展方向重介质旋流器的研究正朝着设备的大型化进行。现在已经研究出大直径的三产品重介质无压旋流器。随着设备的放大、研究的进一步深化，必然涉及很多参数的改变。在重介质选煤过程中，重介质悬浮液工艺参数（密度、流量、粘度和煤泥含量）的变化对分选效果有显著的影响，如密度的波动直接影响产品的质量，煤泥含量的增加会导致粘度的增加，使分选效果变坏 14。因而，实现对重介质悬浮液参数变化进行快速准确地检测和稳定控制是十分重要的，对改善产品质量、提高分选效率和选煤厂的经济效益具有显著的作用在重介质选煤过程自动控制系统中，主要的被控参数是合格介质悬浮液的密度和煤泥含量，有时还包括介质桶的液位，这些参数的控制具有相关性，以往国内外研制的重介质选煤过程自动控制系统均是按单变量控制系统的设计思想而设计的，控制器几乎都是采用调节器 15。这种控制系统在实际应用中反映出明显的不足，主要体现在密度控制回路的动态性能和稳定性不理想，有时甚至使系统出现振荡或失控现象，因而，不能满足越来越高的控制精度要求，为了设计出合理的控制方案，就必须对重介选煤工艺过程的数学模型及其特征加以理论研究和实验分析，而这方面的研究工作正是目前国内外所缺乏的 16。还有优先发展细料煤重介质分选设备，合理延伸重选下限能够降低分选成本，提高精煤产率和提升产品质量，也是重介质旋流器研究和发展的方向。今后的研究也一定会朝着使设备更加完善和先进的方向进行。参考文献：1. 杨致芬，郭春绒. 超重力技术研究进展J. 2008.2. 王显军. 金属矿选矿厂尾矿处理应用水力旋流器的实践J. 2006.3. 谢广元选矿学M徐州：中国矿业大学出版社，2010. 131135.4. 边荣岭. 旋流器在选矿流程中的几种配置方式及选择时的工艺要求J. 2006.5. 谢登峰. 水利分级旋流器在我国选煤厂中的应用范围及研究方向J. 2009.6. 谢广元选矿学M徐州：中国矿业大学出版社，2001. 160174.7. 欧泽深，张文军重介质选煤技术M徐州：中国矿业大学出版社，2006.8. 许政. 大型无压给料三产品重介质旋流器在选煤厂的应用J. 2009.9. 张波. 重介质分选旋流器的研究现状和发展J. 2010.10. 焦红光，谌伦建，铁占续. 细粒煤重选设备的技术现状与分析J. 2006.11.