物体在离心力场中的运动规律.doc

物体在离心力场中的运动规律2.4.1物体在离心力场中的运动特点根据现有的重选理论，物体在介质中的运动速度Vo，是重选的主要依据。它直接影响分选效率及选矿设备的处理能力。因此任何能够提高物体在介质中运动速度，增加物体彼此之间在介质中运动速度差的措施，都将促使选矿设备分选效率及处理能力的提高。从前述几节的讨论可知，物体在介质中的沉降速度Vo，不但与物体本身性质、介质性质有关外，还与重力加速度g的0.51次方成正比。所以，不但改变介质的性质可以改善选矿过程，而且，若有可能，提高作用于物体上的重力加速度g，也是改善重选的有效途径。但在重力场中，重力加速度g几乎是一个不变的常数，因而是不可能的。从20世纪50年代起，人们开始研究在离心力场中进行的选矿过程(用离心力进行矿物分级及集尘的方法，在很早以前就已经采用了)。在离心力场中，入工造成的离心加速度比自然界中固有的重力加速度g大几十倍甚至几百倍。颗粒的质量力大为提高，因而显著地加速了微细颗粒的分选过程。生产中使矿浆作回转运动的方法基本与两种，一是矿浆在压力作用下沿切线给入圆形分选容器中，迫使其作回转运动。这样的回转流厚度常较大，例如水力旋流器。另一种是用回转的圆鼓带动矿浆作圆运动，矿浆呈流膜状同时相对于鼓壁流动，如卧式离心选矿机即是这样。在离心力场中选矿与在重力场中选矿并没有什么原则性的差别，不同的仅是作用于物体上并促使其运动的力是离心力而不是重力。在离心力场中，离心力的大小、作用方向以及加速度，在整个力场中的分布规律，都与重力场有所不同。例如，在重力场中，物体在整个运动期间，在介质中所受的重力Go及重力加速度go都是常数;在离心力场中则不然，离心力和离心加速度，是旋转半径及旋转速度的函数，而且一般说来，它们随着半径的增加而加大。离心力的作用方向是作用在垂直于旋转轴线的径向上，所以在离心选矿过程中，分选作用也是发生在径向上。此时，沿径向作用于物体上的力有:离心力与阻力，假如径向上有重力作用的话，则可忽略不计。2.4.2物体在离心力场中的径向速度2.4.3薄层回转流的流动特性和粒群按比重分层在离心机选矿过程中，矿浆由小直径端给到鼓壁上，在惯性离心力作用下，随即在鼓壁上呈流膜状流动，并借摩擦阻力带动趋于与转鼓同步运动。由于鼓壁沿轴向有坡降，故在离心力分力的作用下矿浆还向大直径端不停的流动，在流动摩阻与坡降损失达平衡时，流速不再增加，成为匀速流。目前所用的转鼓长度均不大，速度达到流动平衡前矿浆即已排出鼓外，实际上属于加速流动过程。由于轴向流速的增长幅度较低，脉动速度的增长也因之较小，相对于离心沉降速度的增长来说是变弱了。因此，随着离心加速度的增大，回收的粒度下限降低了。这足离心机能够有效收集微细粒级有用矿物的基本原因。随着颗粒在回转运动中惯性力的增大，颗粒间相接触、碰撞的作用力增强，反映在矿浆的视黏度上也要比在重力场中为大。故尽管流膜的轴向流速加快了，但由式(2-124)所表示的层流边层厚度仍可有较大数值，且该层内的速度梯度也会有所不同。由此，加快了分层过程，并维持粒群松散。另一方面，离心加速度的选择，是既要有足够层流边层厚度，又要有相当的速度梯度，以使床层能够松散并按密度发生分层。因此，离心加速度是不能随意增大的。利用离心力强化流膜选矿，可以大幅度地提高设备单位面积处理能力并降低粒度回收的下限。存在的主要问题是分选精确性不高，富矿比低，故适合于在粗选作业中使用。小结(1)垂直的沉降是重选中矿粒运动的重要形式。矿粒因本身的密度、粒度和形状不同及介质的性质(密度、黏度)不同而有不同的沉降速度。这种差异归根结底是由介质的浮力和颗粒在介质中运动受到的阻力所引起。(2)矿粒的沉降速度，根据介质绕流流态的不同可采用斯托克斯公式、牛顿一雷廷智公式、阿连公式等计算。(3)由于颗粒的沉降末速与颗粒的密度、粒度和形状有关，因而存同一介质内，密度、粒度和形状不同的颗粒，在一定条件下，可以有相同的沉降速度。具有同一沉降速度的颗粒称为等降颗粒。其中，密度小的颗粒粒度(d,1)与密度大的颗粒粒度(。)之比称为等降比。等佯比叫JT异翁式可由沉降末速的通式或斯托克斯、牛顿、阿连等公式推导出。等降现象在重选中具有重要意义。(4)物体在于涉下沉时所受的阻力R姑以及干涉沉降速度u地，不仅是物体及介质性质的函数，而且也是沉降空间的大小或周围粒群浓度的函数。矿粒群的干涉沉降末速等于松散度口的刀次方与矿粒的自由沉降末速红的乘积。干涉沉降等降比始终大于自由沉降等降比，且可随容积浓度的增大而增大，这对按密度分层是有影响的。(5)跳汰选矿过程的水流运动特性是一种垂直交变水流，是一种非定常流运动。在跳汰机中水流运动包括两部分:垂直升降的变速脉动水流和水平流。前者是矿粒在跳汰机中按密度分层的主要动力，后者主要作用是运输物料但对矿粒分层也有影响。重要的跳汰选矿原理有位能学说和动力学学说，各种跳汰理论，都从不同角度揭示了跳汰机中物料分层的情况，都有自己的优缺点。但是，都没能给出计算工艺结果，特别是预测结果的数学工具及其因数关系。有关跳汰理论的研究，应当集中在找出一条能把各种理论统一起来的途径。最终能比较客观地解决跳汰机的结构设计和正确地选择主要工艺参数以及水动力学参数等问题。(6)斜面流选矿是一种重要的重选方法。斜面流和垂直流一样，也是一种松散床层。水流的流动特性对矿石的松散、分层影响，是研究斜面流选矿的基础。斜面水流的流态有两种:层流和紊流。矿粒在斜面流中松散、分层，是在重力、水流作用力和摩擦力的综合作用下进行的。矿粒在粒度和形状上的差异，将影响其按密度分选的结果。研究矿粒在斜面流中沿水深分布的规律，以及它们沿槽底的运动速度，对研究矿粒在斜面流中的分选过程，具有十分重要的意义。(7)在离心力场中选矿与在重力场中选矿，并没有什么原则性的差别，不同仅是f作用干物体上并促使