第2篇+筛分、破碎与磨矿+(NXPowerLite).ppt

选矿学第二篇筛分、破碎与磨矿贵州大学矿业学院庹必阳讲师,绪论,自然界蕴藏着极为丰富的矿产资源。选矿就是利用矿物的物理或物理化学性质的差异，借助各种选矿设备将矿石中的有用矿物与脉石矿物分离，并达到使有用矿物相对富集的过程。选矿学是研究矿物分选的学问，是一门分离、富集、综合利用矿产资源的技术科学。,众所周知，地壳是由岩石组成的，而岩石是矿物的集合体。矿物就是在地壳中由于自然的物理化学作用或生物作用所生成的具有固定化学成分和物理性质的天然化合物或自然元素矿物的种类繁多，在众多的矿物中，能为人类利用的称有用矿物在当前的技术经济条件下，人们能够将含有一有用矿物的岩石中的某些组分加以富集并利用，这类岩石就称为矿石,在矿石中.除有用矿物外还含有目前无法富集或尚不能利用的一些矿物这些无用的矿物称为脉石。,根据不同的矿石类型和对选矿产品的要求，在实践中可采用不同的选矿方法。常用的选矿方法有重选法、磁选法、电选法和浮选法其中浮选法应用最广。重选法广泛地应用于黑色、有色、稀有金属和煤的分选；磁选法多用于黑色金属和稀有金属的分选，也可用于从非金属矿物原料中除去含铁杂质，还可用于净化生产、生活用水以及重介质选煤中磁铁矿的回收；电选法用于有色金属矿石和稀有金属矿石、黑色金属(铁、锰、铬)矿石的分选，还用于非金属矿石(如煤粉、金刚石、石墨、石棉、高岭土和滑石等)的分选。除上述常用的四种选矿方法外，还有光电选矿法、化学选矿法及其他特殊选矿法。各种选矿方法有时单独使用，有时是几种方法的联合应用。,矿石的选矿处理过程是在选矿厂(选煤厂)中完成的。不论选矿厂(选煤厂)的规模大小，一般都包括以下三个最基本的工艺过程：矿石分选前的准备作业包括原矿(原煤)的破碎、筛分、磨矿、分级等工序本过程的目的是使有用矿物与脉石矿物单体分离，使各种有用矿物相互间单体解离，此外这一过程还为下一步的选矿分离创造适宜的条件。分选作业。借助于重选、磁选、电选、浮选和其他选矿方法将有用矿物同脉石分离，并使有用矿物相互分离获得最终选矿产品(精矿、尾矿、有时还产出中矿)。加选后产品的处理作业。包括各种精矿、尾矿产品的脱水，细粒物料的沉淀浓缩、过滤、干燥和洗水澄清循环复用等。,1选矿常用的工艺指标品位是指产品中金属或有用成分的质量与该产品质量之比，常用百分数表示。通常用a表示原矿品位；表示精矿品位；表示尾矿品位。产率产品质量与原矿质量之比，叫该产品的产率，通常以表示。回收率精矿中有用成分的质量与原矿中该有用成分质量之比，称为回收率，常用表示。回收率可用下式计算：式中：回收率，%；a原矿品位，%；精矿品位，%；精矿产率，%。,有用成分回收率是评定分选过程(或作业)效率的一个重要指标。回收率越高表示选矿过程(或作业)回收的有用成分越多所以选矿过程中应在保证精矿质量的前提下，力求提高有用成分回收率。选矿比原矿质量与精矿质量的比值用它可以确定获得1t精矿所需处理原矿石的吨数。常以K表示。富矿比(或富集比)一一精矿品位与原矿品位的比值，常用E表示，E=/a，它表示精矿中有用成分的含量比原矿中该有用成分含量增加的倍数，即选矿过程中有用成分的富集程度。,第一章碎散物料的粒度组成与粒度分析,1.1粒度及粒度分析1.1.1粒度及其表示方法,破碎筛分、磨碎分级与分选加工的物料均是碎散物料群体，构成该群体的颗粒大小不一，形状各异在技术丘通常引入“粒度”、“粒级”、“粒度组成”及“平均粒度”等概念来描述它们的特性粒度特性.粒度-描述单一颗粒大小的尺寸称为粒度。球形或立方体颗粒的粒度即为直径或边长；对于外形不规则的颗粒，其粒度以三维尺寸(长a、宽b、厚c)的算术平均值d=(a十bc)/3或几何平均值表示。,平均粒度描述物料群的粒度称为平均粒度。对d1/d2的粒级，即粒度范围较窄的物料群，其平均粒度d=(dl+d2)/2；对于粒度范围较宽的物料群，通常有数个粒级，要用统计学上求平均值的方法计算其加权算术平均粒度ds，或加权几何平均粒度dj，或加权调和平均粒度dt：式中，i是平均粒度为di的粒级占物料总量的质量百分率。注:,1.1.2粒度分析方法粒度分析是一种技术操作它的任务是测定碎散物料的粒度特性。粒度分析方法有多种，选矿工程中常用的有以下三种：1)筛分分析法此法是利用筛孔大小不同的一系列筛子对散料筛分，n层筛子可把物料分成(n+1)个粒级，各粒级的上、下限粒度通常就取相应筛子的筛孔尺寸。筛分分析法广泛用于测定0.04100mm散粒的粒度组成，更大粒度的物料也可编制更大筛孔的筛子，但对于小粒度的物料，一是制作相应筛孔的筛子较困难，二是很难筛得充分。一般干筛的分级粒度最小至0.1mm。0.04100mm物料须用湿筛。筛分分析法的特点是设备简单，易于操作，但筛析结果受颗粒形状和筛分时间的影响较大。,2)水力沉降分析法此法是利用水力分析装置，根据不同粒度的颗粒在水介质中沉降速度不同而分成若于粒级。该法适用于测定l75m细粒物料的粒度组成，其特点是不像筛分分析法那样严格按颗粒几何尺寸分级，而是按沉降速度分级。因水力沉降过程受颗粒密度和形状的影响，密度大的小颗粒与密度小的大颗粒有可能进入同一个粒级。3)显微镜分析法此法是利用显微镜观察微细颗粒的大小和形状，适用于0.1-50m的物料，可检查分选产品或校正水力沉降分析结果，也可研究矿石的结构其主要特点是直观。在选煤生产和选煤研究中，应用最广泛的是筛分分析法,1.2筛分分析1.2.1筛分工具1.标准筛标准筛是一套筛孔尺寸大小有一定比例的、筛孔边长及筛丝直径均按有关标准制造的筛子使用时将各个筛子按筛孔大小从上至下顺序叠放，上层筛孔大，下层筛孔小各筛子所处的层位次序称为筛序。每两个相邻筛子筛孔尺寸的比值称为筛比。有的标准筛确定一系列筛子中的某个筛子作为基准筛，简称基筛标准筛都有筛底和筛盖，分另别用以收集筛下产品和防止物料溅失。,2.非标准筛非标准筛并非是随意制作的筛子，对某些主要特征一般都作出规定。如煤炭工业规定筛孔尺寸依次为100mm、50mm、25mm、13mm、6mm、3mm、0.5mm，必要时可以增减筛孔尺寸。很显然，标准筛是用于细物料的筛分，而非标准筛是用于粗物料的筛分。另外，标准筛的筛框为较小的圆形金属框，筛面由铜、不锈钢、尼龙等丝线编织而成，非标准筛的筛框为较大的长方形木质框(也可用薄钢板焊接)，筛面由低碳钢丝编织而成或用薄钢板冲孔而成。非标准筛的操作通常由人工进行，从粗孔到细孔逐个使用筛子，当试料中粗粒不多时，宜先用中等筛孔的筛子，然后分别从中孔到粗孔和从中孔到细孔逐个使用筛子。,1.2.2筛分试验筛分试验按筛分物料粒度的大小分为大筛分与小筛分，大筛分使用非标准筛，小筛分使用标准筛；按筛分时是否使用水介质促进筛分的进行又分为干筛与湿筛。因大粒度物料容易筛分，当试料水分与含泥量较大时，可以先晾晒，因此，大筛分一般采用干筛。对于小筛分，当试料水分与含泥量较小目要求不甚严格时，可采用干筛，否则宜采用湿筛。当然湿筛需要辅以脱水及干燥作业对于湿筛，通常是将单个的标准筛固定在高频电磁振动器上，手持振动器将筛子置于水盆中筛分。,1.3粒度特性曲线和粒度特性方程式1.3.1粒度特性曲线,粒度分析的结果除用表格表示外，还可用曲线表示，称为粒度特性曲线，或粒度分析曲线，它是以散料粒度组成表为依据绘制的，曲线的横坐标代表粒度，纵坐标代表产率若纵坐标为粒级产率，则称为部分粒度特性曲线；若纵坐标为累积产率，则称为累积粒度特性曲线、如图1-1-1、图1-1-2所示。与部分粒度特性曲线相比，累积粒度特性曲线在生产考查和流程计算上获得了更为广泛的应用，它具有如下特点：,1)正、负累积粒度特性曲线是互相对称的，若绘在一张图纸上，必交于物料产率为50的点上。2)正累积粒度特性曲线必交于纵坐标轴上物料产率为100%的点；负累积粒度特性曲线必交于纵坐标轴上物料产率为0的点(坐标原点)。,累积粒度特性曲线有如下用途：可确定任何指定粒度的相应累积产率；或由指定的累积产率查得相应的粒度。可求出仟粒级(d1-d2)的产率，它等于粒度dl及d2所对应的纵坐标的差值。由曲线的形状可大致判断物料的粒度组成情况。对于正累积的粒度特性曲线，若曲线向左下角凹进，表明物料中细粒级含量多；若曲线向右上角凸起，说明粗粒级含量多；若曲线近似直线，则表示粗、细粒度分布均匀。,图1-1-3是根据表1-1-3绘制的半对数累积粒度特性曲线，因处，故曲线的左端不能画到粒度为零处。图1-1-4是根据表1-1-3绘制的全对数负累积粒度特性曲线，因纵坐标也采用了取对数处理，曲线已直线化了，这样便于求出该直线的斜率和截距，进而将曲线用数学方程式表示出来，借此确定颗粒粒度在物料中的分布规律。,1.3.2粒度特性方程式粒度特性方程式是研究表述物料群粒度特性的另一种方法，它是由筛分试验所得数据，经数学方法推理得到的经验公式。1高登一安德列耶夫舒曼公式(1-1-1)式中Y负累积产率；X与产率Y对应的物料粒度；Xmax一一最大物料粒度，对一定的物料，Xmax是常数；K与物料性质有关的参数，对一定的物料，K是常数一般破碎产物的K值常介于0.7-1.0之间。式(1-1-l)表明了物料粒度X与负累积产率Y的函数关系，在X的定义域(0，Xmax)内，给定一个X便可求出对应的Y值。颚式破碎机和圆锥破碎机的产物，其粒度在0至破碎机排料口宽度(Xmax)的范围内，相应的产率Xmax基本卜符合式(1-1-1)。,第2章筛分及筛分机械2.1概述2.1.1筛分的基本概念,碎散物料通过一层或数层筛面被分成不同粒级的过程称为筛分。在实验室或试验场地为完成粒度分析而进行的筛分称为试验筛分，在工厂或矿场为完成生产任务而进行的筛分称为工业筛分，本章的筛分是指工业筛分。筛分过程一般是连续的，筛分原料给到筛分机械(简称筛子)上以后，小于筛孔尺寸的物料透过筛孔，称为筛下产物；大于筛孔尺寸的物料从筛面上不断排出，称为筛上产物。在一定条件下，筛上产物中的最小粒度与筛下产物中的最大粒度，都近似等于筛面的筛孔尺寸，筛孔尺寸可简单地认为是筛分粒度。在单位时间内给到筛面上的原料的质量称为生产率，单位是t/h。但在选矿或选煤生产中，更习惯称之为处理量、处理能力或筛子负荷。若在筛分时使用了n个筛子(确切讲是n层筛面)，一般就可得到(n十l)个产物。在这种情况下，下一层筛分的筛下物就是下一层筛子的原料。有关筛序、筛面和粒级等概念已在第1章定义过，不再赘述。,2.1.2筛分作业的任务与分类,筛分作业广泛用于选矿厂、选煤厂、筛选厂等，同时也广泛用于建筑、化工、轻工业部门。按照应用目的和使用场合的不同，以及筛分作业在生产工艺中担负的任务不同。筛分作业可分为以下几种。1.独立筛分当筛分产品作为最终产品供给用户使用时，称为独立筛分，如煤、铁矿石和建筑石料的筛分。对于煤炭工业，独立筛分主要是指筛选厂生产不同粒级商结煤的筛分。商品煤的粒级要根据煤质、煤的粒度组成和用户要求，按国家有关煤炭粒度分级的规定来确定，供动力用煤的粒级见表1-2-1，,2.准备筛分当筛分是为分选作业提供不同粒级的入选矿物时，称为准备筛分，如重选及磁选前的矿物筛分。对于煤炭工业，各种选煤设备都应供给适宜粒级的原煤。过粗的大块不能分选，过细的微粒难以回收。另外，原煤粒度对分选效果也有很大影响，各种选煤方法的分选粒度范围见表l-2-2。,3.预先筛分与检查筛分当筛分作业和破碎作业配合进行时称为辅助筛分。若用在破碎前把合格粒级预先筛出叫预先筛分：若用在破碎后以控制破碎产品的粒度则叫检查筛分。预先筛分有时也称为准备筛分。许多情况下，一个筛分作业能同时起预先筛分和检查筛分的作用，如图1-2-1所示,4.脱水筛分将伴有大量水的碎散物料(如渣浆、泥浆、矿浆等)作为筛分原料，以脱除其中液相为目的的筛分称为脱水筛分。例如湿法选矿或选煤生产，都需要在水介质中进行，精、尾矿(煤)中含有大量的水，脱水筛分一方面可以提高产品质量，便于贮存和运输，减少运输量及解决高寒地区冬季装、卸车的困难，另一方面可以回收水，以便循环使用。,5.脱泥筛分与脱介筛分为达到一定的工艺目的，将碎散物料或伴水的碎散物料作为筛分原料，脱除其中细粒的筛分，称为脱泥筛分或脱介筛分。例如，在重介质选煤时，为了减轻煤泥对介质系统的污染，在煤进入重介质分选机前所进行的脱泥筛分；在跳汰选煤时，为犷降低洗水粘度，提高细粒煤的分选效率，在煤进入跳汰机前的脱泥筛分；为了减少高灰细泥对重介质或跳汰精煤的污染所进行的脱泥筛分；在重介质选煤时，为了回收细粒状的重介质(一200网目)所进行的脱介筛分。在很多情况下，脱水、脱泥和脱介筛分的工艺作用是兼而有之的，而筛分作业却只有个为了使筛分更加充分，应经常向筛面上施加喷淋水冲洗。用于脱水、脱泥、脱介的筛分机，在工艺上常称为脱水筛、脱泥筛、脱介筛。,6.选择性筛分通常，筛分是将碎散物料按几何尺寸(粒度)进行分离的，但在某些情况下，筛分可将散料按质量分离，如选矿或选煤生产中按品位或灰分分离，这种筛分称为选择性筛分。例如，一些铁精矿再磨循环中的细粒筛分就有选择性筛分的作用，通过细筛能提高铁精矿品位；在以含黄铁矿一为主的高硫煤中，硫分大部分集中在大块煤内，通过筛分可将硫分除去；在某些煤矿，块煤灰分与末煤灰分不同，通过筛分可降低某一筛分产品的灰分；很多种煤块的脆性比混杂其中的矸石块脆性大，用滚筒碎选机边破碎边筛分，就能使低灰分的筛下物和高灰分的筛上物分离。,2.1.3筛分机械的类型及其主要特点,筛分机械俗称筛子筛子的种类繁多，一般按筛面的结构形式和运动形式，将其分为以下七种类型。1固定筛2滚筒筛3振动筛4其他筛分机,2.2筛分过程碎散物料的筛分过程，可以看做由两个阶段组成：一是小于筛孔尺寸的细颗粒通过粗颗粒所组成的物料层到达筛面，简称穿层或分层；二是细颗粒透过筛孔成为筛下物，简称透筛，同时粗颗粒也排出筛面成为筛上物。为此，物料和筛面之间必须存在相对运动，使粗粒层经常处于松散状态，便于细颗粒穿过粗颗粒之间的空隙，促使细颗粒透筛。同时对筛面上的物料层必须有一定的输送能力。筛分过程本是一个由颗粒群体参与的错综复杂过程，但是为了便于分析问题，经常以单个颗粒为研究对象来分析其透筛过程,2.2.1颗粒透筛的概率,假定直径为d的单个球形颗粒在重力作用下向水平布置的筛面自由落下，筛丝直径为a，方形筛孔的边长为L(Ld),如图1-2-3所示。,如果颗粒能够透过筛孔，则必须是球形颗粒的中心位于图中的阴影面积(L-d)2之内，否则，它将碰到筛丝被弹回。而整个过程(可称为事件A)发生在面积(L+a)2之内。不难想像，颗粒透过筛孔的概率P(A)(又称或然率)与面积(L-d)2成正比，与面积(L+a)2成反比，即：(l-2-1),2.2.2倾斜筛面的筛分粒度,相对水平面倾斜安装的筛面称为倾斜筛面，筛面与水平面的夹角称为筛面倾角。倾角的大小与筛子的生产率和筛分效率有密切的关系，倾角大，料层在筛面上向前运动的速度就快，生产率就大；但这样使物料在筛面上停留的时间缩短，减少了颗粒透筛机会，降低了筛分效果。,2.2.3颗粒平行于筛面运动时的速度,颗粒平行于筛面运动时的速度是指相对速度。产生这种相对速度的缘由可能是物料运动而筛面不动，如固定筛；也可能是物料不怎么运动而主要是筛面运动，如滚筒筛和摇动筛。,2.2.4筛分顺序,碎散物料筛分产物的级别超过两种时，分出物料的顺序由筛面的安装位置来决定。筛分流程可以分为：由粗到细的流程，由细到粗的流程以及联合流程。这种流程的优点是：1)筛面的磨损较小，虽然全部物料及其中的最大块加到筛孔最大的筛面上，但这个筛面往往由钢棒组成，不易磨损，并可保护下面的细孔筛网；2)细级别的物料筛分效率较高，因为加到细孔筛面上的物料数量较少；3)粗级别的物料在筛分过程中的破碎现象较少，因为粗级别的物料很快地从筛分过程中分出，这一点对煤的筛分具有重要意义；4)由于筛面是多层重叠的，所以筛分装置的布置比较紧凑。,2.2.5筛分效果,1筛分效率筛分效率是评价筛分过程进行的完全程度的技术指标。筛分效率由计算。,2平均分配误差,平均分配误差按式计算,3总错配物含量,2.2.6筛分过程动力学,筛分过程动力学主要研究筛分过程中，筛分效率与筛分时间的关系。在碎散物料的筛分过程中，普遍存在这样一种规律：筛分刚开始，易筛粒就很快透筛，随后是难筛粒缓慢透筛，到筛分结束时，几乎没有颗粒透筛。显然，如果把整个筛分时间分成若干等份那么每一等份内所得到的筛下物的量是不同的，而且是时间越靠后筛下量越少。对于一定的筛分作业，筛分原料中小于筛分粒度的物料的质量是常量，它不随筛分时间，变化；筛下产物的质量是变量它的初值为零，随着时间的增长而增长，直到筛分结束为止。因此，筛分效率是时间的函数。,设dw是在时间微元量山内所产出的筛下物微元质量，则dw/dt代表单位时间内筛下物的产量，称为筛下物产出速率，它与筛面上料层中小于筛分粒度的物料的质量、成正比,当筛分时间相同(t1=t2)、筛子负荷分别为Q1和Q2时，相应的筛分效率为1和2，代入式(1-2-18)得,筛分效率与筛分时间及筛子负荷的关系,2.2.7影响筛分过程的因素,1入筛原料性质的影响1)含水率一一物料的含水率又称湿度或水分。水分对某种物料的筛分过程的具体影响，只能根据试验结果判断。筛分效率与物料湿度的关系见图,2)含泥量一如果物料含有易结团的混合物(如粘土等)，即使在水分含量很少时，筛分也可能发生困难。因为粘土物料在筛分中会粘结成团，使细泥混入筛上产物中；除此以外，粘上也很容易堵塞筛孔。粘土质物料和粘性物料，只能在某些特殊情况下用筛孔较大的筛面进行筛分。筛分粘性矿石时，必须采用特殊的措施这些措施包括：湿法筛分(即向沿筛面运动的物料上喷水)；筛分前预先脱泥；对筛分原料进行烘干。用电热筛面筛分潮湿且有粘性的矿石，能得到很好的效果。在湿法筛分中，筛子的生产能力比干法筛分时高几倍：提高的倍数与筛孔尺寸有关。湿法筛分所消耗的水量，取决于应该排到筛下产物中的粘土混合物、细泥和尘粒的性质与数量，一般情况下，每lm3原料耗水1.5m3左右。如果工艺过程的条件容许进行湿法筛分，从生产厂房的防尘条件来看，湿筛比干筛更易于被人采用。在许多场合下，特别是筛分含砂较多的矿石时，为了减少尘埃飞扬，改善厂房卫生条件，通常使矿石保持定的水分(4%-6%)。,3)粒度特性影响筛分过程的粒度特性主要是指原料中含有对筛分过程有特定意义的各种粒级物料的含量。,4)密度特性当物料中所有颗粒都是同一密度时，一般对筛分没有影响。但是当物料中粗、细颗粒存在密度差时，情形就大不样。若粗粒密度小，细粒密度大，则容易筛分。比如对-50mm破碎级煤与-200网目磨碎级铁矿粉的混合物的筛分，或从稻谷粒中筛出混入的细砂等，这是由于粗料层的阻碍作用相对较小，而细粒级的穿层及透筛作用却比较大。相反，若粗粒密度大，细粒密度小，比如含有较多粗粒级歼石的煤，筛分就相对困难。,2.筛子性能的影响,1)筛面运动形式筛面运动形式关系到筛上物料层的松散度及需要透筛的细物料相对筛面运动的速度、方向、频率等，因而对分层、透筛过程均有影响。摇动筛上的物料主要是沿筛面方向滑动，在筛面法向的速度分量较小，不利于细粒透筛几种典型筛子的筛分效率大致如表1-2-5所示。,表1-2-5不同运动特性筛面的筛分效果,2)筛面结构参数筛面宽度与长度一般情况下，筛面宽度决定筛子的处理能力，筛面越宽，处理能力就越大；筛面长度决定筛子的筛分效率，筛面越长，效率就越高对于振动筛，增加宽度常受到筛框结构强度的限制。通常，宽度越大，筛框的寿命就越短。目前，我国筛宽一般在2.5m以内，而有的国家筛宽达5.5m。,常见的筛孔形状有圆形、方形和长方形三种，依次以直径、边长和短边长来表示筛孔的尺寸。当三种筛子具有相同的筛孔尺寸时，筛下产物的粒度上限却不相同。筛下产物的最大粒度按下式计算：dmax=kL(1-2-21)式中dmax筛下产物最大粒度；L筛孔尺寸；k系数，见表1-2-6。,3操作条件的影响对一定的筛子和筛分原料而言，操作条件主要是指给料的数量和质量。前者即筛子负荷，通常以t/(台h)或t/(m2h)为单位，它与筛分效率的关系在前面已经论述；后者是指应保持连续和均匀地向筛子给料，其中均匀性既包括在任意瞬时的筛子负荷都应相等，也包括物料是沿整个筛面宽度上给进。此外，及时清理和维修筛面，也有利于筛分操作。,2.3筛分机械,2.3.1惯性振动筛的基本组成与工作原理惯性,振动筛一般简称为振动筛，工作时的强迫力由安装在筛箱上的赓胜激振器产生，因此而得名。,1圆振动筛圆振动筛的基本组成与工作原理如图1-2-12所示。单轴惯性激振器3通过一对轴承被安装在筛箱1上，并连同筛箱一起由弹簧组2吊挂在承重梁上。当电动机5通过传动装置4带动激振器轴转动时(角速度动，因轴上装有偏距为)一的不平衡质块m。，故产生方向随时间改变的离心惯性力m0rw2；又由于弹簧的弹性支承作用，使整个振动体M(包括筛箱、激振器和筛上物料)被迫振动一一旋转圆运动，其速度与方向和激振器转动的速度与方向相同；圆运动轨迹为A(通常称为振幅)，筛体的圆运动也产生离心惯性力力Maw2。对于超共振系统(振动频率f=w/2远大于整个振动系统的共振频率f0=w0/2,后面章节中讲述)，,对于超共振系统(振动频率f=w/2远大于整个振动系统的共振频率f0=w0/2,后面章节中讲述)，弹簧恢复力较小，可以忽略不计，而且振动体圆运动(位移、速度、加速度)滞后激振器旋转运动(位移、速度、加速度)约相位，即筛体惯性力滞后激振力约相位。例如当筛体从平衡位置向上运动到极限位置时，激振力向下；反之，当筛体从平衡位置向下运动到极限位置时，激振力向上。因此整个振动系统的合内力近于零，即mrw2=-Maw2，或mr=-MA(m=2m0，负号表示二力方向相反)。将振动体和不平衡质块分别缩微成质点M及m，并投影到个平行于筛箱侧板的平面上，二质点由无重系杆相连，这样可以较为生动地体会筛机振动时力的平衡状态，如图1-2-12所示。,2直线振动筛直线振动筛的基本组成与工作原理如图l-2-13所示。双轴惯性激振器3差不多就是两个单轴惯性激振器，装在两根激振轴端部的一对惰齿轮使它们强迫地联系起来。当电动机5通过传动装置4带动其中一根激振轴转动时，另一根激振轴也同步但异向转动。两根激振轴所产生的离心惯性力在x-x方向总是完全抵消：Fx=0；而在y-y方向总是完全叠加：Fy=2mrw2coswt(m=2m0)。为达到此目的，一种常见的情形是两根激振轴的不平衡质块m、偏距r都相同，而且由一对惰齿轮所确定的各不平衡质块的初相位也相同。,3双电机驱动的直线振动筛及其自同步原理单电机驱动的直线振动筛是由单个电机驱动，两根激振轴之间必须采用一对惰齿轮强迫联系。双电机驱动的直线振动筛，两根激振轴之间无齿轮对联系，各轴分别由一台电动机驱动，两个轴系是相对自由的，如图1-2-14所示。,自同步原理可用下面的方法解释。假设在筛机启动中，两根激振轴存在相位差，它们产生的激振力此时不能按希望的那样叠加或抵消，产生附加力F，如图1-2-15所示。,2.3.2振动筛的主要部件,1筛箱(l)筛框把筛面固定在筛框里就构成了筛箱，筛框是用型钢组合起来的结构件，对它的基本要求是具有较大的整体刚度和抗疲劳强度如图1-2-16所示,(2)筛面对筛面的基本要求是：有足够的机械强度、最大的开孔率、筛孔不易堵塞。所谓开孔率，是指筛孔总面积与整个筛面面积之比。常见的筛面有筛蓖、筛板、筛网、筛片和筛布等几种。按材质可分为金属和非金属两种。,筛蓖筛蓖是由平行排列的具有一定断面形状的一组蓖条直接固定在筛框横梁上而构成的筛面，因此又称为蓖条筛面或棒条筛面。常见的蓖条的形状如图1-2-17所示。,晒蓖的蓖条较粗、强度及刚度均较大，故各蓖条间不设置横向构件，因此，工作面平滑。对筛上物料的移动阻力很小，块料不容易卜塞。筛蓖的开孔率一般为50-60%，主要用于固定筛和重型振动筛，对来自矿山的大块物料作大于50mm(个别情况下可小至25mm)的粗筛分。蓖条在多数情况下是与筛框的各横梁固接，但有时只在一端与筛框固接，另一端呈悬臂状。当物料给到筛蓖上时由于物料的冲力及蓖条的弹性，使各蓖条产生不同的上下颤动，从而使物料松散并有助于排出筛上物，避免物料卡塞在筛缝中。这种情况仅限于作固定筛使用。如图1-2-18(a)所示。,筛板筛板是用A3、16Mn、16MnCr等材料的钢板经钻孔或冲孔等加工方法制作的种筛面。筛板的厚度h一般是5-12mm，筛孔尺寸D越大，板厚h也应相应增大，以保证其足够的强度。但筛板太厚会增加重量，还会增加细粒物料透筛的阻力，通常按公式h=0.625D确定。常用的孔形是圆形，个别情况下也采用方形。为了使筛板有足够的强度而且开孔率尽可能大，圆形筛孔几乎总是作菱形排列，如图1-2-19(a)所示。,钢丝的材质有低碳钢、弹簧钢或不锈钢等几种。筛分磨蚀性小的物料可选用低碳钢丝筛分磨蚀性大的物料应选用高碳钢丝或弹簧钢丝，在腐蚀性兼磨蚀性较大的场合应选用不锈钢丝。网丝直径选择必须兼顾筛面载荷、寿命及开孔率等要求。表1-2-7列出美国有关协会对网丝直径制定的标准。,筛片一筛片是用圆形金属丝(常用牌号为1Cr18Ni9Ti的钢丝)冷压成梯形、三角形或其他上宽下窄断面的筛条后，再经焊接或螺栓联接而成的筛面，如图1-2-21所示。,(3)筛面在筛框上的固定筛面在筛框上的固定广泛采用螺栓连接。对于筛蓖，常将各蓖条逐根地紧固在筛框上，对于其他整体式筛面在纵向边、横向边和中部分别采用不同的固定方法，见图1-2-22。,2.惯性激振器(1)单轴激振器按偏心质量的配置方式，单轴激振器分为偏质轮式、偏质轴式、偏质轮轴式和偏质块式四种。其中偏质轮轴式是偏质轮与偏质轴的复合形式，其结构见图1-2-23转轴1是一根偏质轴，其中部具有偏心质量，轴的两端分别装有偏质轮2、3，两轮上均装有配重7。偏质轮3同时也是传动带轮。偏质轴上的偏心质量与偏质轮上的配重共同构成激振器的不平衡重m。因激振力F=mrw2，故增减配重即可改变激振力大小。如果激振器是用于自定中心式圆振动筛，则两偏质轮的孔心还要相对轮缘的几何中心有一个偏距r。,有一对圆柱滚子轴承4，并通过轴承座5和紧定套6，用螺栓固定在筛框的一块侧板上。另一块侧板上也装有同样的半激振器，两半激振器的阶梯轴用中间轴联接。滚柱轴承的承载能力高，但没有自动调心的能力。为了适应两侧板间距较大、两轴承座孔不能很好对中这一特点，中间轴与两阶梯轴之间采用挠性联轴器。各种单轴激振器的特点比较见表1-2-8。,(2)双轴激振器双轴激振器基本上就是两个或两组单轴激振器的组合，按照偏心质量分配方式分类的单轴激振器，都可组合成对应的双轴激振器。偏质轴式直线振动筛双轴激振器见图1-2-25。,按激振器的外形实质卜是按转轴的长短和整体的与筛箱装、拆的方便程度，双轴激振器又可分为筒式激振器和箱式激振器，上述激振器均可归属于筒式激振器。箱式激振器见图1-2-26，其中整体式和剖分式激振器的特点比较见表1-2-9。,(3)振动电机振动电机是把电动机和激振器合二为一的通用机电产品，用于包括振动筛在内的多种振动机械，其结构见图1-2-27。,3.传动装置振动筛的传动装置有带传动、挠性联轴器传动和联合传动三种。V形带传动功率大、效率高，被广泛采用；常用的挠性联轴器有万向联轴器和瓣形轮胎联轴器两种，其中后者的挠性件用输送带制作，取材容易、维修方便、造价低，故应用更为广泛，其结构如图1-2-28所示；联合传动装置包括V形带、挠性联轴器和传动轴，如图1-2-29所示传动装置的比较见表1-2-10。,2.2.3振动筛的典型产品,1.DD型、ZD型、DS型、ZS型振动筛这些振动筛是我国六七十年代的产品，主要用于煤炭行业，其中圆振动筛场用于分级，直线振动筛常用于脱水和脱介，许多用户至今仍在使用。其结构分别见图1-2-30、1-2-31、1-2-32、1-2-33；其型号意义为：,2.YK型、ZKX型、ZKB型、ZKS型振动筛这些振叫筛是我国八九十年代的产品，可以说它们基本上是对以往振动筛在结构方面优化后的结果，主要用于选煤、选矿生产，其中圆振动筛常用于预先筛分，直线振动筛常用于脱水和脱介。其结构分别见图1-2-34、1-2-35、1-2-36、1-2-37；其型号编制不太规范，一般意义为：,YK型振动筛是简单惯性式(不定中心式)振动筛，采用联合传动装置。ZKX型振动筛，有的安装两个激振器，有的安装一个。对于前者，两激振器之间并无中间轴联接，也不采用联合传动装置，而是两皮带轮对面布置，均由电动机(位于筛箱上部)上的主动带轮驱动。这种单独的带传动与联合传动相比较，可减小整个筛机的横向尺寸。ZKB型振动筛采用无齿轮双轴激振器及相应的双电机驱动方式。这从根本上解决了齿轮对的工作条件非常恶劣、必须用稀油润滑、油液容易泄漏和发热等问题。ZKS型振动筛采用单电机驱动，虽然两根激振轴之间通过齿轮箱强迫联系，但是齿轮箱并不参加筛箱振动，是固定安装的，而且两根激振轴的初相位相差90，同时振动方向角取45，如图1-2-38所示。,ZKS型振动筛是水平双轴椭圆振动筛，只是因为椭圆的长、短轴之比较大，近乎直线，故按直线振动筛使用。该筛机的另一个特点是启动转矩比直线振动筛小，如图1-2-39所示。3.GS型概率筛、ZD型等厚筛、GDS型概率等厚筛这些振动筛是我国七八十年代的产品，主要用于中等粒度的煤炭或矿物的干法筛分，其结构分别见图1-2-40、1-2-41、1-2-42；各型号意义为：,20世纪50年代初，瑞典的F莫根森利用统计学方法，深入研究了碎散物料在振动筛面上的透筛概率，建立了包括物料粒度、筛孔与筛丝尺寸、筛面倾角、物料入筛角、透筛概率等参量的关联式，以及包括筛面层数、筛面长度、透筛概率、分配量等参量的分配方程，提出了概率筛分法。以概率筛分法为基础设计的振动筛称为概率筛或莫根森筛。与其他振动筛比较，概率筛的特点为：在结构方面，筛面长度短，倾角大，层数多，筛孔尺寸与筛分粒度的比值大；在运动参数方面，筛箱的振幅小，振频高，振动方向角大；在筛分性能方面，单位筛面面积的处理能力大，抗堵孔能力强，属于近似筛分(筛下物的限上率较高)。,2.2.4干法细筛当原料的水分、粘性物及细颗粒的含量均较高时，一般的惯性振动筛按较小的筛分粒度进行干法筛分时常发生筛孔被堵塞的现象。为此，人们研制了各种干法细筛，这些筛子的结构原理新颖，效果显著，但结构一般较复杂。,1.旋转概率筛旋转概率筛工作时不振动，只转动筛缝比筛分粒度大得多，具有显著的概率筛分效应，故称为旋转概率筛其结构原理如图l-2-43所示。,旋转概率筛主要由给料、筛分和排料3个运动系统构成，分别由3台电动机驱动。如图1-2-43所示，给料系统主要由入料槽1、旋转轴套18、给料盘2、给料螺旋4和驱动装置3组成。物料经入料溜槽给到低速旋转的给料盘上，在给料螺旋的配合下沿给料盘径向朝外移动，到达边缘时靠重力自由落下，呈环状物料带进入下面的筛盘5，实现连续给料。,2.立式圆筒筛立式圆筒筛的结构原理如图l-2-45所示。,立式圆柱形筛筒5的上部通过径向筛条装有给料圆盘3，给料圆盘的周边与筛筒的内表面有一定间隙，以便使筛分原料漏下；筛筒的中部或下部装有“米”字形支撑架，筛筒通过安装在“米”字架中心和给料盘中心的一对轴承10支承在立置的曲轴4的偏心轴径处。曲轴的上部齿轮通过行星齿轮与装在给料盘上的内齿圈(三者构成减速器2)联系；曲轴的上端和下端各装有一个轴承12，并通过轴承座支承在机壳6上。当电动机通过传动带驱动曲轴转动时，带动筛筒绕O一O轴线作水平面的高速圆运动，同时，由行星齿轮减速器带动给料盘和筛筒绕其几何轴线(O1一O1线)低速转动，即筛筒的运动是复合运动。为平衡筛筒作圆运动时所产生的离心惯性力，在曲轴上装有配重8。,3.变幅筛变幅筛的结构原理如图1-2-47所示。,4.弛张筛弛张筛的结构原理如图1-2-48所示。弛张筛是双质量振动系统，采用聚氨酚橡胶筛面，支承筛面的任意两根相邻横梁都分别属十两个振动质体，其中一个质体是筛箱，另一个质体是配重。当两质体相差二相位振动时，任意两根相邻横梁时而靠近，时而远离，弹性筛面也相应时而松弛，时而张紧，即筛面随筛箱作牵连运动的同时，还相对筛箱作相对运动。这种弛张运动不仅使筛孔不断产生变形，而且大大增加了筛面的振动强度，从而有效地克服了筛孔堵塞现象，显著提高了筛机处理能力。因筛箱的振动强度并不大，故机械强度容易保证，但筛面的振动强度较大且反复变形，故筛面寿命较低。,5.无振动离心筛无振动离心筛的结构原理如图1-2-49所示。,第3章破碎及破碎机械,3.1概述破碎是在外力作用下使大块物料变成小块物料的过程。它是用外力(包括人力、机械力、电力、化学能、原子能或其他方法等)施加于被破碎的物料上，克服物料分子间的内聚力，使大块物料分裂成若干小块的过程。破碎与磨碎在使用的方法及产物粒度上有所不同，破碎产物的粒度较大，而磨碎产物的粒度细小。,3.1.1破碎作业在选煤厂和选矿厂中的作用,破碎作业在选煤厂和选矿厂生产中都占有重要地位。然而，由于选煤厂和选矿厂在所破碎物料的物理机械性能和破碎产品粒度要求方面存在较大区别，两者在破碎机选型等方面有明显差异。破碎作业在选煤厂和选矿厂生产中的作用主要有以下几方面：1）满足选煤机械和选矿机械对入选物料最大入选粒度的要求例如，我国入选原煤粒度一般在50mm以下，而从煤矿运来的原煤最大粒度可达300mm，所以，应对大块原煤进行破碎；井下和露天开采的矿石的粒度分别可达600mm与1500mm，也需破碎。,6.琴弦筛琴弦筛实际上是采用琴弦筛蓖作为筛面的惯性振动筛。当入料粒度较小(如50mm)时，可采用一层筛面，当入料粒度较大时，为了减少筛面的负荷，延长其使用寿命，常在琴弦筛面的上方再设置一层比较坚固的其他筛面。琴弦筛的筛框结构、激振器的类型、运动轨迹等并无专门特征，目前已有多种产品，许多厂、矿把原有的振动筛改换成琴弦筛面，取得了较好的工艺效果。,3.1.2破碎作业的分类,破碎作业按其在选矿(煤)上艺中的作用不同可分为：准备破碎(分选前)；最终破碎(分选后)。破碎作业按破碎产物的粒度不同分为：粗碎、中碎、细碎与粉碎，见表1-3-1。破碎作业按其所消耗的能量形式不同分为：机械能破碎，即用机械力破碎物料；非机械能破碎，即应用电能、热能等进行破碎。选煤厂和选矿厂主要是采用机械能破碎。机械能破碎有五种基本方式(图1-3-1)：,挤压破碎图1-3-1(a)物料在两个工作面之间受到缓慢增大的压力作用而破碎。这种方法大多用于脆性、坚硬物料的粗碎。劈裂破碎图l-3-l(b)用一个尖棱(或平面)和一个带有尖棱的工作表面挤压矿石时，矿石将沿压力作用线的方向劈裂。劈裂的原因是由于劈裂平面仁的拉应力达到或超过矿石拉伸强度极限。由于矿石的拉伸强度极限比抗压强度极限小很多，因此，在其他条件相同情况下，劈裂破碎比挤压破碎所需的压力小。折断破碎图1-3-1(c)一一矿石受弯曲作用而破碎。被破碎的矿石被视为承受集中载荷的两支点梁或多支点梁。当矿石内的弯曲应力达到矿石的弯曲强度时，矿石即被折断。,研磨破碎图1-3-1(d)矿石与运动的工作面之间存在相对运动而受一定的压力和剪切力作用。当剪切应力达到矿石的剪切强度时，矿石即被粉碎。研磨破碎多产生细粒，效率低、能量消耗大。这种方法多用于小块物料的细磨。冲击破碎图1-3-1(e)物料受到足够大的瞬时冲击力而破碎，其破碎效率高、破碎比大、能量消耗少。这种方法主要用于脆性物料的破碎。,3.1.3与破碎相关的矿石性质及破碎方法的选择,矿石的破碎方法主要根据矿石的物理机械性质、矿石块的尺寸和所要求的破碎比来选择。矿石破碎过程中所表现出来的抵抗外力的强度大小，称为矿石破碎的难易程度。它是衡量矿石可碎性的标准，主要取决于矿石的结构特性和矿物的结晶形态。矿物晶格间的作用力越大，硬度就越大，也就越难破碎。矿石或矿物的结构具有某些缺陷、裂隙时，往往首先易在该部位破裂。影响矿石破碎难易程度的最主要因素是矿石的硬度。它是指矿石抵抗其他物质压入或刻画的能力。矿石的硬度等级有多种分类方法。,选矿工业常引用可碎性系数定量地衡量矿物机械强度对破碎的影响，其表示方法如下：=Q1/Q0(1-3-1)式中物料的可碎性系数；Q1某破碎机破碎中硬矿石的处理能力；Q0一一同一破碎机在同样条件下破碎指定矿石的处理能力。中硬矿石通常用石英代表，其可碎性系数与可磨性系数均为1。若矿石硬度大，则可碎性系数与可磨性系数均小于1，表示破碎机对其处理能力小于对中硬矿石的处理能力；反之，矿石硬度小，可碎性系数与可磨性系数大于1，破碎机对其处理能力则较大。选矿上常用矿石的极限抗压强度氏，、普氏硬度系数f(f=b/10)、可碎性系数及可磨性系数表示矿石的硬度，如表1-3-2所示。,按普氏硬度系数f可将矿石分为10级，f值由0.3到20，见表1-3-3。显然，f值越大，矿石越坚固，也越难破碎。从表中可以看出，无烟煤的普氏硬度系数f=2，烟煤的普氏硬度系数f=1-1.5。,各种矿石的物理机械性质见表1-3-4。应当指出，矿石的力学性质是不均匀的。不同矿物集合体之间的结合力比同种矿物内部的结合力要小；在同样的矿物集合体内，晶体面上的结合力比晶体内部的要小。再加上形成矿物的不连续性与不均匀性，以及开采时对矿物受力形成的裂纹的影响。一般来说，随着物料粒度的减小，以上提到的引起矿物强度降低的因素也减少，故细矿粒的强度较高，也就是矿粒愈细愈难磨碎。,3.1.4破碎比及破碎产物的粒度特性,在破碎过程中，叹料粒度与产物粒度的比值叫做破碎比。它表征了物料破碎的程度。破碎的能量消耗和处理能力均与破碎比有关。破碎比通常由入料最大颗粒直径(Dmax)与产物最大颗粒直径(dmax)的比值来确定，即：(1-3-2),在选煤实践中，由式(1-3-2)确定的破碎比并不能准确地描述破碎过程。因为粒度特性相同的物料经破碎后，虽然产物中的最大粒度是一样的，但破碎后粒度特性未必相同，如图1-3-2所示。若由式(1-3-2)计算破碎比，图中所示两个破碎过程的破碎比相同，但凹形曲线2的产物要比凸形曲线1的产物含更多的细颗粒，所以完成曲线2所示的破碎要比完成曲线1所示的破碎消耗更多的能量。为使破碎比能更准确地表小破碎与能耗的关系，应寻求另一种破碎比的计算方法。即：(1-3-3)式中、根据粒度特性计算出的原料与产物的加权平均直径，mm；、原料和产物的各粒级产率(按筛分分析)，%；D、d原料和产物各粒级的算术或几何平均直径，mm。,为了鉴定破碎机的破碎效果和检查破碎产品的质量，必须确定它们的产品粒度组成和粒度特性曲线。确定混合物料的粒度组成，通常采用筛分分析的方法(简称筛析)进行筛析时，从被筛析的物料中称出适量的试样。试样称好后置于一套标准筛的第一层筛面上并用盖封闭，然后放在振筛器上进行筛分，筛分的时间一般为10-15min。筛好后将各层筛上物料分别进行称量，然后以试样的总质量分别除各个粒级的质量，即可得到每一粒级相应的产率，以百分数表示。根据筛析的结果，可以做出原矿、破碎产品和磨碎产品的粒度特性曲线。粒度特性曲线表示产率和物料粒度之间的关系。这种曲线的绘制方法很多，随研究的目的而定。通常是以直角坐标的横轴表示筛孔尺寸与原矿最大粒度之比，或者是筛孔尺寸与破碎机排矿口之比，或者是筛孔尺寸与磨碎产品的最大粒度之比；纵轴表示每一层筛上物料质量累积百分数，简称筛上量累积产率(%)。利用各种矿样的筛析数据，可以做出图1-3-3到图l-3-8的粒度特性曲线。,从图1-3-3到图1-3-8表示的粒度特性曲线中可以看出，难碎性矿石的粒度特性曲线l都是凸形曲线，这表明矿石中粗粒级物料占多数；中等可碎性矿石的粒度特性曲线2都近似于直线，这表明各种粒级所占的产率大致相等；易碎性矿石中粒度特性曲线3都是凹形曲线，这表明矿石中细粒级物料占多数。根据图中的粒度特性曲线，可以比较各种矿石的破碎难易程度，检查破碎机的工作情况，比较各种破碎机的破碎效果。,3.1.5选煤厂常用的破碎工艺流程煤矿运到选煤厂的原煤的最大粒度可达300mm。我国目前主要采用跳汰与重介质选煤，一般入选粒度小于50mm，所以应对入选原煤进行破碎，使其粒度小于最大允许入选粒度。为满足这一粒度要求，有两种常用破碎系统，一种是带有准备筛分的开路系统，如图1-3-9(a)；另一种是带有检查筛分的闭路系统，如图1-3-9(b)。闭路破碎系统的优点是能保证产品粒度小于规定尺寸；缺点是设备较多，流程复杂，破碎机的负荷量应考虑检查筛分的筛上物料量。,3.1.6破碎效果评定方法,选煤厂中，无论哪一种破碎作业都应该满足以下两方面要求：1)破碎产品达到规定粒度，或排料中大于规定粒度的煤块尽可能少.2)尽量避免过粉碎，即排料中过细的煤粒含量要少。因为过粉碎产品的含量多，会给分选作业带来困难，降低精煤产率，同时增加煤泥量，加大煤泥回收和洗水澄清设备的负荷。过粉碎还将加快设备的磨损和增加无谓的功耗，所以应尽量避免。,3.2破碎基本理论破碎理论是研究矿石在破碎过程中能量消耗与哪些因素有关，并确定外力破碎矿石时所做的功的学说，也叫破碎的功耗学说虽然人类使用破碎工具已有上千年的历史，但是，提出破碎理论还是19世纪的事情。在选矿厂中，40-60的动力消耗是在破碎和磨碎作业中，这必然引起人们的关注。物料块破碎是沿最脆弱的断面裂开的。这些脆弱断面在物料块被破碎后就不存在了，所以在物料破碎过程中，脆弱点和脆弱面逐渐消失。随着物料粒度的减小，物料变得越来越坚固。因而，破碎较小的物料时，消耗的能量就较多。破碎物料块所消耗的功，一部分使被破碎的物料变形，并以热的形式散失于周围空间；另一部分则用于形成新表面，变成固体的自由表面能。,3.2.1面积假说破碎理论的面积假说是由德国学者P.R.雷廷格(P.R.Rittinger)于1867年提出的，这是最旱的系统的破碎理论。事实上，物料表面上的质点与其内部的质点不同，物料表面相邻的质点不能使其平衡，故物料表面存在着不饱和能。破碎过程使物料增加新的表面，为此雷廷格认为：物料破碎时，外力做的功用于产生新表面，即破碎功耗与破碎过程中物料新生成表面的面积成正比，或内力的单元功dA1与物料的破断面的面积增量dS成正比。即：dA1=K1dS(1-3-8)式中K1一比例系数.,3.2.2体积假说破碎的体积假说是由俄国学者吉尔皮切夫与德国学者基克各自独立提出的。体积假说认为：将几何形状相似的同类物料破碎成几何形状也相似的产品时，其破碎功耗与被破碎物料块的体积或质量成正比，或内力的单元功dA2与破碎物料块的变形体积的微量dV成正比。即：(1-3-14)式中K2比例系数。破碎Qm3物料时的单元功：(1-3-15)破碎Qm3物料所需之功：(1-3-16)式中，。物料块平均直径的计算公式为：；(1-3-17)由式(1-3-16)可见根据体积假说，破碎功只与破碎比有关根据体积假说和按照虎克定律，,3.2.3裂缝假说裂缝假说是由F.C.榜德(F.C.Bond)在整理了破碎与磨碎的经验