1、重 力 選 礦,冶金工程系 主講：李文雅,蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院,主要內(nèi)容： 任務(wù)一：原礦與介質(zhì)的性質(zhì) 任務(wù)二：礦粒在介質(zhì)中的沉降 任務(wù)三：礦粒在介質(zhì)中的分選,學(xué)習(xí)情境一：重選的基本理論,任務(wù)一：原礦與介質(zhì)的性質(zhì),教學(xué)目標(biāo): 握重力選礦的特點(diǎn)及應(yīng)用； 能分析原礦的礦物組成； 能分析介質(zhì)的性質(zhì)； 掌握原礦及介質(zhì)性質(zhì)對(duì)選礦效果的影響。,一、重力選礦的發(fā)展簡(jiǎn)史及趨勢(shì) 、重選方法發(fā)展過(guò)程,從河溪砂石中用獸皮淘洗選收自然金屬,20世紀(jì)初出現(xiàn)穩(wěn)定懸浮液重介質(zhì)選煤法,簡(jiǎn)易淘洗工具,人工溜槽,手動(dòng)跳汰機(jī),14世紀(jì)末,具有上下交變水流的跳汰機(jī)問(wèn)世,18世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命, 出現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)活塞跳汰機(jī),搖床,1892年,

2、壓縮空氣驅(qū)動(dòng)的無(wú)活塞跳汰機(jī)，鮑姆式跳汰機(jī),20世紀(jì)中,離心力場(chǎng)水力旋流器,2、重選理論的發(fā)展,3、我國(guó)重選的發(fā)展簡(jiǎn)史 我國(guó)是一個(gè)歷史悠久文化發(fā)達(dá)的古老國(guó)家，遠(yuǎn)在4000多年前就開(kāi)始銅的冶煉。1637年明朝宋應(yīng)星所著天工開(kāi)物就記載了許多有關(guān)應(yīng)用重力分選的實(shí)例。如：用風(fēng)車(chē)風(fēng)選谷物、用水力分級(jí)方法提取瓷土，用淘洗法選收鐵砂和錫砂等。 我國(guó)最早的選煤廠建于1917年。目前我國(guó)的大小選煤廠有500多座，均有重力選設(shè)備。其中有小型的重選設(shè)備，又有大型現(xiàn)代化的重選設(shè)備。,4、發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自本世紀(jì)50年代末期以來(lái)，已開(kāi)始使用示蹤原子、高速攝影等技術(shù)手段和現(xiàn)代化的測(cè)試技術(shù)，進(jìn)行重力選

3、礦的理論研究工作。為了適應(yīng)生產(chǎn)自動(dòng)化和設(shè)備大型化的需要，開(kāi)展了以數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，概括選礦過(guò)程規(guī)律性的研究，編制工藝參數(shù)和設(shè)備參數(shù)問(wèn)的數(shù)學(xué)模型，為生產(chǎn)工藝過(guò)程的自動(dòng)控制和設(shè)備設(shè)計(jì)提供了可靠依據(jù)。,二、重選的基本概念 （一）基本概念 1、有用礦物能為人類利用的礦物。 2、礦石含有有用礦物的礦物集合體中，若有用成分的含量，在當(dāng)前技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下，能夠富集加以利用的礦物集合體。 3、脈石在礦石中含有目前無(wú)法富集或工業(yè)尚不能利用的一些礦物。 5、精礦選礦選出的經(jīng)富集的有用礦物。 6、尾礦棄之的無(wú)用產(chǎn)物稱為尾礦。 7、重力選礦根據(jù)礦物的密度不同而進(jìn)行分離的方法,（二）重力選礦過(guò)程中所用的介質(zhì)： 1、種類：空氣

4、、水、重液（密度大于水的液體或高密度鹽類的水溶液）及重懸浮液（密度較高的固體微粒與水的混合物），也可用固體微粒與空氣的混合物，即空氣重介質(zhì)。 2、介質(zhì)作用：傳遞能量、松散粒群、運(yùn)輸產(chǎn)物。 （三）重力選礦的原因 1、內(nèi)因：不同礦物存在密度差異； 2、外因：由于運(yùn)動(dòng)介質(zhì)使得分選過(guò)程有效進(jìn)行。,（四）重力選礦的類型,分級(jí),洗礦,跳汰分選,搖床分選,溜槽分選,重介分選,按粒度分離,按密度分離,螺旋分選,重力選礦的分類：根據(jù)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式和作業(yè)目的不同，重力選礦可分成6種工藝方法，不同方法所處理物料的密度及粒度也有別，見(jiàn)表11。,三、重力選礦的特點(diǎn)和應(yīng)用 （一）重選特點(diǎn)： 1、礦粒間必須存在密度（或）粒度

5、的差異； 2、分選過(guò)程在運(yùn)動(dòng)介質(zhì)中進(jìn)行； 3、礦粒形狀也會(huì)影響按密度（粒度）分選的精確性。,（二）礦石的可選性 利同重力選礦法分選物料的難易程度，主要是由待分離物料的密度差來(lái)決定，可簡(jiǎn)單地用下式判斷 式中: E一重選礦石可選性評(píng)定系數(shù)； 1、2一分別為低密度礦石和高密度礦石的密度； 一一分選介質(zhì)的密度。,（三）重力選礦的應(yīng)用范圍 重力選礦是當(dāng)今最為通用的幾種選礦方法之一，尤其廣泛地用于處理密度差較大的物料。在我國(guó)它是煤炭分選的最主要方法，也是選別金、鎢、錫礦石的傳統(tǒng)方法。在處理稀有金屬（灶、鈦、鋯鐵、錳礦石；同時(shí)也用于處理某些非金屬礦石，如石棉、金剛石、高嶺土等。對(duì)于那些以浮選法為主處理的有色

6、金屬（銅、鉛、鋅等）礦石，也可用重介質(zhì)選礦法，預(yù)先除去粗粒脈石或圍巖，使其達(dá)到初步富集。重選法還廣泛用于脫水、分級(jí)、濃縮、集塵等作業(yè)，而這些工藝環(huán)節(jié)幾乎是所有選煤廠和選礦廠所不可少的。,四、原礦的性質(zhì) 礦粒與重力分選過(guò)程有關(guān)的性質(zhì)，是指反映礦粒質(zhì)量性質(zhì)的密度，反映礦粒幾何性質(zhì)的粒度（體積）和形狀。它們均影響礦粒在介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)狀況。 （一）礦粒的密度 是指單位體積礦粒的質(zhì)量。密度用表示，按國(guó)際單位制為kgm3或gcm3。 堆積的礦粒（塊）群與同體積水的質(zhì)量比叫該礦粒群（物料）的堆比重或假比重，它與比重一樣，是個(gè)無(wú)量綱的量。需注意的是，粒群是指在自然狀態(tài)下堆積，計(jì)算礦粒群堆積體積時(shí)包括礦粒間的空隙

7、。,礦粒的密度及其測(cè)定方法 A、大塊礦粒比重的測(cè)定 先將礦塊在空氣中稱量，再浸入水中稱量。然后根據(jù)阿基米德原理，按下式計(jì)算礦粒的比重。 稱量可在普通天平上進(jìn)行，也可用專測(cè)比重的比重天平。但應(yīng)注意，試料稱量前必須預(yù)先干燥。,B粉狀礦粒比重的測(cè)定 測(cè)定粉狀物料比重的方法很多，有量筒法、比重瓶法、扭力天平法、顯微比重法以及利用磁流體技術(shù)的微密度儀等等。選礦試驗(yàn)常用比重瓶法。 C浮沉試驗(yàn)測(cè)定法 礦粒的密度（比重）可按下式計(jì)算： 注意，用上述各種方法所測(cè)定的礦粒密度或比重，測(cè)定值與真值誤差應(yīng)小于1,（二）礦粒的粒度 礦粒粒度是礦粒的幾何性質(zhì)，它是指礦粒外形尺寸的大小。粒度大小的表示和測(cè)量方法有下列幾種：

8、 A直接測(cè)量法 這種方法只適用于大塊礦粒，直接測(cè)量其外形尺寸。 B顯微鏡測(cè)量法 在顯微鏡下直接測(cè)量礦粒的長(zhǎng)度和寬度，用其算術(shù)平均值或幾何平均值表示礦粒的粒度。該方法適用于測(cè)量粒度從40m到110m。,C篩分分析法 測(cè)定礦粒能通過(guò)的最小篩孔尺寸與不能通過(guò)的最大篩孔尺寸，然后取其平均值，用以資示礦粒的粒度。這種方法適用于粒度大于0.04mm的物料。 D水力分析法 它是借測(cè)定礦粒的沉降速度間接度量顆粒粒度的方法。常用來(lái)代替篩分分析測(cè)定微細(xì)礦物的粒度組成及顆粒粒度。,E、當(dāng)量直徑表示法 取與礦粒某方面性質(zhì)相同的球體直徑代表礦粒直徑，稱為當(dāng)量直徑。由定義可知,（三）礦粒的形狀 球形系數(shù)：礦粒的形狀，在數(shù)

9、量上可用同體積球體的表面積與礦粒表面積的比值來(lái)表示。這個(gè)比值叫做礦粒的球形系數(shù)，符號(hào)為。,五、介質(zhì)的性質(zhì) 與重選過(guò)程有關(guān)的均質(zhì)介質(zhì)性質(zhì)是它的密度和粘度。 （一）均質(zhì)介質(zhì)的密度 均質(zhì)介質(zhì)的密度為單位體積的質(zhì)量，用符號(hào)表示，它的單位是kgm3或 gcm3。水的密度隨溫度和壓力的變化很微小，在選礦實(shí)踐中，可把純水的密度看成是一個(gè)常數(shù)，取為1000kgm3或1gcm3?？諝獾拿芏入S溫度和壓力的變化較大，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（0，0.1MPa）下，空氣密度為1.29kgm3；但在通常條件（溫度020、壓力101325Pa）下，空氣密度可取值為 1.25kgm3來(lái)計(jì)算。,（二）均質(zhì)介質(zhì)的粘度及其測(cè)定方法 介質(zhì)在運(yùn)動(dòng)

10、時(shí)，介質(zhì)內(nèi)部各流層間產(chǎn)生切應(yīng)力或內(nèi)摩擦的特性稱為粘度。顯然，液體的粘性是因分子間的內(nèi)聚力所引起的。氣體的粘性則主要是由于動(dòng)能不同的分子，在流速不同的層間相互交換所致。 粘度測(cè)量采用下圖方法：毛細(xì)管法和旋轉(zhuǎn)粘度測(cè)定法。,任務(wù)二：礦粒在介質(zhì)中的沉降,教學(xué)目標(biāo)： 掌握礦粒的沉降分層原理； 掌握顆粒自由沉降規(guī)律； 掌握礦粒干涉沉降規(guī)律。,一、礦粒在介質(zhì)中的受力分析 （一）礦粒在介質(zhì)中所受的重力 顆粒的沉降有兩種形式：自由沉降 干擾沉降 礦粒在介質(zhì)中所受的重力，小于它在真空中所受的重力。根據(jù)阿基米德原理，礦粒在介質(zhì)中的重力G0，等于該礦粒在真空中的絕對(duì)重力與排開(kāi)同體積介質(zhì)所具有的重力之差。,注意： 礦粒

11、在介質(zhì)中所受的浮力，將隨介質(zhì)密度的不同而變化。所以礦粒在水中比在空氣中所受的浮力要大。若水或空氣中含有眾多高密度微細(xì)固體顆粒處于懸浮時(shí)，則這種兩相混合物的重懸浮介質(zhì)，則其中的礦粒所受的浮力，也會(huì)增大。實(shí)際上，這種兩相混合物中的分散相是粗顆粒的，這些顆粒只要是懸浮，礦粒所感受到的浮力增大作用，依然存在。,（二）礦粒在介質(zhì)中所受的阻力 1、定義：礦粒在介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它與周?chē)渌矬w（流體介質(zhì)、固體顆粒、容器器壁等）出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，周?chē)矬w給予礦粒的作用力，稱為礦粒在介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的阻力。 礦粒與周?chē)矬w之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，是產(chǎn)生阻力的基本條件。 2、種類：在重力選礦過(guò)程中，礦粒運(yùn)動(dòng)時(shí)所受阻力的來(lái)

12、源，一是分選介質(zhì)作用在礦粒上的阻力，稱為介質(zhì)阻力。再一是礦粒與其它周?chē)矬w以及器壁間的摩擦、碰撞而產(chǎn)生的阻力，稱機(jī)械阻力。,3、介質(zhì)阻力的產(chǎn)生與形式 無(wú)論是實(shí)際流體流過(guò)物體，或者是物體在靜止流體中運(yùn)動(dòng)，只要流體與物體之間存在著相對(duì)運(yùn)劾，則流體便對(duì)物體有作用力，此力在物體運(yùn)動(dòng)的相反方向的分力，就是介質(zhì)阻力。 介質(zhì)阻力是物體與介質(zhì)間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的。當(dāng)物體與介質(zhì)間作等速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，介質(zhì)作用于物體表面的力由兩部分組成；即法向壓力P.ds及切向力.ds見(jiàn)圖22。 切向力是介質(zhì)經(jīng)物體表面繞流時(shí)，由于介質(zhì)的粘性使得介質(zhì)自物體表面向外產(chǎn)生一定的速度梯度，從而導(dǎo)致在各流層之間產(chǎn)生了內(nèi)摩擦力。故由切向力所引

13、起的阻力，稱摩擦阻力或粘性阻力。,法向壓力與介質(zhì)在物體周?chē)姆植技傲鲃?dòng)狀況有關(guān)。當(dāng)介質(zhì)繞過(guò)物體流動(dòng)時(shí)，由于附面層分離的結(jié)果，在物體背后形成漩渦（圖24b），使該處液體內(nèi)部壓力下降。此時(shí)，由于物體前后所承受的法向壓力不同，物體前面的壓力高于后面的壓力，因而對(duì)物體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生阻力。在不發(fā)生邊界層分離的情況下，基于物體周?chē)橘|(zhì)流速的變化，使物體表面各點(diǎn)所承受的法向壓力不同，同樣也將產(chǎn)生對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的阻力。物體周?chē)橘|(zhì)的分布及流動(dòng)狀況在很大程度上取決于物體的形狀。故因法向壓力所引起的阻力稱為壓差阻力或形狀阻力。,物體在介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，這兩種阻力同時(shí)發(fā)生。在某種情況下摩擦阻力可能居主導(dǎo)地位，而另一種情況下則壓差

14、阻力起主要作用。例如，當(dāng)薄板平行于介質(zhì)流動(dòng)方向，這時(shí)它幾乎只受摩擦阻力作用，而壓差阻力極小，如圖25a所示；若薄板垂直干介質(zhì)流動(dòng)方向，此時(shí)薄板主要受壓差阻力，而切應(yīng)力所產(chǎn)生的阻力近似等于零，如圖25b。,從圖25還可看出，介質(zhì)阻力的形式與流體的繞流流態(tài)有關(guān)。于是可用水力學(xué)中表征流體流態(tài)的雷諾數(shù)Re予以判斷。流體繞流顆粒時(shí)的雷諾數(shù)Re可寫(xiě)成 眾所周知，雷諾數(shù)Re是一個(gè)無(wú)量綱數(shù)，它反映了流體繞流物體時(shí)壓差作用力與粘性作用力的比值。當(dāng)雷諾數(shù)Re較大時(shí)，顆粒受到以壓差阻力為主的作用力；雷諾數(shù)Re較小時(shí)，則以粘性阻力為主。在相同的雷諾數(shù)Re下，流體介質(zhì)的流態(tài)也是相同的。,4、介質(zhì)阻力的計(jì)算及阻力系數(shù) A

15、、介質(zhì)阻力通式的表達(dá)式 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及水力學(xué)的分析可知，礦粒所受介質(zhì)阻力R，與它的運(yùn)動(dòng)速度v 、它的幾何特征尺寸d 、流體的密度和粘度等物理量有關(guān)。 介質(zhì)阻力通式的表達(dá)式可寫(xiě)成 式中也稱為阻力系數(shù)，它是雷諾數(shù)Re的函數(shù)。由式可知，介質(zhì)阻力R與d2、v2、成正比，并與雷諾數(shù)Re有關(guān)。,B、特殊條件下的阻力公式 （1）牛頓-雷廷智阻力公式 在1729年牛頓研究了平板在介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力，得出了有名的阻力平方定律。即 1867年雷廷智用牛頓公式推導(dǎo)出球體在理想流體中運(yùn)動(dòng)的阻力公式 式中 v球體與介質(zhì)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，m/s d球體的直徑，m,（2）斯托克斯阻力公式 斯托克斯公式只有當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)速度、粒

16、度較小，介質(zhì)的粘度較大，形狀阻力與摩擦阻力相比可以忽略不計(jì)時(shí)，亦即物體運(yùn)動(dòng)的雷諾數(shù)較小時(shí)(Re1)適用。 斯托克斯阻力公式 式中 d一球體的直徑，m； 介質(zhì)的動(dòng)力粘度，Pas v一球體與介質(zhì)問(wèn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，m/s。,（3）阿連阻力公式 當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)的雷諾數(shù)在牛頓公式與斯托克斯公式范圍之間，當(dāng)Re11000時(shí)，上述兩個(gè)公式都不適用。因?yàn)樵谶@個(gè)范圍內(nèi)兩種阻力-形狀阻力與摩擦阻力同時(shí)影響物體的運(yùn)動(dòng)。為此，阿連曾在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了另一個(gè)適合于Re2300范圍內(nèi)的阻力公式,二、顆粒在介質(zhì)中的自由沉降 顆粒的沉降有兩種不同的形式，一是自由沉降，二是干涉沉降（主要的）。可將介質(zhì)中固體物料含量很少（總?cè)萘恐?/p>

17、顆粒占有的體積不及3%），顆粒間的干涉現(xiàn)象變得很小的干涉沉降視為自由沉降。,（一）自由沉降末速 首先建立球形顆粒在靜止介質(zhì)中沉降運(yùn)動(dòng)的方程式 從式可知，球形顆粒在靜止介質(zhì)中沉降時(shí)，其運(yùn)動(dòng)加速度是下列兩種加速度之差。,球形顆粒在介質(zhì)中的重力加速度g0 顆粒在介質(zhì)中的重力加速度g0，是一種靜力性質(zhì)的加速度，它只與顆粒及介質(zhì)的密度有關(guān)。而介質(zhì)阻力所產(chǎn)生的阻力加速度a，則是動(dòng)力性質(zhì)的加速度，它不僅與顆粒及介質(zhì)的密度有關(guān)，而且還和顆粒的粒度及其沉降速度有關(guān)。,顆粒在靜止介質(zhì)中達(dá)到沉降末度v0的條件 上即式是計(jì)算球形顆粒在靜止介質(zhì)中自由沉降時(shí)的沉降未速v0的通式。,（二）等降現(xiàn)象、等沉粒和等沉比 1、基本

18、概念 （1）等降現(xiàn)象：在顆粒群沉降過(guò)程中，密度、粒度、形狀都不相同的某些顆粒，卻有相同的自由沉降速度，這種現(xiàn)象謂為等降現(xiàn)象。 （2）等降顆粒：將具有相沉降速度的顆粒，稱為“等沉?！薄?（3）等降比：兩個(gè)等沉粒的粒度之比值，叫做“等沉比”，以符號(hào)e0表示。,2、等降比對(duì)選別效果的影響 顯然，在重選時(shí)候，粒度大小對(duì)按密度分選有影響： 當(dāng),（三）礦粒在靜止介質(zhì)的自由沉降特點(diǎn) （1）礦粒與球形顆粒相比沉降狀態(tài)的差異 一是礦粒形狀大多是不規(guī)則，二是體形又非對(duì)稱；三是礦粒表面粗糙，表面積大。 （2）運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的差異 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)主要表現(xiàn)在沉降過(guò)程中所受的介質(zhì)阻力及其沉降速度的不同。 （3）阻力增加 當(dāng)呈層流繞流

19、時(shí)，阻力的增大是與顆粒表面積增大有關(guān)；當(dāng)呈紊流繞流時(shí)，阻力的增大則是源于附面層提前發(fā)生分離，導(dǎo)致渦流區(qū)擴(kuò)大有關(guān)。,三、物料在介質(zhì)中的干涉沉降規(guī)律 （一）顆粒在干涉沉降中的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn) 1、常見(jiàn)干涉沉降的形式 （1）顆粒在密度、粒度均勻的粒群中沉降； （2）顆粒在粒度相同而密度不同的粒群中沉降； （3）顆粒在粒度、密度、形狀均不同的粒群中沉降； （4）粗顆粒在微細(xì)分散的懸浮液中沉降。,2、自由沉降與干涉沉降的區(qū)別： 礦粒在干擾沉降時(shí)所受到的阻力比在自由沉降時(shí)多，有以下一些阻力： 1）干擾沉降時(shí)，顆粒間和顆粒與器壁間的直接碰撞和摩擦，使其進(jìn)行著動(dòng)能交換，引起了機(jī)械阻力。 2）大量固體顆粒沉降時(shí)，置換了

20、顆粒前部空間的介質(zhì)，迫使介質(zhì)作鉆隙向上運(yùn)動(dòng)，所引起的介質(zhì)阻力。,3、干涉沉降的特點(diǎn) （1） 顆粒沉降時(shí)與介質(zhì)相對(duì)速度增大； （2）粒級(jí)過(guò)寬時(shí)顆粒沉降浮力大； （3）機(jī)械阻力的產(chǎn)生； （4）介質(zhì)的粘滯性增大。 顯然，由于顆粒粒群存在，將使顆粒沉降的阻力增大，所以干擾沉降速度小于自由沉降速度。,（二）顆粒在均一粒群中的干涉沉降規(guī)律 利亞申柯試驗(yàn)： 利亞申柯則從更廣泛的基礎(chǔ)上研究了干擾沉降現(xiàn)象。為了在研究中便于觀測(cè)，利亞申柯首先研究了粒度和密度均一粒群，在上升介質(zhì)流中的懸浮的情況。當(dāng)粒群從整體上看粒于空間某固定粒置時(shí)，按照相對(duì)性原理，此時(shí)介質(zhì)上升流速，即可視為粒群中任一顆粒的干擾沉降速度。,試驗(yàn)過(guò)程

21、： 將試料放到篩網(wǎng)上，然后由下部給入清水，于是隨著上升水速的逐漸增加試料即在管內(nèi)上升懸浮。對(duì)應(yīng)于一定的上升水速，試料的懸浮高度亦為一定值。根據(jù)測(cè)量由上部溢流槽5流出的水量Q，懸浮管的斷面積S，就可以算出水流在管內(nèi)凈斷面的流速u(mài)a a=Q/S 利亞申柯用各種性質(zhì)和粒度不同的物料進(jìn)行了懸浮試驗(yàn)。所用介質(zhì)為水，試驗(yàn)結(jié)果如圖2-17。,任務(wù)三： 礦粒在介質(zhì)流中的分選,教學(xué)目標(biāo)： 掌握礦粒的沉降分層原理； 掌握礦粒在垂直介質(zhì)流中的分層規(guī)律； 掌握礦粒在斜面流中的運(yùn)動(dòng)； 掌握礦粒在回轉(zhuǎn)流中的運(yùn)動(dòng)。,一、粒群在垂直介質(zhì)流中的運(yùn)動(dòng) （一）顆粒在垂直等速上升流中的運(yùn)動(dòng) 顆粒在垂直等速上升介質(zhì)流中，受到的作用力主

22、要有兩種，一是顆粒在介質(zhì)中的重力G0，另一是當(dāng)顆粒與介質(zhì)之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，顆粒所受到的介質(zhì)阻力R。 假定顆粒自身的運(yùn)動(dòng)速度為v，等速上升介質(zhì)的流速為u a（見(jiàn)圖213a），則顆粒與介質(zhì)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度vc為 Vc=v+u a 當(dāng)作用在顆粒上的力G0和R是平衡時(shí)，顆粒的速度成為定值，以v0表示 v0=v0-ua,可見(jiàn)，顆粒在垂直等速上升介質(zhì)流中的運(yùn)動(dòng)末速v0等于顆粒在靜止介質(zhì)中的沉降末速v0與介質(zhì)流速u(mài)a之差。 uav0時(shí)，v0為負(fù)值，顆粒將被上升流沖起而向上運(yùn)動(dòng)； uav0時(shí)，v0為正值，顆粒向下運(yùn)動(dòng)； uav0時(shí)，v0=0，顆粒在上升介質(zhì)流中呈懸浮不動(dòng)。,非均勻粒群在上升水流中的懸浮分層

23、 利亞申柯在實(shí)驗(yàn)室研究了性質(zhì)不同的粒群在上升水流作用下的懸浮現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)研究表明，在任何速度的上升水流的作用下，只要上升水速不把物料沖走，粒群就在上升水流作用下發(fā)生分層現(xiàn)象。分層情況如圖218所示。,（二）顆粒在垂直等速下降介質(zhì)流中的運(yùn)動(dòng) 顆粒在流速為的垂直等速下降介質(zhì)流中，以速度向下運(yùn)動(dòng)（圖213b），顆粒與介質(zhì)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度為c。因討論是顆粒密度大于介質(zhì)密度的情況，因此，顆粒是以速度v的方向向下運(yùn)動(dòng)，而介質(zhì)流速u(mài)b方向也向下，故相對(duì)速度為 c=- 當(dāng)時(shí)，c-方向向上，介質(zhì)阻力方向向下； 當(dāng)時(shí)，c為負(fù)值，即方向向上，此時(shí)R還向下； 當(dāng)時(shí)，c0，此時(shí)0； 當(dāng)時(shí)，c為正值，即方向向下，阻力R方向

24、向上。,可見(jiàn)，顆粒在垂直等速下降介質(zhì)流中的沉降過(guò)程，可以根據(jù)R的方向不同，將其劃分為兩個(gè)階段。 第一階段 顆粒絕對(duì)速度為0到與介質(zhì)速度相等的瞬間，在此階段顆粒的運(yùn)動(dòng)速度小于下降介質(zhì)的流速，故其相對(duì)速度為負(fù)。此時(shí)，相對(duì)速度方向向上，介質(zhì)阻力方向向下，推動(dòng)顆粒向下運(yùn)動(dòng)。 第二階段 顆粒運(yùn)動(dòng)速度超過(guò)介質(zhì)速度，相對(duì)速度轉(zhuǎn)而向下，相對(duì)速度為正，這時(shí)介質(zhì)阻力方向向上，成為阻礙顆粒運(yùn)動(dòng)的力。,（三）礦粒在垂直變速流中的分層規(guī)律 1、跳汰分選理論簡(jiǎn)介； 2、跳汏能量理論模型（位能學(xué)說(shuō)）； 3、概率-統(tǒng)計(jì)理論模型（動(dòng)力學(xué)學(xué)說(shuō)）； 4、礦粒在垂直變速流中的靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)理論的統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。,二、礦粒在斜面流中的運(yùn)動(dòng)

25、利用斜面水流選礦的方法稱為斜面流選礦。斜面水流的作用在于使礦粒松散分層和進(jìn)行礦粒輸送。 斜面流選礦大致可分為二類：處理粗粒礦物水層較厚的斜面流選礦(如選煤用的斜槽、粗礦石溜槽、大傾角分選機(jī)等)和分選細(xì)粒礦物水層較薄的斜面流選礦(如搖床、螺旋溜槽等)。 斜面流和垂直流一樣，也是一種松散床層。水流的流動(dòng)特性對(duì)礦石的松散、分層有重大影響，是研究斜面流選礦的基礎(chǔ)。,（一）水流沿斜面流動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 1、斜面水流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)同樣有兩種：層流和紊流 層流流態(tài)水速沿深度的分布規(guī)律，由層間摩擦力和重力分力的平衡關(guān)系導(dǎo)出。如圖71所示,紊流總是隨流速的增大而發(fā)生。其特點(diǎn)是流體內(nèi)出現(xiàn)了大小無(wú)數(shù)的旋渦，流體質(zhì)點(diǎn)雜亂無(wú)章

26、地運(yùn)動(dòng)著，因而在任一點(diǎn)均不再有穩(wěn)定的流速，它每時(shí)每刻都在變化著。如圖72所示：,2、水躍現(xiàn)象及槽底粗糙度對(duì)紊流流動(dòng)的影響 在水流沿斜槽流動(dòng)的過(guò)程中，若遇有擋板或槽溝等障礙，則在障礙物的上方近旁水面會(huì)突然升高，如圖7-8a所示，這便是水躍現(xiàn)象。水躍也可發(fā)生在底部有轉(zhuǎn)折的斜槽中，如圖7-8b那樣。轉(zhuǎn)折點(diǎn)上方的槽底坡度比下方大，因而流速也大，而水層厚度則較薄。,除了擋板、格條、槽溝能夠激起漩渦外，槽底粗糙度對(duì)旋渦的形成也有很大影響。但該影響卻與底層水流的流態(tài)有關(guān)。當(dāng)?shù)撞繉恿鬟厡雍穸雀哌^(guò)粗糙峰時(shí)，底部表面的性質(zhì)對(duì)旋渦的形成不發(fā)生直接影響，如圖7-9a所示。而在層流邊層厚度低于粗糙峰時(shí)，象圖7-9b那樣

27、，在粗糙峰背后發(fā)生了邊界層分離，促進(jìn)了初始旋渦的形成，于是脈動(dòng)速度增強(qiáng)。,（二）礦粒在斜面流中的分層規(guī)律 1、礦粒在厚層紊流斜面流中的運(yùn)動(dòng)形式 厚水層斜面流明顯的呈紊流流動(dòng)。其分選的特點(diǎn)是利用輕、 重礦物的顆粒沿槽底的運(yùn)動(dòng)速度差分離。 A 粗顆粒可以很快地沉降到槽底，然后沿底面滾動(dòng)或滑動(dòng)。 B 沉降速度接近脈動(dòng)速度的顆粒，表現(xiàn)為不連續(xù)的跳躍運(yùn)動(dòng)。 C 那些沉降速度比脈動(dòng)速度小的多的顆粒，呈連續(xù)的懸浮狀態(tài)。 這樣的三種運(yùn)動(dòng)形式如示意圖710所示:,2、粒群在薄層斜面流中的分選 選別細(xì)粒和微細(xì)粒的礦漿流膜具有和粗粒溜槽中的礦漿流不相同的一些特性，表現(xiàn)在以下幾方面： (1)隨著顆粒粒度變細(xì)(例如d0.2mm)，固體在水中分布的均勻性增大了 (2)隨著粒度減小，粒群的比表面積增大，固、液界面的物理一化學(xué)特性開(kāi)始起作用。,綜合上述可見(jiàn)，簿層斜面流的分選機(jī)理與厚層斜面流是大不相同的。含有多顆粒層的薄層斜面流，首先在底部流變層內(nèi)發(fā)生分層，然后才能借速度差分離。為了保證分層正常進(jìn)行，流變層內(nèi)需有適當(dāng)?shù)乃俣忍荻?。為使層間斥力足以使床層松散，流變層的厚度還應(yīng)與給礦中的重礦物含量相適應(yīng)。在給礦的組成性質(zhì)一定時(shí)，分層速度將隨流變層內(nèi)速度梯度的增大而增大，重產(chǎn)物金屬回收率則隨該層厚度的增加而增加，而精礦品位的變化則