1、黑龍江科技學院重力選礦備課筆記20XX 年 4 月 30 日第 21 次課授課時間：章節及主要內容：第六章 跳汰選礦6 1 概 述 62 跳汰過程中垂直交變水流的運動特性1、跳汰選礦的基本概念2、跳洗機內垂直交變水流的運動特性3、水流運動特性對床層松散與分層的作用4、跳汰周期的合理選第 22 次課 跳汰機分層試驗 日期：5.7重點內容： 跳汰周期的合理選擇難點內容： 跳汰周期的特性參考資料：選礦手冊、重力選礦原理教學手段： 講述、投影擴展內容： 跳汰周期的合理選擇教學后記：第六章跳汰選礦 61 概述一、跳汰選礦的基本概念 1、跳汰選礦： 眾多的礦粒混合物，在垂直升降的變速介質流中，技密度差異進

2、行分層和 分離的過程，謂之跳汰選礦。2、介質： 跳汰選礦的過程中，所使用的介質可以是水，也可以是空氣。以水作為分選介 質時，稱為水介質跳汰或水力跳汰；若以空氣為分選介質，則稱風力跳汰。當代，國內外選煤或選礦的工業生產中，水介質跳汰的應用最為廣泛，相比之下，風力跳汰應用很少。從基本原理來看，風力跳汰與水力跳汰相似，突出的區別是由于空 氣只能作單向運動，故物料分選只能依靠在間斷的上沖氣流作用下來完成。從分選的工 藝效果來看，風力跳沈也遠不如水力跳汰，它只能在干旱缺水地區或原料不宜潔水時使 用。故本章內容，僅涉及水介質跳汰。3、床層： 實現跳汰過程的設備叫跳汰機。被選物料給入跳汰機內落到篩板上，便形

3、成一 個密集的物料展，這個物料層，稱為床層。在給料的同時，從跳汰機下部周期性的給入 上下交變的水流，垂直變速水流透過篩孔進入床層，物料就是在這種水流中經受跳汰的 分選過程。4、過程： 當水流上升時，床層被沖起，呈現松散及懸浮的狀態。此時，床層中的礦粒，按其自身的特性（密度、粒度和形狀），彼此作相對運動，開始進行分層。在水流已停止 上升，但還沒有轉為下降水流之前，由于慣性力的作用，礦粒仍在運動，床層繼續松散、分層。水流轉為下降，床層逐漸緊密，但分層仍在繼續。當全部礦粒落回篩面，它們彼 此之間已喪失相對運動的可能，則分層作用基本停止。此時，只有那些密度較高、粒度 很細的礦粒，穿過床層中大塊物料的間

4、隙，仍在向下運動，這種行為可看成是分層現象 的繼續。下降水流結束，床層完全緊密，分層便暫告終止。水流每完成一次周期性變化 所用的時間稱為跳汰周期。在一個跳汰周期內，床層經歷了從緊密到松散分層再緊密的 過程，顆粒受到了分選作用。只有經過多個跳汰周期之后，分層才逐趨完善。最后，高 密度礦粒集中在床層下部，低密度礦粒則聚集在上層。然后，從跳汰機分別排放出來，從而獲得了兩種密度不同，即質量不同的產物。圖 期中，所經歷的松散與分層過程。61 所描繪的就是物料在一個跳沈同物料在跳汰過程中之所以能分層，起主要作用的內因，是礦粒自身的性質，但能讓 分層得以實現的客觀條件，則是垂直升降的交變水流。在跳汰機入料端

5、給入物料的同時，伴同物料也給人了一定量的水平水流。水平水流 雖然對分選也起一定的影響，但它主要是起潤濕和運輸的作用。潤濕是為了防止于物料 進入水中后結團；運輸是負責將分層之后，居于上層的低密度物沖帶而走，使它從跳汰 機的溢流堰排出機外。5、在跳認過程中，跳汰周期特性的基本形式：有三種：即間斷上升介質流、間斷下降介質 流呈升降突變介質流。跳汰周期的特性在一定程 度上決定了跳汰分層的效果，并間接地體現 了跳汰機主要結構特征。假如將垂直介質流的 速度與時間的關系，在直角坐標上繪制成曲 線，則上述三種基本形式的表達如圖 62 所示。這種曲線稱跳汰周期特性曲線，反映了水流運 動形態。曲線上任一點的縱坐標

6、表示水流的速 度，橫坐標表示水流在該速度時所運行的時 間，斜率為水流運動的加速度。（1）只有間斷上升水流的脈動跳汰機，它的水流運動特性如圖 62a 所示。其脈動水流 可通過旋轉閥門來實現。（2）只有間斷下降水流的動篩跳汰機，它的水流運動特性如圖 6-2b 示。這種跳 汰機水介質是靜止的，但篩面在水中作往 復上下運動。當篩面向下運動時，床層離開端面，礦粒實際上沒有受到任何水流作用，完全依靠自重在水中向下松散并進行分層；當篩面向上運動時，篩面與床層接觸，并迫 使它在水中向上運動，相形之下，等于床層受到一股下降水流的作用，床層逐漸緊密。此時，由于篩孔被床層所堵，篩框內的水位高于框外液面，從而在床層中

7、形成一股下降 水流。（3）具有垂直升降交變水流的跳汰機，它的水流運動特性如圖62C 所示。造成這種運動狀態的水流。可用往復運動的活塞或隔膜，如活塞跳汰機、隔膜跳汰機；也可用壓 縮空氣，如篩側空氣室跳汰機和篩下空氣室跳汰機。跳汰周期特性曲線可是上下對稱的，也可以是不對稱的。這種跳汰機，分選效果好，選煤、選礦基本上都是采用該類跳汰機。二、跳汰分選在重力選礦中的地位 1、跳汰分選法的優點：工藝流程簡單、設備操作維修方便、處理能力大、且有足夠的分 選精確度。因此，在生產中應用很普遍，是重力選礦中，最重要的一種分選方法。煤炭分選中，跳汰選煤占很大比重。全世界每年入選煤炭中，有 50左右是采用跳汰機處理；

8、我國跳汰選煤占全部入選原煤量的70。另外，跳汰選煤處理的粒度級別較寬，在 150 一 05mm 范圍；既可不分級入洗，也可分級入洗。跳汰選煤的適應性較強，除非極難選煤，均可優先考慮采用跳汰的方法處理。 62 跳汰過程中垂直交變水流的運動特性一、跳洗機內垂直交變水流的運動特性為了便于分析，現以簡單的活塞跳汰機為例，討論其水流的運動特性?；钊瓩C的工作原理，如圖 63 所示。活塞跳汰機工作時，由于偏心輪 4 轉動，經連桿 5 驅動活塞室 1 內的活塞 6 作往復上下運動。進水管 7 給人篩下水，在活塞往復運動的作用下，使跳汰室 2 中篩板 3 上的床層，經受著垂直升降變速水流的作用。按密度分層的

9、跳汰過程，就是在這種條件下進行的。由圖 6-3 可知，若偏心搶的偏心距r；連桿長度為l，并且連桿長度l 比偏心距 r 大許多，此時，活塞上下運動的速度 即v 可以看作是偏心輪的圓周速度在垂直方向上的投影，跳汰室內水流運動速度u 比活塞運動速度v 小，這是由于活塞與機壁之間有縫隙，存在漏水現象，所以應考慮一個小于1 的漏水系數 ；再有，跳汰室面積小一般均大于活塞室橫斷面積A 1，因此，還應考慮一個反映兩室面積比的系數A 1A 2（見圖 63）。所以，跳汰室內水速速度u 加速度意及行程S（波高）分別為根據式在直角坐標中可繪制活塞跳汰機垂直交變水流的速度、加速度及行程與時間的關系曲線，如圖 64 所

10、示。并可看出活塞跳汰機跳汰周期特性曲線即速度曲線為一條正弦函數曲紛而水流運動的加速度曲線，是一條余弦函數曲線。實際生產中，為了調節床層的松散狀況和水流下降時的吸啜作用（床層逐漸緊密的過程中，細顆粒在下降水流作用下，穿過大顆粒間隙的現象），要從篩下給入補充水、也稱頂水，它的上升流速，即圖 6 4 中所標注的。 。結果，跳汰過程中加大了上升水流的速度，減弱了下降水流的作用。致使上升水流的作用時間稍長于下降水流的作用時間。二、水流運動特性對床層松散與分層的作用由于床層的分層主要是在垂直交變水流的作用下完成，而分層產生又是以床層獲得松散為前提，因此，研究跳汰周期的性質，即水流運動特性及其對床展松散與分

11、層的作用，具有十分重要的意義。為了便于分析問題，現以正弦跳汰周期為例，并將該跳汰周期分為 t1、t2、t3、t3 四個階段（如圖 6-5 所示），分別討論跳汰周期的各階段中水流和床層運動及變化的特點，來考察松散及分層過程。在一個跳汰周期 T 中，介質、床層及礦粒的運動狀態如圖 65 所示。其中圖 6 5a反映在一個跳汰周期內，水流和床層的行程與時間的關系以及床層的松散過程；圖 65b則表示了水流運動的速度、加速度及礦粒運動行程隨時間變化狀況。現按水流運動特性對一個周期內四個階段的作用分析如下：（一） t1 階段：水流加速上升時期或稱上升初期上升水流在前 2 周期內，水流運動的特點是，水流上升，

12、其速度越來越大，速度方向向上，其加速度方向也向上。速度由零增加到最大值，加速度則由最大值減小到零。由圖 6 一 5a 可看出，在 t1 階段初期，床層呈緊密狀態，隨著上升水流的產生，最上層的細小顆粒開始浮動，由于上升水流速度的逐漸加大，水流動壓力大于床層在介質中所受的重力時，床層便脫離篩面而升起，并進而漸次松散。因礦粒密度大于水的密度，使得床層開始升起的時間遲于水。但床層一經松散，便給礦粒提供了相互轉移的條件。于是，低密度顆粒向上啟動時間早，且運動速度快；高密度顆粒則滯后上升，相比之下速度也慢，這種情況對接密度分層是有利的。但是，總的看來如圖6 5。所示，在t1 階段，床層主要仍處于緊密狀態，

13、礦粒的運動和分層受到較大地限制。尤其在這個階段，礦植上升的速度小于水速的增加，使礦粒與介質問的相對速度較大，這就加劇了礦粒粒度和形狀對分層過程的不良影響，而且這段時間延續的愈長（即 t1 愈長），對按密度分層愈不利。由此可見，在水流加速上升時期，水流運動的主要任務，是較快地將床層學起，使其占據一定高度，為床層進一步的充分松散與分層，創造一個空間條件。（二） t2 階段：水流減速上升時期或稱上升末期 上升水流在。 /2 周期內，水流運動的特點是；水流上升，但速度愈來越小，由 最大值降到零，速度方向仍向上為正；水流加速度由零到負的最大值，其方向問下。這 時在水流動力作用下床層繼續上升，松散度逐漸達

14、到最大。礦粒在此期間的上升速度已 開始逐漸減慢，甚至一部分粗粒高密度礦粒在這期間已轉而下降。由于顆粒運動慣性的 作用，物料上升速度比水流上升速度減小得慢，致使礦粒和水流問的相對運動速度變小，以至在某一瞬間它們的相對速度降低到零。此后，水流與礦粒間的相對速度還要再次逐 漸增大，但與上升初期相比，仍然保持在較小的范圍內。因此，在這一期間，礦粒的粒度和形狀對按密度分層的影響較弱，而且， 若是上升水流的負加速度越小，t2 階段延續的時間就越長，密度對礦粒運動狀態起主導作用的時間也就愈長，故對按密度分層的效果 就會愈好。總之，水流在整個上升期間，所肩負的使命，是使床層盡快擴展松散，并使松散狀 態持續一段

15、時間，為按密度分層提供足夠的空間和時間。因此，上升水流作用的時間（t1t2）應盡量長些為宜，并且床層的松散過程，以先從床層上下兩層擴展，故要求上升水 流的運動特性，最理想的是開始短而速，爾后長而緩。（三） t3 階段：水流加速下降時期或稱下降初期 水流運動到 3 2 周期內，水流運動特點是：水流下降，下降速度越來越快，速度方向向下，加速度方向也向下。在這期間，床層雖然還處于松散狀態，但因水流運 動方向已轉而向下，故床層狀況的發展趨勢，是將逐漸趨于緊密。此時，一部分高密度 的粗顆粒在下降水流出現之前已開始沉降，而另一部分密度小粒度又細的礦粒，則由于 本身的慣性，在下降水流的前期還在繼續上升，不過

16、上升速度已經緩慢。隨著下降水流 速度的逐漸增大，前一類礦粒與介質間的相對速度必然漸趨變小，甚至達到某一瞬間而 成零。后一類礦粒盡管在初期是頂著下降水流作上升運動，但是由于這時礦粒運動速度 都比較小，所以與水流之間的相對速度也低，隨著下降水速的增大，這些礦粒將逐漸轉 為下降，基于它們是受水流及重力的雙重作用，其下降速度將比水流速度增加更快，這就使得相對速度進一步降低，而且很快由小于水速轉而追上水速。由此可見， 在 t3 階段，礦粒與介質之間的相對運動速度是較低的，這就有利于礦粒按密度分層。顯然，如果在 下降初期介質流速增加得過快，很有可能使與礦粒之間的相對速度變大，故從這個意義上說，在下降初期，

17、應使水流加速度較小，是長而緩。t3 時間宜長些為佳，即下降初期水流特點應但是應當注意，在這個階段，床層下部高密度的大顆粒，已逐漸落到篩板上，速度 很快為零。整個床展在下降介質流中漸漸緊密起來，機械阻力猛增，粒度大密度高的礦 粒首先失去活動性；而粒度小的礦粒，則在逐漸收縮的床層間隙中繼續朝下運動，這就 是吸啜作用：顯然，由于吸啜作用的存在，可使高密度細顆粒落入床層底部，從而獲得 它應有的歸縮。由此可見，尤其對分選不分級或寬粒級物料，吸啜作用是必不可少的。它即是按密度分層過程的延續，又是分層過程的補充。為了加強吸啜作用，水流應是短 而速。這就與前面分析產生了矛盾，顧及兩方面要求，下降初期水流長而緩

18、應適度。（四） t4 階段；水流減速下降時期或稱下降末期水流運動進入 3 /22 周期內，水流運動特點是：水流繼續下降，但速度越來越 小，由最大絕對值降到零；加速度方向向上，由零增加到最大值。在這段時間年它包括 床層恢復到篩面后的整個階段，渡階段的特點是床層比較緊密，分層過程幾乎完全停止。但由于下降水流依然存在，使得一些細礦粒在下降水流的吸啜作用下，仍然可通過床層 的間隙向下移動，從而使在前期被沖到上層的高密度細礦粒行至床層下方，甚至穿過篩 孔進入跳汰機底部，成為重產物排出，改善了分層效果。但是，倘若下降水流的吸啜作 用過強，作用時間過長，也會使一部分低密度的細礦粒進入底層，導致分選效率下降。

19、因此，在下降末期，吸啜作用應加以適當控制。再有，床層經歷該階段時間過長，則在一個跳汰周期中不起主要分層作用的時間占 得過多，其結果勢必使跳汰機的處理能力降低。此外，如果在此期間床層收縮得過于密 集，將使床展在下一個跳汰循環中，不易很快松散，同樣也降低跳汰機的處理能力?？傊?，水流在整個下降期間，它所肩負的任務，是使床層的松散時間盡可能延長讓 分層過程得以充分進行；但當分層完畢后，下降水流也應盡快停止，既可防止低密度物 混入高密度物中去，又可避免使床層過度緊密。故整個下降水流，初期應適度長而緩，末期應盡量短而速、原有跳汰周期一旦完結。應立即開始一個新的跳汰周期。從上述跳汰周期特性對床層松散與分層的

20、作用可以看出，活塞跳汰機水流運動特性，并非是理想的跳汰周期。因為判斷一個跳汰周期的水流特性是否合理，一般要從三個方 面看，一是對床層的盡快松散是否有利；二是對技密度分層作用的效果；三是針對原料 性質的特點，對吸啜作用的影響。三、跳汰周期的合理選擇 通過上述分析，在實際的生產過程中，使用跳汰方祛選礦，首先提出的是一個如何 合理地確定跳汰周期特性的問題。顯然，該問題的核心是在跳汰過程中，如何突出密度 的主導作用，從而能獲得最佳的分選工藝效果。但是，實現按密度分選的先決條件，是 床層在水流作用下，能呈現良好的松散狀態。為此，首先要分析床層松散過程的機理；然后研究影響跳汰周期的兩個主要參數的作用；在此

21、基礎上，尋求合理確定跳汰周期的 水流特性時，如何考慮與其相關的幾個客觀因素，從而最后解決合理選擇水流特性的問 題。（一）垂直水流作用下底層松散過程的機理床層松散是礦粒得以按密度大小進行分層的前提，松散不足，性質不同的顆粒就難 以相互易位，甚至喪失分層的可能。可以說：跳汰機內，床層的松散狀況，不但決定著 床層分層的好壞。而且還決定著床層的分層速度。一般，床層松散度大，分層速度也快。由于只有當床層處于松散狀況下，才有利分層過程的進行。因此，在一個跳汰周期 中，應盡快使床層松散，并設法延長床層處于松散狀況的時間。為此，在跳汰周期初期，加速床層由緊密變成松散的過程，而當床層達到適當松散后，便設法維持它

22、的狀況，減 慢床層由松散轉為緊密的沉降過程。但在床層緊密后，應迅速地令水流開始一個新的跳 T 過長（即水 汰周期，決不允許在兩個跳汰周期之間，有過長的停頓時間。當跳汰周期 流運動頻率過低） ，可能出現兩個跳汰周期之間床層停頓時間過長，或水流運動特性不當。分選時，床層的松散過程，可能出現以下的三種狀況：（1）在上升水流作用下，如果床層承受的動壓力不足以克服床層在介質中所受的重大，則床層不可能被舉起，松散過程始于上層，然后自上而下逐漸擴展，下層松散最晚，而且也最緊密。它發生在肝升水流作用時間長，水流加速度小時，松散過程進行緩慢。（2）在上升水流作用下，由于水流加速度較大，床層所承受的動壓力大于床層

23、在介 質中的重力時，床展被整個舉起而離開篩面。床層上面是自由空間，而床層下而此時也 形成了一個自由空間。于是床層自上而下兩頭同時擴展進行松散，床層的中間層比較緊 密而且松散得也最晚。這種松散過程進展得很快，它發生在上升水流加速度較大作用時 間又很短的情況下。但應注意的是，在這種情況下，即使床層被整個托起，為了使床層 得到充分松散，不應使水流立即轉為下降，應使上升和下降之間有一個緩慢過渡。否則，床層將像活塞樣，只是上下運動，沒有時間松散，就更不可能分層。（3）當上升水流速度和加速度過大過猛時，跳汰周期一開始，床層就被舉起。于是 床層的松散過程是下部首先開始，而上層松散最晚，上層也最緊密，故松散過

24、程進行得 緩慢。實踐證明，上述三種松散狀況中，以第二種松散狀況為最理想，床層松散快，分選 效果也好。從上述對床層松散狀況的描述中可知，床層松散是由于上升水流的運動速度和加速 度所造成的。具有一定速度和加速度的水流；作用于床層，使床層被舉起而運動，在床 層運動過程中，由于礦粒的密度和粒度各異，致使上升的距離有別。密度大的、粒度粗 的物料，上升的高度就??；密度小的、粒度細的物料，上升高度就大，于是使床層呈現 松散狀態。再有，當水流穿透床層時，由于礦粒的阻撓，產生了大量的渦流，而這些渦 流又轉變為壓力作用于礦粒上，流體動力學稱其為渦流撞擊壓力作用，導致礦粒呈現出 不規則的旋轉，由于礦粒旋轉運動的產生

25、，也促使了床層的松散。因此，可以認為，床 層松散過程的機理，是上升水流產生的動壓力與床層內渦流的撞擊壓力綜合作用的結果。（二）跳汰振幅和跳汰頻率 床層的松散與分層和跳汰周期特性關系很密切，跳汰周期特性恰當與否，直接關系 到床層 u 散與分層的效果。但是影響跳汰周期的因素很多，如跳汰振幅、跳汰頻率、床 層的厚薄、 物料性質（密度組成、粒度組成及形狀）、跳汰機結構、脈動源的類型（活塞、隔膜、壓縮空氣等） 、采用壓縮空氣為脈動源時的風閥特性及風水制度等。實際上，所有 影響水流特性的因素，也都影響床層的松散與分層。在此，僅討論跳汰振幅及跳汰頻率 給予床層的影響，因兩者是相互關聯的。至于其它諸因素將在跳

26、汰機及其操作工藝中進 行分析。1跳汰振幅跳汰周期若已定，跳汰頻率也是定值，水流運動的振幅A 體現著水流運動的速度。一般認為上升水流的速度 u。應大于或等于低密度物中最大顆粒的懸浮速度。對于床層而言，跳汰振幅 A 的大小，決定著床層松散時的空間條件。根據經驗，一般，被選物料粒度粗、密度高，則水流運動的振幅也應大。例如，跳汰選煤，一做要求振幅 A 應大于被選物料最大塊粒度的 052 倍；對于選分金屬礦石，由于其密度高，故振幅 A 相應也要大些。 國內跳汰分選鎢錫礦石時，物料粒度在 1216mm 時，采用的振幅為 810mml；物料粒度小于 3mm 時，振幅則在 46mm 的范圍內。若振幅過大，床層

27、有過度松散的可能，致使容積濃度變小，在分層過程中，粒度和形狀帶來的不利影響增加；振幅過小，床層松散時的空間條件不足，密度不同的礦粒難 以相互易位，也不利于技密度分層。振幅的大小，應根據實際情況而定，它與物料粒度、密度以及床層厚薄、處理量多少等因素有關。2跳汰頻率垂直交變水流的跳汰頻率n 和振幅 A ，綜合地決定了水流運動的速度。和加速度 。一般，增加振幅A ，水流運動速度。增加明顯；而增高頻率。；則對于水流運動的加速度a 影響顯著， u 大 也大。跳汰選煤時，上升水速多在 1422cms 之間，而水流運動的加速度 h 一般都小于重力加速度 g，約為 0109 g 之間。如何有利于床層的松散與分層，頻率和振幅應繞一考慮。其基本關系是：振幅大時，頻率應低；振幅小時，頻率可高。選煤用的跳汰機，絕大多數是以壓縮空氣作為脈動源。當分選寬粒級或不分級煤時，若采用滑動風問，頻率在 70 次 min 左右；如采用旋轉風閥，則頻率多在 3868 次m1n 范圍內。當分選 0513mm 末煤時，其頻率為 59105 次 min。曾有人認為，使跳汰機機械運動頻率與水流自然振蕩頻率（固振頻率）一致為最佳選擇，即共振條件下，此時頻率為4547 次 min，但這僅對不分級跳汰選煤