跳汰选矿

第三节
跳汰机
国内外采用各种类型的跳汰机,根据设备结构和水流运动方式不同,大 致可以分为以下几种：（1）活塞跳汰机；（2）隔膜跳汰机；（3）空气 脉动跳汰机；（4）动筛跳汰机。 活塞跳汰机是以活塞往复运动，给跳汰机一个垂直上升的脉动水流， 它是跳汰机的最早型式。现在基本上已被隔膜跳汰机和空气脉动跳汰机所 取代。 隔膜跳汰机是用隔膜取代活塞的作用。其传动装置多为偏心连杆机构， 也有采用凸轮杠杆或液压传动装置的。机器外形以矩形、梯形为多，近年 来又出现了圆形。按隔膜的安装位置不同，又可分为上动型（又称旁动 型）、下动型和侧动型隔膜跳汰机，隔膜跳汰机主要用于金属矿选矿厂。 空气脉动跳汰机（亦称无活塞跳汰机），该跳汰机是借助压缩空气， 推动水流作垂直交变运动。按跳汰机空气室的位置不同，分为筛侧空气室 （侧鼓式）和筛下空气室跳汰机。该类型跳汰机主要用于选煤。 动筛跳汰机有机械动筛和人工动筛两种，手动已少用。机械动筛是一 种槽体中水流不脉动，直接靠板上的物料造成周期性地松散。目前为大型 选煤厂尤其是高寒缺水地区选煤厂的块煤排矸提供了有效设备。 下面根据使用范围，区分为选煤用跳汰机和选矿用跳汰机两大类。
图2—5—6 工业上使用的几种典型跳汰周期特性曲线
(a) ua ub， t a
t b ； (b) u a u b ， t a t b ；
( c ) u a u b ，t a t b ； (d ) u a u b ， t a t b
（三）几个典型跳汰周期的分析
水、低密度物及高密度 物运动速度；
— u
度
水流运动的加速
第 I个阶段——水流加速上升时期或称上升初期 水流加速上升时期，水流运动的主要任务，是较快地将床层举起，使 其占据一定高度，为床层进一步的充分松散与分层，创造一个空间条件。 第 II阶段 ——水流减速上升时期或称上升末期 水流在整个上升期间，所肩负的使命，是使床层尽快扩展松散，并使 松散状态持续一段时间，为按密度分层提供足够的空间和时间。因此，上 升水流作用的时间（ t1 + t2 ）应尽量长些为宜，并且床层的松散过程，以先 从床层上下两层扩展，故要求上升水流的运动特性，最理想的是开始短而 速，尔后长而缓。 第 III阶段——水流加速下降时期或称下降初期 在下降初期，应使水流加速度较小，t 3 时间宜长些为佳，即下降初期水 流特点应是长而缓。 吸啜作用是必不可少的。它既是按密度分层过程的延续，又是分层过 程的补充。为了加强吸啜作用，水流应是短而速。顾及两方面要求，下降 初期水流长而缓应适度。 第 IV阶段 ——水流减速下降时期或称下降末期 在下降末期，吸啜作用应加以适当控制。
水流在整个下降期间，它所肩负的任务，是使床层的松 散时间尽可能延长让分层过程得以充分进行；但当分层完毕 后，下降水流也应尽快停止，既可防止低密度物混入高密度 物中去又可避免使床层过度紧密。故整个下降水流，初期应 适度长而缓，末期应尽量短而速。原有跳汰周期一旦完结， 应立即开始一个新的跳汰周期。 从上述跳汰周期特性对床层松散与分层的作用可以看出， 活塞跳汰机水流运动特性，并非是理想的跳汰周期。因为判 断一个跳汰周期的水流特性是否合理，一般要从三个方面看， 一是对床层的尽快松散是否有利；二是对按密度分层作用的 效果；三是针对原料性质的特点，对吸啜作用的影响。
二、分层过程的动力学学说
1. 床层中的矿粒在垂直交变流中的受力分析
（ 1）矿粒在介质中的重力 G0 ，因其方向向下，故为（ +）。 3 d V 即 Go ( ) g 6 （ 2）矿粒与水因有相对运动而引起的介质阻力 R1 。
2 R 1 d V c2
（ 3）由于介质作加速运动，其加速度所产生的惯性力作用在 F1 。 矿粒上，称为介质流对矿粒的附加推力 3
教学重点：
第一节 概述 第二节 跳汰选矿原理
一、按密度分层的位能学说 二、分层过程的动力学学说 三、跳汰过程中垂直交变水流的运动特性
第三节 跳汰机
一、选煤用跳汰机 二、选矿用跳汰机
第四节 跳汰机的操作工艺与制度
一、跳汰机的给料 二、跳汰频率和跳汰振幅 三、风量和水量 四、风阀周期特性 五、床层状态 六、产物的排放、分离
1. 活塞跳汰机的对称跳汰周期特性曲线 2. 上升水速大、作用时间长的跳汰周期特性曲线 3. 上升水速大于下降水速但作用时间相等的跳汰周期 4. 上升水速大但作用时间短的不对称跳汰周期 5. 上升水速较缓但作用时间较长的不对称跳汰周期 实践证明：跳汰周期曲线形式是获得良好选别效果的 重要因素之一。合理的跳汰周期曲线应与被选物料性质相 适应，使床层呈适宜的松散状态，颗粒主要借重力加速度 差相对运动，这是选择跳汰周期曲线的基本原则。
（ 2—5—1） （ 2—5—2） （ 2—5—3）
m1 Ah1 1 1
m2 Ah2 2 2
h1h2 E A(2 2 1 1 ) 2
当分层过程是可以发生时，则必定是正值。 （ 2—5—4）
2 2 1 1
（ 2—5—5）
分层的位能学说完全不涉及流体动力因素的 影响，只就分层前后床层内部能量的变化，说明 了分层的趋势，因而属于静力学体系学说。除了 跳汰以外，所有其它重选分层过程，皆可用此学 说予以解释，故现常将迈耶尔的位能学说视作重 选分层的基本原理。但重选过程离不开流体松散， 则流体动力对颗粒运动的影响就不可避免，故迈 耶尔学说只是一种理想的情况。
图2 —5 —1
矿粒在跳汰时的分层过程
a-分层前颗粒混杂堆积； b-上升水流将床层托起； c-颗粒在水流中沉降分层； d-水流下降，床层密集，重矿物进入底层
跳汰机中水流运动的速度及方向是周期变化的，这样的 水流称作脉动水流。脉动水每完成一次周期性变化所用的时 间即为跳汰周期。在一个周期内表示水速随时间变化的关系 曲线称作跳汰周期曲线。水流在跳汰室中上下运动的最大位 移称为水流冲程。水流每分钟循环的次数称为冲次。 煤炭分选中，跳汰选煤占很大比重。全世界每年入选煤 炭中，有50% 左右是采用跳汰机处理；我国跳汰选煤占全部 入选原煤量的70% 。另外跳汰选煤处理的粒度级别较宽，在 150~0.5mm范围；既可不分级入选，也可分级入选。跳汰选 煤的适应性较强，除非极难选煤，均可优先考虑采用跳汰的 方法处理。 矿石分选中，跳汰选矿是处理粗、中粒矿石的有效方法。 大量地用于分选钨矿、锡矿、金矿及某些稀有金属矿石；此 外，还用于分选铁、锰矿石和非金属矿石。处理金属矿石时， 给 矿 粒 度 上 限 可 达 3 0 ~ 5 0 mm， 回 收 的 粒 度 下 限 为 0.2~0.074mm。
d 2 r cos t dt
经时间
（2—5—9）
t ，活塞的行程 h 可由水速对时间的积分求出，即
t t h 0 dt 0 r sin tdt r (1 cos t )（ 2—5—10）
及行程 s （波高）分别为 跳汰室内水速速度 u 、加速度 u
一、选煤用跳汰机
（一）筛侧空气室跳汰机（鲍姆式跳汰机） 据其结构与用途筛侧空气室跳汰机可分为不分级煤用跳 汰机、块煤跳汰机和末煤跳汰机三种。 筛侧空气室跳汰机的基本结构如图2—5—7所示。
图2—5—7 筛侧空气室跳汰机结构
1—机体； 2—风阀； 3—溢流堰； 4—自动排矸装置的浮标传感器； 5—排矸轮； 6—筛板； 7—排中煤道； 8—排矸道； 9—分隔板； 10—脉动水流； 11—跳汰室； 12—空气室； 13—顶水进水管
A1 u r sin t A2
（ 2—5—11）
A1 u A2
2
r cos t （2—5—12）
（2 —5 —13 ）
A1 s r (1 cos t ) A2
图 2—5—4 活塞跳汰机水流速度、 加速度及行程与时间的变化关系 曲线
（二）水流运动特性对床层松散与分层的作用 为了便于分析问题，现以正弦跳汰周期为例，并
三、跳汰过程中垂直交变水流的运动特性 （一）跳汰机内垂直交变水流的运动特性
图 2—5—3 活塞跳汰机工作原理图 1—活塞室； 2—跳汰室； 3—筛板； 4—偏心轮； 5—连杆； 6—活塞； 7—进水管
或
r sin t
ωrsin
（2—5—8）
min 0 ； 当 0 或 时，活塞的瞬时速度为最小， 当 / 2 时，活塞的瞬时速度达到最大值，即 nr max r 0 .105 nr 30 活塞运动的加速度，可由式（ 2—5—8）的一阶导数求出，即
3 d V
6

除式（2—5—6）两侧，便可得到单位质
量矿粒的运动微分方程式，即
2 6 c d c d j g u dt d V dt
（ 2—5—7）
对跳汰过程中颗粒运动微分方程式的分析， 可归纳两个重要点： （1 ）矿粒运动状态除和密度有关外，还与粒度 及形状有关。而粒度及形状的影响仅体现在介 质阻力加速度（即第二项）上，其数值与相对 速度的平方成正比。因此，在跳汰过程中，尽 量减小矿粒与介质之间的相对运动速度是至关 重要的； （2 ）介质的运动状态（速度和加速度）对矿粒 的运动或者说对床层的分层有重要影响。因此， 只要选择恰当的水速及加速度为按密度分层创 造有利的条件。
第二节 跳汰选矿原理
一、按密度分层的位能学说
由热力学第二定律可知，任何封闭体系都趋向于自由能的 降低，即一种过程如果变化前后伴随着能量的降低，则该过程 将自动地进行。德国人迈耶尔（ E.W.Mayer， 1947）应用这一 普遍原理分析了跳汰过程，认为床层的分层过程是一个位能降 低的过程。因此当床层适当松散时，重矿物颗粒下降，轻矿物 颗粒上升，应该是一种必然的趋势。图 2 — 5 —2表示了床层分 层前与分层后的理想变化情况。若取床层的底面为基准面，基 准面的面积为 A。
2. 矿粒在垂直交变介质流中运动微分方程式的建立