选矿讲稿(9)-精矿脱水

第九章精矿脱水
第一节概述
一、精矿脱水的意义及作用
精矿含水量是衡量精矿质量的标准之一。

1.定义：脱水就是从含有水分的固体物料中除去水分的过程。

2.脱水作用和目的：
湿式选矿的精矿产品水分含量高，水的重量常为精矿干料重量的几倍。

例如浮选厂的精矿所含的水分约为固体重量的4～5倍，摇床精矿约为5～9倍，跳汰精矿约为2～7倍，湿式磁选精矿约为2～5倍。

运输困难，增加冶炼能耗，降低冶炼炉的利用系数。

因此，国家制定了精矿质量水分限制标准列于表中。

表国家对几种精矿含水量的规定
目的：（1）降低精矿产品的水分，满足用户和运输要求
（2）洗水再用，节约用水；
（3）洗水闭路循环，减少环境污染。

二、固体散物料中水分的性质
精矿水分通常有四类：
1、重力水分
固体颗粒之间空隙中的那部分在重力作用下可以自由硫代的水分，叫做重力水分。

它是物料中最容易脱除的水分。

2、毛细管水分
松散物料的颗粒与颗粒之间有许多孔隙，孔隙较小时可发生毛细管现象，水分子保留在这些孔隙和孔隙度有关，孔隙度越大可能保留的水分越多。

毛细管水分根据所采用的脱水方法和毛细管直径的大小，只可脱除一部分而不能全部脱除。

3、薄（bao）膜水分
由于水分子的偶极作用，将在固体颗粒表面上形成一层水化薄膜，这部分水分叫做薄膜水分。

这是较难脱除的水分，即使采用强大的离心力也很难脱除。

4、吸湿水分
由于固体颗粒表面的吸附作用，把水分子吸附在它的表面上，并通过渗透作用达到固体颗粒的内部。

附着在颗粒表面的水分叫吸附水分；渗透到颗粒内部的水分叫吸收水分，二者合称吸湿水分。

即使用热力干燥的方法也不能把它全部除尽。

图精矿含水的种类
1-毛细水；2-吸湿水；3-重力水；4-薄膜水
三、脱水方法和脱水流程
1、脱水方法
（1）重力脱水：重力脱水可分为自然重力脱水和重力浓缩脱水。

自然重力脱水是利用物料颗粒表面水分的重力作用而脱水，如斗式提升脱水机及脱水仓的脱水；重力浓缩脱水是依靠细粒物料的重力作用，在介质中沉降的方法而脱水，如浓缩池、浓缩机的浓缩脱水。

（2）机械力脱水：机械力脱水可分为筛分脱水、离心脱水、过滤脱水和压滤脱水等。

（3）热能脱水：热能脱水是指利用热能使水蒸发、气化的脱水，如火力干燥日光晒干等。

（4）其他脱水方法
①物理化学脱水：用吸水性的物体(如吸水海绵)或化学品(如生石灰)等吸收水分。

②电化学脱水：煤泥水混合物在外加电场作用下，煤粒等固体细粒带负电荷移向阳极，水分子带正电荷移向阴极，从而实现固液分离。

③声波振动脱水；如低频声波振动过滤及玻璃管式振动澄清等。

2、脱水流程
脱水的顺序是先易后难，由表及里。

（1）两段脱水流程
浓缩——过滤，用于对精矿水分限制不严或精矿脱水性能较好的物料。

（2）三段脱水流程
浓缩——过滤——干燥，用于细粒精矿产品或精矿产品水分限制较严格的物料。

一般，浓缩产品的浓度约为40%——60%；过滤后滤饼的水分在15%——20%，个别容易过滤的物料可能低于10%；干燥产品的水分在10%以下。

第二节沉淀、浓缩
一、沉淀浓缩的基本原理
矿浆中的固体颗粒，在重力作用下向容器底部沉淀，清水则被挤向上方，使较稀的矿浆分出澄清液和浓缩矿浆的过程，称为沉淀浓缩。

1、沉降试验
将一定浓度的悬浮液装在量筒中，经过均匀搅拌并静止进行观察。

其沉降过程如图所示。

在沉降开始时，整个悬浮液浓度均匀，如图中1所示。

沉降开始后，悬浮液中的固体颗粒以其沉降末速进行沉降，颗粒越大沉降速度越快，并逐渐堆积在容器的底部。

因此，底部沉降固体密度增大，如量筒2中的D区，称为压缩区；同时量筒的上部出现澄清区A。

澄清区的下部是沉降区，称为B区。

该区的浓度和开始沉降时的悬浮液浓度相同。

沉降区和压缩区之间没有明显的界线，中间存在一个过渡区C。

随着沉降时间的增长，A区和D区均逐渐增加，B区则逐渐减小直到消失。

B区消失后，C区也随之消失，只剩下澄清区A和压缩区D，如量筒5示。

再过一段时间，由于煤泥的重力挤压作用，其高度还要减小，澄清区扩大。

B区消失时的点称为临界点。

2、沉降曲线
根据沉降试验，每隔一定时间要记录澄清层的高度。

以沉降时间为横坐标、澄清区的高度为纵坐标，做出沉降时间与澄清高度的关系曲线，称为沉降曲线。

沉降曲线一般由三段组成。

第一段和第三段为直线，而中间段为曲线。

第一段如图中的AB段，表明悬浮液在沉降区是等速沉降，直线的斜率越大沉降速度越快；而后，曲线的斜率减小，并且个渐变的过程，曲线呈弯曲状，如BC 段，主要是因为悬浮液浓度渐增加而沉降速度减小。

第三段CD为斜率很小的直线，已属沉淀物被压缩的阶段，压缩
区的高浓度浆体在上面的压力作用下，逐渐把存在于颗粒间部分水向上挤压出去，压缩区的体积逐渐缩小，直到过程终止。

AB和CD段延长线夹角的分角线与曲线的交点P称为临界点。

在达到临界点之前，即沉降时间小于t1时，沉降区存在，接近t1时沉降区迅速消失，沉降速度减慢。

3、浓缩原理
浓缩作业是在浓缩机中实现的。

悬浮液在浓缩机中可分为五个区，即：A区为澄清区；B区为自由沉降区；C区为过渡区；D区为压缩区；E区为浓缩物区。

在这五个区中，B、C、D反映浓缩的过程，A、E反映的是浓缩的结果，即产物区。

二、浓缩机
1、周边传动耙式浓缩机
直径较大的耙式浓缩机常采用周边传动的结构。

这种浓缩机的耙架，一端靠特殊的止推轴承放置在浓缩池的中央支柱上，另一端与传动小车相连接，由小车驱动绕池子的中心线回转。

周边传动耙式浓缩机按结构又分为周边辊轮传动和周边齿条传动两种。

周边齿条传动的耙式浓缩机支架固定在钢筋混凝土支柱上，耙架的一端与支架固定，另一端与传动架相连，并通过传动机构上的辊轮支承在池体边缘的轨道上，电动机经减速装置使传动齿轮沿齿条绕池体中心回转，从而带动耙架转动。

矿浆水由料槽通过支架流人浓缩池，底流浓缩物用砂泵抽出，溢流自溢流槽流出。

整个耙架的重量分别支持有支架和轨道上，支架承受主要重量，并设有电动机的集电装置。

周边传动式浓缩机结构示意图
1―齿条；2―轨道；3―溢流槽；4―浓缩池；5―托架；6―给料槽；7―集电装置；8―卸料口；9―耙架；10―刮板；11―传动小车；12―辊轮；13―齿轮图
2.中心传动耙式浓缩机
中心传动耙式浓缩机又分为两种：小型，直径为1.8—20 m；大型，直径可达53m。

(1)小型中心传动耙式浓缩机
浓缩池体用钢板焊成或钢筋混凝土建造，上部周边焊(建)有溢流槽，型钢制成的侨台横置在池体上，桥台下面设有稳流筒。

桥台上装设有传动装置和耙架的提升机构耙架用螺栓固定在回转轴下面的轮毂上，其中一对耙架的长度稍小于浓缩他的半径，而另一对的长度则等于半径的2／3。

物料由给料管给入浓缩池中央稳流筒，稳流筒的下部边缘浸没在澄清水面以下，悬浮液经稳流筒向四周流散，并产生沉淀作用。

澄清水从周边的溢流溜排出。

当传动装置带动回转轴及耙架转动时，沉淀物由耙架下面的利板刮至池中心的卸料，然后用泵抽出。

(2)大型中心传动耙式浓缩机的结构
大型中心传动耙式浓缩机的浓缩池体均用钢筋混凝土建造。

该浓缩机是由浓缩池池体、传动装置、稳流筒、转动架和耙架等主要部件组成。

耙架的末端和转动架铰接，转动架由传动装置带动旋转。

全部传动装置用罩盖遮盖起来。

设有自动或液压、机械提耙装置。

图中心传动式浓缩机结构
1-手轮；2-涡轮传动机构；3-给矿筒；4-溢流槽；5-耙架；6-池体
第三节过滤
一、概述
1.定义：利用多孔过滤介质(滤布、筛网等)两侧的压力差，将矿浆中的固体和水分离的过程称为过滤。

2.过滤的任务：脱去物料中大部分毛细水分。

3.过滤介质：是一种多孔物质，常用滤布作过滤介质。

滤孔大小可大于固体颗粒直径的好几倍，形成一种拱状结
4.过滤基本原理及过程：
用真空抽吸造成压力差的过滤称为真空过滤；用正压状态造成压力差的过滤称为加压过滤。

真空过滤时，过滤介质一侧为自然大气压，另—侧为抽气设备建立的真空负压，负压的大小用真空度表示，真空度越高，表示它与大气压差越大，抽吸力越强，对于矿浆的真空过滤，真空度一般为0.04—0.065MPa；加压过滤时，过滤介质一侧也为自然大气压，另一侧为正常工作时向压力容器内充以0.3MPa左行的压缩空气形成正压，加压过滤机在此压力下进行过滤、脱水和卸饼等工序。

矿浆过滤过程分为两个阶段，即滤饼生成阶段和滤饼干燥阶段。

在滤饼生成阶段开始时，大量液体及部分微细颗粒透过介质，滤液浑浊，后来由于滤饼的形成逐渐增厚，滤液既要通过滤布又要通过滤饼，滤饼成了主要过滤层，而滤布只起支承滤饼作用，此时滤液变清。

在滤饼干燥阶段，由于滤饼已离开矿浆，空气通过滤饼的孔隙，将存于孔隙中的部分水带走，使滤饼水分显著降低。

随着干燥时间的增加，水分下降越来越慢，到一定时间后，水分基本上不再降低，这段时间就是有效的干燥时间。

5.过滤机类型
过滤机分力加压过滤机和真空过滤机两大类。

用于黑色金属及有色金属精矿脱水，以及化工、轻工、环保等工业部门的固液分离。

真空过滤机是以真空压力为过滤动力的连续过滤设备；加压过滤机是把真空状态下使用的盘式过滤机改为正压状态下过滤。

根据产生压力差的方法不同，过滤机分为：重力过滤机、真空过滤机、压滤机、离心过滤机、磁过滤机。

二、过滤设备
（一）圆筒式真空过滤机
根据过滤表面位置的不同，分为内滤式和外滤式两种。

1.外滤式真空圆筒过滤机：
（1）结构：外滤式真空圆筒过滤机主要由圆筒；分配头；矿浆槽、搅拌器、刮板及传动机构组成。

外滤式又根据结构及卸料方式的不同分为刮刀卸料式、折带卸料式和无格式等几种。

（2）过滤过程：筒体外表面用隔条沿圆周方向分成一定数量的、互不通气的过滤室。

在过滤室上铺设过滤板，它
与筒面形成通道，使滤液流通。

在滤板外面包着滤布，沿轴向50－80mm 的间距缠绕着许多道钢丝，把滤布固定在筒体上。

在每个过滤室上接有过滤管，分别与对应的喉管相同。

后灌装在筒体的端部，与分配头保持滑动接触，起着类似圆盘真空过滤机空心主轴的作用。

当筒体顺时针旋转时，由于分配头的作用，每个过滤室顺次通过过滤区I 、干燥区II 、吹落区IV 和滤布清洗区VI 。

在过滤区形成滤饼，在干燥区进行滤饼干燥，吹落区，滤饼受吹风和刮刀的作用而卸料；在滤布清洗区中，鼓风机继续向过滤室吹风，以清洗滤布，恢复其透气性，准备下一次过滤循环。

由于筒体在旋转过程中的每个时刻，在不同的过滤室中，分别进行着滤饼形成、滤饼干燥和清洗滤布等过程，所以过滤机的工作是连续的。

（2）内滤式真空圆筒过滤机
图 內滤式真空过滤机原理示意图
Ⅰ-过滤区；Ⅱ-滤布清洗区；Ⅲ-卸载区；Ⅳ-脱水区 1-筒体；2-滤饼；3-托轮；4-分配头；5-漏斗；6-皮带运输机
（3）特点：
①滤布装在圆筒内壁上，利用内表面作为过滤面； ②利用圆筒本身下部容纳矿浆，不需要矿浆槽；
③适用于沉降速度快的粗粒精矿及有磁团聚现象的铁精矿。

（一）圆盘式真空过滤机
1.结构：圆盘式真空过滤机由机体、分配头、传动机构和卸料机构等主要部件组成。

2.工作原理及过程：过滤板的一部分放在槽中，槽中煤浆的液面在空心轴线以下，过滤板顺时针转动，依次经过过滤区、干燥区和滤饼吹落区。

当过滤板处在过滤区I 时。

它与真空泵相连，在真空泵的抽气作用下，煤桨被吸附在滤布的表面上进行过滤；当过滤板处在干燥区Ⅲ时，它仍与真空泵相连，但过滤板已离开煤浆，所以抽气的作用是将滤饼孔隙中的水分吸出，进一步脱水；在过滤板处于滤饼吹落区V 时，它与鼓风机相连，利用正压吹风将过滤板上的滤饼吹下。

在这三个工作区的中间，均有过渡区Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ，过渡区是死区，其作用是防止过滤板从一个工作区转入另一个工作区时，互相串气而降低过滤效果。

圆盘式真空过滤机的优点是过滤面积大，占地面积小，生产能力高，结构紧凑，使用灵活，易看管。

适用于各种有色金属矿。

3、真空永磁过滤机
真空磁力过滤机是新发展起来的一种过滤机，专用于磁选铁精矿一类强磁性精矿的脱水，它最大特点是生产能力高。

它具有永久磁块构成的磁极，利用磁力吸引矿浆中的强磁性精矿形成滤饼，再利用真空的负压排除滤饼中的水份。

特点：磁极吸引精矿的能力比真空吸引精矿的能力大得多，可以获得比内滤式过滤机厚得多的滤饼，利用系数可为筒型内滤式真空过滤机的2～3倍。

矿粒越粗，生产率越高。

但这种过滤机的滤饼水分比内滤式真空过滤机稍高些。

第四节干燥
一、概述
1.定义：利用热能从物料中除去少量水分的操作，称为干燥。

2.干燥过程的本质：是被除去的水分从固相移到气相中去，固相为被干燥物料，气相为干燥介质。

3.加热方法：有直接加热法和间接加热法。

①直接加热是加热的气体既作载热体又作干燥介质。

加热气体与干燥物料直接接触时，既向物料传热，又带走从物料中蒸发出来的蒸汽。

效率高，工业多用。

②间接加热是作为载热体的热气体不与物料直接接触。

其热量是利用器壁的热传导传给物体，而物料中蒸发出来的蒸汽，则借助另外的气体做介质而带动。

二、干燥机械
1、干燥机械的分类
①按干燥介质的种类分：空气、热烟气和外线干燥机；
②以操作方法分：间歇和连续；
③以气体与物料运动方向不同分：顺流式、逆流式和复流式；
④按气体与物料传热情况分：直接传热、间接传热；
⑤根据干燥机形状和物料运行情况分为：膛式、滚筒式、井筒式、沸腾床层式、螺旋式和振动式。

2、滚筒干燥机
干燥是利用热能蒸发固体物料中的水分，从而脱水的作业。

是一种最彻底的脱水方法。

（1）结构：由燃烧炉、滚筒、支承托轮、挡轮、传动装置和密封装置组成。

结构见教材图9-16。

规格以筒体直径和长度表示，如φ1米×5米。

图圆筒干燥机结构示意图
1-燃烧炉；2-密封装置；3-齿轮；4-回转圆筒；5-支承托轮；6-传动齿轮；7-减速箱；8-电动机；9-挡轮
（2）滚筒干燥机的干燥过程：当物料进入干燥机时，高温烟气从中穿过而使物料预热蒸发部分水分；并与热烟气形成传导和对流热传递。

当物料移动到带有扬料板上时，链条将在上部空间接受的热量传给物料，物料随滚筒的转动被扬料板提起、洒落，与热烟气进行较充分传递并将扬料板内外壁粘附的物料清扫下来。

当物料移动到带有清扫装置的圆弧形蓖条式扬料板时，物料在干燥机内仍按四区的运动规律进行热传递，随滚筒转动逐渐被破碎而使其中水分蒸发、最终被干燥。

干燥后物料滚动滑行到排料箱，遂完成整个干燥过程。

（3）应用：一般情况下，只有精矿水分达不到国家标准或有特殊要求时才采用干燥作业。

[复习思考题]
1、简述固体散料中水分的性质。

2、简述脱水方法和脱水流程。

3、简述浓缩原理。

常用的浓缩设备有哪些？说明其工作原理。

4、简述过滤原理。

常用的过滤设备有哪些？说明其工作原理。

5、干燥的加热方法有哪些？简述筒式干燥机的工作过程。