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浓缩

发布时间:2008-08-02 00:00 作者:互联网 来源:百科
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浓缩(thickening)矿浆的初步脱水过程,矿浆中的矿粒因受重力或离心力作用而沉降,分成澄清液和浓矿浆。它是选矿产品脱水的重要方法,可用于处理固体浓度为1%~25%的各种矿浆,其浓缩产品浓度可达50%~70%,溢流

浓缩(thickening)

矿浆的初步脱水过程,矿浆中的矿粒因受重力或离心力作用而沉降,分成澄清液和浓矿浆。它是选矿产品脱水的重要方法,可用于处理固体浓度为1%~25%的各种矿浆,其浓缩产品浓度可达50%~70%,溢流接近于澄清。浓缩分为重力浓缩和离心力浓缩两类,以重力浓缩应用最广。浓缩设备也分为重力浓缩设备和离心力浓缩设备两大类;前者包括耙式浓缩机、高效浓缩机、深锥浓缩机和倾斜板浓缩机等,后者包括水力旋流器沉淀离心机(见离心浓缩设备)。耙式浓缩机最为常用。

重力浓缩矿粒受重力作用而沉降,使固体与液体分离,从而实现矿浆浓缩的过程。

重力浓缩过程的分区现象矿浆在重力浓缩过程中因矿粒沉降而出现分区现象,即在垂直方向形成浓度不同的各分层,矿浆的浓度由上往下逐渐增加。图1为在有刻度的量筒中进行沉降试验时所观察到的矿浆逐步分层的情况。沉降开始前矿浆经充分搅拌,呈浓度均匀的悬浮液(图1,1)。沉降开始后,较粗的颗粒沉降较快,在底部出现稠密的沉淀区,称为压缩区D(图1,2);上部出现澄清液,称为澄清区A。在A区和D区间还存在沉降区B和过渡区c,B区的浓度与沉降开始前矿浆的浓度相同。随着沉降过程的进行,D区和A区逐渐增大,而B区则逐渐减小(图1,3、4)。最后B区消失,c区也随着消失(图1,5)。B区消失的点称为临界点。沉降继续进行,D区受压缩逐渐减小(图1,6),但其减小的速度是很缓慢的。

沉降曲线通过沉降试验,以沉降时间为横坐标,澄清区的高度为纵坐标绘制的曲线(图2)。根据沉降曲线,可计算矿浆在沉降区的沉降速度和任一沉降时间后可能得到的沉淀产品的平均浓度。理想沉降曲线由两直线段AB和BD组成,交点B代表临界点。在临界点之前(t<t1),与澄清区交界的是沉降区,矿浆的澄清速度由沉降区的沉降速度决定。在临界点之后(t>t1),与澄清区交界的是压缩区,矿浆的澄清速度由压缩区的沉降速度决定。线段AB的斜率即矿浆在沉降区的沉降速度。线段BD的斜率为矿浆在压缩区的沉降速度。矿浆在沉降区的沉降速度比在压缩区要大得多。在连续沉淀过程中,由于矿浆的不断加入与排出,总存在着沉降区。因此矿浆的澄清速度是以沉降区的沉降速度来计算的。实际的沉降曲线在两直线段间存在过渡的曲线段,在此线段中沉降速度开始降得很快,其后趋于缓慢。临界点位于两个降速阶段的交接点。

重力浓缩设备的计算方法包括计算浓缩面积和高度(以耙式浓缩机为例)。常用方法有多次沉降试验求算法和一次沉降试验求算法两种。

(1)多次沉降试验求算法。由科依(H.S.COE)和克利杰(G.H.CIevenger)于1916年提出,利用图2的沉降曲线计算浓缩机所需面积和高度。计算浓缩机所需面积(F),需先计算矿浆在沉降区的沉降速度v(m/h):

式中H。为到达临界点时澄清层的高度,m;t1为相应的沉降时间,h。浓缩机每日(d=24h)沉淀1t干固体所需面积(称为单位浓缩面积)f(m2/(t•d))为

式中R。为给入浓缩机矿浆的液固比,m3/t;R2为排出浓浆的液固比,m3/t;K为有效利用面积和矿量波动的校正系数,取0.7~0.8。考虑给矿浓度的波动,以几种不同浓度(Ro)的矿浆进行试验(所选浓度值应介于给矿浓度与浓浆浓度之间),求得相应的_厂值。最后选择最大厂值计算所需面积(m2):

F=fQ

式中Q为以固体计算的浓缩机生产率,t/d。

浓缩机所需高度(日)由四部分组成:

H=h1+h2+h3+h4

式中矗,为澄清区高度,取0.3~0.9m;h2为沉降区高度,取0.3~0.6m;h3为压缩区高度;h4为耙子运动区高度。h3、h4按下列公式计算:

式中Rm为压缩区平均液固比,m3/t,它是临界点矿浆的液固比R1与排出浓浆液固比R2的算术平均值;f为压缩时间,h,它是从临界点(t1)开始,直至达到所需浓浆液固比t2经过的时间,即t=t2-t1;艿为固体密度,kg/m3。D为浓缩机直径,m;a为浓缩机底部坡度,通常为12。。

(2)一次沉降试验求算法。由塔尔梅奇(W.P.Talmage)和菲奇(E.B.Fitch)于1955年提出的。这个方法的实质是用一种较稀的矿浆浓度(例如10%)做一次沉降试验,由于沉降过程中矿浆的浓度逐渐变大,沉降速度逐渐变慢,因此可从一条曲线中求得各种浓度时的沉降速度。将一次沉降试验结果绘制成悬浮层高度与时间的关系曲线(图3)。设沉降试验开始时矿浆的初始浓度和高度分别为C。、H。,其后随着澄清层的出现,悬浮层的高度逐渐下降,相应矿浆的平均浓度则增大。任一悬浮层高度Hi(m)下的矿浆浓度Ci(t/m3矿浆)可用下式求出:

 

由Hi引切线与沉降曲线相切于L,切线的斜率即为矿浆初始浓度c。下的沉降速度n。选取不同的初始浓度Ci1,ci2……,计算出相应的悬浮层高度Hi1,Hi2……,再引切线与沉降曲线相切于L1,L2,……,求出各切线的斜率,得出各相应的沉降速度vi1,vi2,……。最后计算不同浓度下的单位浓缩面积f1,f2……,以其最大者计算所需的面积。计算公式如下:

式中HL,tL分别为与切点L相应的悬浮层高度和沉降时间;Ci、Ri分别为选取的矿浆初始浓度和液固比;C2、Ri分别为排出浓浆的浓度和液固比。矿浆浓度与液固比的互换公式如下:

确定浓缩机面积后,按照与多次沉降试验求算法中相同的方法求算浓缩机的高度。

实践证明,多次沉降试验法高估了浓缩机的处理能力,导致求得的面积偏小;而一次沉降试验法则低估了浓缩机的处理能力,导致求得的面积偏大。但它们仍不失为计算浓缩机的主要方法。由于一次沉降试验法操作简便,应用较普遍。

离心浓缩矿粒在作回转运动时因受到离心力作用而沉降,从而使固液分离实现矿浆浓缩的过程。由于矿粒在离心力场的沉降速度远大于它在重力场的沉降速度,离心浓缩能有效地处理极细微矿粒的矿浆。运用斯托克斯阻力公式可求出细微颗粒的离心沉降速度(m/s):

式中d为颗粒直径,m;δ为固体密度,kg/m3;10为液体密度,kg/m3;u为液体粘度,Pa•s;vt为颗粒旋转运动切线速度,m/s;r为颗粒运动的半径,m。在离心浓缩设备中常用离心分离因数K来衡量离心力强度的大小,其值等于离心加速度与重力加速度之比:

式中g为重力加速度,m/s2。离心分离因数愈大,表示离心力的作用愈强,愈易使矿粒沉降。离心浓缩设备一般K值介于500~2000,故其单位沉降面积的处理能力远大于重力浓缩设备。

矿浆的预絮凝利用无机凝结剂(凝聚剂)或有机高分子絮凝剂能使矿浆中的细颗粒结合成大的凝聚体或絮团,加速细粒的沉降,提高浓缩设备的澄清能力。预絮凝技术已成为现代浓缩操作中的重要组成部分。通常联合使用凝聚剂和絮凝剂并用专门的方法搅拌矿浆以获得十分致密的絮团。这种絮团密度较大,沉降较快,携带的液体量也较少,浓缩效果好。常用的无机凝聚剂有石灰硫酸、明矾、三氯化、三氯化等;常用的有机高分子絮凝剂有聚丙烯酰和聚氧乙烯。有机高分子絮凝剂的絮凝能力强,用量低(5~50g,/m3(矿浆)),使用时需预先配制成0.02%~0.1%的稀溶液,并与矿浆充分混合。


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