1. 工业节水技术的政策大纲
工业用水主要包括冷却用水、热力和工艺用水、洗涤用水。其中工业冷却水用量占工业用水总量的80%左右,取水量占工业取水总量的30-40%。火力发电、钢铁、石油、石化、化工、造纸、纺织、有色金属、食品与发酵等八个行业取水量约占全国工业总取水量的60%(含火力发电直流冷却用水)。 大力发展和推广工业用水重复利用技术,提高水的重复利用率是工业节水的首要途径。
1.1 大力发展循环用水系统、串联用水系统和回用水系统。推进企业用水网络集成技术的开发与应用,优化企业用水网络系统。鼓励在新建、扩建和改建项目中采用水网络集成技术。
1.2 发展和推广蒸汽冷凝水回收再利用技术。优化企业蒸汽冷凝水回收网络,发展闭式回收系统。推广使用蒸汽冷凝水的回收设备和装置,推广漏汽率小、背压度大的节水型疏水器。优化蒸汽冷凝水除铁、除油技术。
1.3 发展外排废水回用和“零排放”技术。鼓励和支持企业外排废(污)水处理后回用,大力推广外排废(污)水处理后回用于循环冷却水系统的技术。在缺水以及生态环境要求高的地区,鼓励企业应用废水“零排放”技术。 发展高效冷却节水技术是工业节水的重点。
2.1 发展高效换热技术和设备。推广物料换热节水技术,优化换热流程和换热器组合,发展新型高效换热器。
2.2 鼓励发展高效环保节水型冷却塔和其他冷却构筑物。优化循环冷却水系统,加快淘汰冷却效率低、用水量大的冷却池、喷水池等冷却构筑物。推广高效新型旁滤器,淘汰低效反冲洗水量大的旁滤设施。
2.3 发展高效循环冷却水处理技术。在敞开式循环间接冷却水系统,推广浓缩倍数大于4的水处理运行技术;逐步淘汰浓缩倍数小于3的水处理运行技术;限制使用高磷锌水处理技术;开发应用环保型水处理药剂和配方。
2.4 发展空气冷却技术。在缺水以及气候条件适宜的地区推广空气冷却技术。鼓励研究开发运行高效、经济合理的空气冷却技术和设备。
2.5 在加热炉等高温设备推广应用汽化冷却技术。应充分利用汽、水分离后的汽。 工业生产的热力和工艺系统用水分为锅炉给水、蒸汽、热水、纯水、软化水、脱盐水、去离子水等,其用水量居工业用水量的第二位,仅次于冷却用水。节约热力和工艺系统用水是工业节水的重要组成部分。
3.1 推广生产工艺(装置内、装置间、工序内、工序间)的热联合技术。
3.2 推广中压产汽设备的给水使用除盐水、低压产汽设备的给水使用软化水。推广使用闭式循环水汽取样装置。研究开发能够实现“零排放”的热水锅炉和蒸汽锅炉水处理技术、锅炉气力排灰渣技术和“零排放”无堵塞湿法脱硫技术。
3.3 发展干式蒸馏、干式汽提、无蒸汽除氧等少用或不用蒸汽的技术。优化蒸汽自动调节系统。
3.4 优化锅炉给水、工艺用水的制备工艺。鼓励采用逆流再生、双层床、清洗水回收等技术降低自用水量。研究开发锅炉给水、工艺用水制备新技术、新设备,逐步推广电去离子净水技术。 在工业生产过程中洗涤用水分为产品洗涤、装备清洗和环境洗涤用水。
4.1 推广逆流漂洗、喷淋洗涤、汽水冲洗、气雾喷洗、高压水洗、振荡水洗、高效转盘等节水技术和设备。
4.2 发展装备节水清洗技术。推广可再循环再利用的清洗剂或多步合一的清洗剂及清洗技术;推广干冰清洗、微生物清洗、喷淋清洗、水汽脉冲清洗、不停车在线清洗等技术。
4.3 发展环境节水洗涤技术。推广使用再生水和具有光催化或空气催化的自清洁涂膜技术。
4.4 推广可以减少用水的各类水洗助剂和相关化学品。开发各类高效环保型清洗剂、微生物清洗剂和高效水洗机。开发研究环保型溶剂、干洗机、离子体清洗等无水洗涤技术和设备。 5.1 推广使用新型滤料高精度过滤技术、汽水反冲洗技术等降低反洗用水量技术。推广回收利用反洗排水和沉淀池排泥水的技术。
5.2 鼓励在废水处理中应用臭氧、紫外线等无二次污染消毒技术。开发和推广超临界水处理、光化学处理、新型生物法、活性炭吸附法、膜法等技术在工业废水处理中的应用。 6.1 发展海水直接利用技术。在沿海地区工业企业大力推广海水直流冷却和海水循环冷却技术。
6.2 积极发展海水和苦咸水淡化处理技术。实施以海水淡化为主,兼顾卤水制盐以及提取其他有用成分相结合的产业链技术,提高海水淡化综合效益。通过扩大海水淡化装置规模、实施能量回收等技术降低海水淡化成本。发展海水淡化设备的成套化、系列化、标准化制造技术。
6.3 发展采煤、采油、采矿等矿井水的资源化利用技术。推广矿井水作为矿区工业用水和生活用水、农田用水等替代水源应用技术。 降低输水管网、用水管网、用水设备(器具)的漏损率,是工业节水的一个重要途径。
7.1 发展新型输用水管材。限制并逐步淘汰传统的铸铁管和镀锌管,加速发展机械强度高、刚性好、安装方便的水管。发展不泄漏、便于操作和监控、寿命长的阀门和管件。
7.2 优化工业供水压力、液面、水量控制技术。发展便捷、实用的工业水管网和设备(器具)的检漏设备、仪器和技术。
7.3 研究开发管网和设备(器具)的快速堵漏修复技术。 工业用水的计量、控制是用水统计、管理和节水技术进步的基础工作。
8.1 重点用水系统和设备应配置计量水表和控制仪表。完善和修订有关的各类设计规范,明确水计量和监控仪表的设计安装及精度要求。重点用水系统和设备应逐步完善计算机和自动监控系统。
8.2 鼓励和推广企业建立用水和节水计算机管理系统和数据库。
8.3 鼓励开发生产新型工业水量计量仪表、限量水表和限时控制、水压控制、水位控制、水位传感控制等控制仪表。 节水工艺是指通过改变生产原料、工艺和设备或用水方式,实现少用水或不用水。它是更高层次(节水、节能、提高产品质量等)的源头节水技术。
9.1 大力发展和推广火力发电、钢铁、电石等工业干式除灰与干式输灰(渣)、高浓度灰渣输送、冲灰水回收利用等节水技术和设备以及冶炼厂干法收尘净化技术。
9.2 推广燃气—蒸汽联合循环发电、洁净煤燃烧发电技术。研究开发使用天然气等石化燃料发电等少用水的发电工艺和技术。
9.3 推广钢铁工业融熔还原等非高炉炼铁工艺,开发薄带连铸工艺。推广炼焦生产中的干熄焦或低水分熄焦工艺。
9.4 鼓励加氢精制工艺,淘汰油品精制中的酸碱洗涤工艺。
9.5 发展合成氨生产节水工艺。采用低能耗的脱碳工艺替代水洗脱除二氧化碳、低热耗苯菲尔工艺和MDEA脱碳工艺;推广全低变工艺、NHD脱硫、脱碳的气体净化工艺;发展以天然气为原料制氨;推广醇烃化精制及低压低能耗氨合成系统;以重油为原料生产合成氨,采用干法回收炭黑。
9.6 发展尿素生产节水工艺。在新建装置推广采用CO2和NH3汽提工艺。推广水溶液全循环尿素节能节水增产工艺。中、小型尿素装置推广尿素废液深度水解解吸工艺。
9.7 推广甲醇生产低压合成工艺。
9.8 发展烧碱生产节水工艺。推广离子膜法烧碱,采用三效逆流蒸发改造传统的顺流蒸发。推广万吨级三效逆流蒸发装置和高效自然强制循环蒸发器。
9.9 发展纯碱生产节水工艺。氨碱法工厂推广真空蒸馏、干法加灰技术。
9.10 发展硫酸生产酸洗净化节水工艺和新型换热设备,逐步淘汰水洗净化工艺和传统的铸铁冷却排管。
9.11 发展纺织生产节水工艺。推广使用高效节水型助剂;推广使用生物酶处理技术、高效短流程前处理工艺、冷轧堆一步法前处理工艺、染色一浴法新工艺、低水位逆流漂洗工艺和高温高压小浴比液流染色工艺及设备;研究开发高温高压气流染色、微悬浮体染整、低温等离子体加工工艺及设备。
鼓励纺织印染加工企业采用天然彩棉等节水型生产原料,推广天然彩棉新型制造技术。
9.12 发展造纸工业化学制浆节水工艺。推广纤维原料洗涤水循环使用工艺系统;推广低卡伯值蒸煮、漂前氧脱木素处理、封闭式洗筛系统;发展无元素氯或全无氯漂白,研究开发适合草浆特点的低氯漂白和全无氯漂白,合理组织漂白洗浆滤液的逆流使用;推广中浓技术和过程智能化控制技术;发展提高碱回收黑液多效蒸发站二次蒸汽冷凝水回用率的工艺。发展机械浆、二次纤维浆的制浆水循环使用工艺系统;推广高效沉淀过滤设备白水回收技术,加强白水封闭循环工艺研究;开发白水回收和中段废水二级生化处理后回用技术和装备。
9.13 发展食品与发酵工业节水工艺。根据不同产品和不同生产工艺,开发干法、半湿法和湿法制备淀粉取水闭环流程工艺。推广脱胚玉米粉生产酒精、淀粉生产味精和柠檬酸等发酵产品的取水闭环流程工艺。推广高浓糖化醪发酵(酒精、啤酒、味精、酵母、柠檬酸等)和高浓母液(味精等)提取工艺。推广采用双效以上蒸发器的浓缩工艺。淘汰淀粉质原料高温蒸煮糊化、低浓度糖液发酵、低浓度母液提取等工艺。研究开发啤酒麦汁一段冷却、酒精差压蒸馏装置等。
9.14 发展油田节水工艺。推广优化注水技术,减少无效注水量。对特高含水期油田,采取细分层注水,细分层堵水、调剖等技术措施,控制注入水量。推广先进适用的油田产出水处理回注工艺。对特低渗透油田的采出水,推广精细处理工艺。注蒸汽开采的稠油油田,推广稠油污水深度处理回用注汽锅炉技术。研发三次采油采出水处理回用工艺技术。推广油气田施工和井下作业节水工艺。
9.15 发展煤炭生产节水工艺。推广煤炭采掘过程的有效保水措施,防止矿坑漏水或突水。开发和应用对围岩破坏小、水流失少的先进采掘工艺和设备。开发和应用动筛跳汰机等节水选煤设备。开发和应用干法选煤工艺和设备。研究开发大型先进的脱水和煤泥水处理设备。
9.16 推广水泥窑外分解新型干法生产新工艺,逐步淘汰湿法生产工艺。

2. 跳汰机有哪些类型
跳汰机类型较多,根据使跳汰机内的水流产生上升下降垂直交变运动的方式不同,可将跳汰机分成以下几种:
偏心连杆式跳汰机(包括活塞跳汰机和隔膜跳汰机)、无活塞跳汰机、水力鼓动跳汰机、动筛跳汰机等。
目前,选矿厂主要使用的是隔膜跳汰机。根据隔膜位置的不同又可分为:①上动型隔膜跳汰机(又称典瓦尔型.),它的隔膜室位于机体的上部;,②下动型圆锥隔膜跳汰机,它的隔膜位于跳汰室之下;③侧勃型隔膜跳汰机,它的隔膜位于跳汰室的一侧,,其中包括形跳汰机、矩型跳汰机等。
活塞跳汰机中水运动不是靠活塞或隔膜的直接传动,而是由风机送来的压缩空气使水做上下交变运动的。这种跳汰机一般在煤工业中应用。
筛跳汰机是利用筛子在水中上下运动,造成上升与下降水流。我国一些小型选厂的简便手摇跳汰机属于这一类型。
3. 求一篇选煤技术中浮选的方法的论文,5000字左右,谢谢,
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选煤工艺流程的选择应以原料煤性质、用户对产品的要
求、最大产率和最高经济效益等因素为依据,科学确定简单、
高效、合理可行并且能够满足技术经济要求的工艺流程。选
择具有先进技术和生产可靠的分选方法;根据用户的要求能
分选出不同质量规格的产品;在满足产品质量要求的前提下
获得最大精煤产率,同时力求最高的经济效益和社会效益。
选煤方法是制定选煤工艺流程的核心问题。选煤方法
的确定主要取决于煤的可选性和产品质量要求,也要考虑煤
的种类、粒度、地区水资源条件、能够获取的设备技术水平以
及技术经济上的合理性等其他因素。跳汰选煤方法在大多
数国家煤炭分选比例中占有主导地位,但是近年来我国在重
介质选煤规模和技术水平方面有了较大的发展和提高,尤其
是三产品重介质旋流器选煤的应用更是有了长足进展。本
文就选煤方法进行阐述。
l跳汰选煤法
跳汰选煤法工艺流程简单、生产能力强、维护管理方便、
生产成本低、分选极易选和易选性煤可以获得较高的数量效
率。在处理一般可选性煤时,也能达到较好的工艺指标,因
此,在选煤厂设计中普遍采用。跳汰选煤法的适应性强。分
选粒级宽,分选上限可达50—100姗,下限为0.3—0.5 mill。
既可以分级入选,也可以不分级人选。跳汰选煤法的分选效
率受给料性质影响较大,在细粒物料多、可选性差的条件下,
分选效率会显著下降。跳汰机对于易选煤的分选精度与重
介质选相当,但是,在要求出低灰精煤产品时,如果分选密度
低于1.40 g/cm,时,可能由于可选性变难,造成跳汰机难以
操作,无法保证正常分选效果。跳汰机排矸不受分选密度高
的限制,但是对于原煤中块矸含量很多,特别是矸石易于泥
化条件下,采用动筛跳汰机排矸也是选煤设计的特点,这样
可以将泥岩矸石尽早从系统中排出,对后续主选工艺非常有
利。近年来,对跳汰机的结构进行了大量的改进。数控风阀
和排矸自动化技术都有了明显的提高,跳汰分选效率得到很
大的提高,对于易选和一般性可选的煤,在技术经济合理的
情况下,仍然可以采用选煤方法。
2重介质选煤法
重介质选煤法是重力选煤方法中重要的方法之一适宜
分选难选和极难选煤,它的分选粒级宽。目前,在重力场中
分选时,块煤重介质分选粒度上限一般为300 mm,最大可达
1 000 mill,下限为3—6 mm。如果在离心力场中(如重介质旋
流器内)分选,分选粒度下限为0.15—0.2 mm,甚至更小些。
给料的粒度上限,主要由重介质旋流器的人料管直径决定,
目前末煤用重介质旋流器分选粒度上限为13—25 mm,大直
径无压给料重介质旋流器的人料粒度上限可达50一80 mm。
重介质分选可实现稳定的低密度分选,分选精度高,能
够生产出高质量的精煤并得到较好的分选指标。重介质分
选易于实现自动控制,人为操作因素小,块煤分选机分选效
率可达95%,重介质旋流器约达90%左右。块煤重介质分选
机无论是作为选矸还是作为主要分选设备,在我国都得到很
大的发展。但是块煤重介质分选机在排矸分选密度大于
1.80 g/cm3时,重介质悬浮液难以配制,这时可以考虑采用
单段跳汰机。
重介质旋流器随着技术发展,入选粒度上限已扩大到38
.80 mm。已在更多的选煤厂设计中得到应用。当要求出块
煤产品时,采用有压人料重介旋流器不利于保护块煤产品,
但有效分选下限较低。三产品无压入料重介质旋流器是近
年来发展起来的一项新技术,它的特点是能以单一低密度重
介质悬浮液系统一次分选出质量合格的精煤、中煤和矸石产
品,相对有压人料重介质旋流器能够减少矸石泥化,省略了
一套高密度重介质悬浮液的制备、循环、回收系统,简化了流
程,降低了成本。三产品无压人料重介质旋流器分选技术已
在国内众多炼焦煤选煤厂得到应用。
重介质选煤流程较为复杂,设备、管道、阀门容易磨损,
维修养护工作量较大。在操作、调节方面的要求更严格,保
证设备正常运行对生产控制自动化要求更高。随着新的耐
磨材料的使用,设备、管道等磨损严重的问题逐渐得到一定
程度的解决,而介质耗量较大仍是困扰我国重介质选煤的一
个主要问题。当原煤中矸石易于泥化,细泥含量很大的时
候,工作悬浮液的密度、粘度等特性参数会发生很大变化,导
致分选效果变坏,也会给脱介和介质系统带来许多问题,此
时,选择重介质选,特别是有压入料重介质旋流器时,应当十
分谨慎。目前采用重介质选煤法的主要是炼焦煤选煤厂,对
于动力煤选煤厂是否采用应当进行全面技术经济比较。
3煤泥浮选法
浮选既是煤泥分选方法,也是选煤厂洗水净化的有效方
法。随着采煤机械化程度不断提高,煤矿开采深度加大,原
煤中<0.5 mnl的粉煤量也越来越多,一般可达20%以上,因
此回收这部分精煤更加重要,浮选作为煤泥分选的惟一有效
方法也就得到更为广泛的应用。近年来,浮选机的发展迅
速,浮选柱技术得到推广应用,而微泡浮选机和喷射式浮选
机也在许多选煤厂得到应用,浮选设备向着大型、高效方向
发展。浮选成本虽然较高,但是对于炼焦煤选煤厂来说,回
收大量浮选精煤仍然可以获得可观的经济效益。
4摇床选煤法
摇床能够处理13 inn3以下的易选末煤和煤泥,它的优点
是结构简单、易操作、分选效果好、生产成本低、分选下限可
达200网目,由于摇床对细粒煤分选效果好,对于硫铁矿含
量高的高硫煤脱硫具有较好的脱硫效果,因此,在我国煤炭
含硫量较高的西南地区选煤厂中得到一些应用。从高硫煤
中回收硫铁矿,既可以减少高硫煤使用对环境带来的污染,
也可以向化工、化肥等行业提供工业原料,因此得到愈来愈
多的重视和应用。摇床的主要缺点是单层摇床单位面积处
理能力低,占地面积大。多层悬挂式摇床在很大程度上弥补
了普通摇床的缺点,而双头离心摇床则有效地降低了分选下
限,提高了对煤中硫铁矿的脱除能力。近年来摇床也作为从
洗矸中脱硫的主要设备。
5螺旋分选机选煤法和螺旋滚筒分选机
螺旋分选机适于处理13 inrtl以下的易选末煤和粗煤泥。
在实际应用中主要用于粗煤泥的分选,最佳分选粒度为1—
0.075 mill或2—0.10mill,有效分选粒度为6—0.075 mill,介于
跳汰选与浮选之间。螺旋分选机本身没有运动部件,占地面
积小。其缺点是高度大,设备参数不易确定和调整。螺旋分
选机可以和浮选机组成联合流程,分别处理粗煤泥和细煤
泥。可以有效地降低生产成本。
螺旋滚筒分选机用于处理6咖以上的物料。它以人选
原煤中小于0.3 mm的粉煤作为介质与水混合形成较稳定的
悬浮液,所以,又称为自生介质滚筒。螺旋滚筒分选机流程
简单,并具有拆装方便的特点,可以作为简易选煤设备用于
动力煤、炼焦煤(易选、中等可选)、脏杂煤及煤矸石的分选。
6水介质旋流器选煤法
水介质旋流器的突出优点是去掉了介质回收与净化工
艺过程,与其他高效分选设备配合使用,可以减少主要分选
设备的人选量,可用来处理易选末煤或粗煤泥。与其他末煤
或粗煤泥的分选设备相比,它的处理能力大,但是它只能保
证一种产物的质量合格,因此,水介质旋流器的使用应当考
虑两段选及联合流程,一般将水介质旋流器用做初选设备。
水介质旋流器本身没有运动部件,系统简单,生产成本低,但
其分选效率不高,国内外资料表明,其可能偏差E值在0.09
一O.21之间。
7 干选法j
传统的干法风力分选、风力跳汰和风力摇床分选效率
低,要求人料分级比小,水分低,世界各国已很少采用。我国
从20世纪80年代开始研究空气重介质流化床干法选煤工
艺,1992年,一座50 t/'h空气重介质流化床干法选煤示范厂
在七台河市投入使用,可以用来处理难选或极难选煤。空气
重介质选煤厂主要包括人选原煤准备系统、选煤系统、重介
质的脱介和回收系统、供风和除尘系统以及产品运输系统。
空气重介质分选研究为干法选煤开拓了良好的发展前景。
我国吸收了无风干式摇床和风选机的优点后,研制出了复合
式干法分选机。复合式干法分选机的人料粒度范围是80—0
衄,在宽粒度级别的情况下,细粒物料与空气形成气一固两
相混合介质,这种自生介质的分选作用可以提高分选效果。
实际应用表明,在宽粒度级别(80—0 ram)情况下分选效果较
好,而对于6—0 mm粉煤的分选效果不理想。目前,复合式
干法分选机在我国东北、西北等严寒和干旱地区的一些选煤
厂中应用。干法选煤对于缺水地区、以及遇水容易泥化的煤
种具有实际应用意义。
8 结束语
选煤方法的选择是选煤工艺的流程设计中的重要环节。
相关因素是多方面的,如:原煤粒度组成特性(含粒度组成)、
密度特性(含可选性);硫分构成及其赋存嵌布特性;产品结
构(含市场需求);分选效率;分选加工费用;相关的基建投资
费用;综合经济效益等。因此,选煤方法的确定必须作全面
的技术经济多方案比较,择优选用。现代化选煤厂最主要的
特点是效率高,这体现在能够适合人选原煤煤质特性的合理
的选煤工艺,能够实现用户所要求的产品结构。新的国家标
准<煤炭洗选工程设计规范)C.B50359----2005规定:选煤方法
应根据原煤性质(如粒度组成、密度组成、可选性、可浮性、硫
分构成及赋存特性、矸石岩性)、产品要求、分选效率、销售收
入、生产成本、基建投资等相关因素,经过技术经济综合比较
后确定。
4. 跳汰机选矿的特点有哪些
跳汰选矿[1] 利用强烈振动造成的垂直交变介质(通常是水或空气)流,使矿粒按相对密度分层并通过适当方法分别收取轻重矿物,以达到分选目的的重力选矿过程。是处理密度差较大的粗粒矿石最有效的重选方法之一。跳汰机利用选矿的类型分为选煤用跳汰机和选矿跳汰机。 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:活塞跳汰机;隔膜跳汰机;空气脉动跳汰机;动筛跳汰机。 详细介绍了跳汰选矿的类型、原理、跳汰机的分类等内容以及跳汰机的操作工艺和制度。
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6. 重力选矿
一、基本原理
重力选矿简称重选,重选是根据矿物间密度的差异,在一定的介质流中 ( 通常为水、重液或重悬浮液) ,借助流体浮力、动力或其他机械力的推动而松散,在重力 ( 或离心力) 及黏滞阻力作用下,使不同密度 ( 粒度) 的矿物颗粒发生分层转移,从而达到有用矿物和脉石分离的选矿方法。采用重选,有用矿物和脉石间密度差值越大,越有利分选,越小,分选则越困难。重选难易度以 E 值表示,E = ( δ2- ρ) / ( δ1- ρ) 。式中 δ1、δ2为轻、重矿物的密度,ρ 为介质的密度。按 E 值可将矿石的重选难易度分作五级,见表2 -1。
表 2 -1 重选难易度按 E 值的分级
重选是处理粗粒、中粒和细粒 ( 大致界限为大于25 mm、25 ~2 mm、2 ~0. 1 mm) 矿石分选的有效方法之一。
重选的优势在于能够低成本地处理各种粒度的矿石。处理粗粒 ( 例如 >25 mm) 、中粒 ( 25 ~2 mm) 及细粒 ( 2 ~0. 074 mm) 矿石的重选设备,其处理能力大、能耗少,造价一般较低,故在可能条件下均被采用。处理微细粒级 ( 大约是小于 0. 075 mm) 的重选设备处理能力低,分选效果差,但在其他选矿方法难以奏效时,重选仍是可用的方法。
在选矿生产中,重选的应用大致有如下几方面: ① 进行矿石的预选。在粗、中粒以至细粒条件下提早选出部分最终尾矿,以减少细磨深选的矿量,降低生产费用; ② 用于处理含高密度矿物的矿石,如黑钨矿、锡石、稀有金属 ( 铌、钽、钛、锆等) 、贵金属、铁锰矿石等,同时也是分选低密度矿物如煤的主要方法; ③ 与其他选矿方法如浮选、磁选组成联合流程,进行粗、细粒组分选别或综合回收有用成分; ④ 作为其他选矿工艺的补充作业,回收伴生的重矿物或对主要成分进行补充回收。重力选矿的应用范围目前还在继续扩大,在工业废渣处理、环境工程中也被广泛使用。
重选通常是在垂直重力场、斜面重力场和离心力场中进行。
在垂直重力场中,矿物颗粒群按密度分层是重选的实质,而就分层过程及原理而言,主要有两种理论体系: 一种为动力学体系,即在介质动力作用下,依据矿物颗粒自身的运动速度差或距离差发生分层; 另一种为静力学体系,即矿物颗粒层以床层整体内在的不平衡因素作为分层。两种理论体系在数理关系上虽尚未取得统一,但在物理概念上并不矛盾,且相互关联,取得分层过程的连贯性认识。
1. 矿物颗粒按自由沉降速度差分层
在垂直流中矿物颗粒群的分层是按轻、重矿物颗粒的自由沉降速度差发生的。自由沉降是单个颗粒在介质空间中的独立沉降,颗粒只受重力、介质浮力和黏滞阻力作用。
在紊流(即牛顿阻力)条件下(Re=103~105),球形颗粒的沉降末速度为:
非金属矿产加工与开发利用
式中:d———球形颗粒粒径;
δ———球形颗粒密度;
ρ———介质密度。
在层流条件下(Re<1),球形颗粒的沉降末速度为:
非金属矿产加工与开发利用
μ———流体的动力黏度,0.1Pa·s。
因此,入选矿物颗粒粒度级别越窄,则分选效果越好。当入选矿物密度符合等降比的条件时,则颗粒群在沉降过程中按矿物密度分层,即大密度矿粒其沉降速度大,优先到达底层;反之小密度矿粒则分布在上层,从而实现矿物分层、分离。
2.矿物颗粒按干涉沉降速度差分层
入选矿物粒群粒级较宽,即给料上下限粒度比值大于自由沉降等降比时,R.H.门罗提出矿物颗粒按干涉沉降速度差分层的观点。成群的颗粒与介质组成分散的悬浮体,导致颗粒间碰撞及悬浮体平均密度的增大,相应降低了个别颗粒的沉降速度。
3.按矿物颗粒悬浮体密度差分层
不同密度的矿物粒群组成的床层可视为由局部重矿物悬浮体和轻矿物悬浮体构成,在重力作用下,悬浮体存在着静压强不平衡,在分散介质的作用下,轻、重矿物分散的悬浮体微团分别集中起来,导致按轻、重矿物密度分层。
在斜面紊流场中,呈弱紊流流动的矿浆流膜,在紊动扩散作用下松散悬浮,在矿物颗粒自身重力作用下,而在流膜内呈多层分布,有沉积层、流变层、悬移层、稀释层。见图2-3。在斜面底部,形成一定厚度的层流边层,颗粒沿层运动即“流变层”,在这里矿物颗粒形成松散整体,矿物则按密度差来分层,重矿物在下,轻矿物在上。该层是按比重分层的最有效区域。
应用斜面流分选的设备主要有溜槽、螺旋选矿机、圆锥选矿机、摇床等。
图2-3 弱紊流矿浆流膜结构图
在离心力场中,颗粒按密度分层、分离,所谓离心力场中矿物分选,即借助一定设备产生机械回转,利用回转流产生的惯性离心力,使不同粒度或不同密度矿物颗粒实现分离的方法。矿物颗粒的沉降末速度与其质量和粒度有关,回转力场不仅可以实现按密度分层分选,也可以按粒度进行分级,这样当转速适当时,重矿物沉降至筒壁,小颗粒随悬浮液排走,实现分选或分级。
利用离心力场进行分选的重选设备主要有离心选矿机、水力旋流器、旋分机等。
二、重选设备及应用
重选设备按作用力场性质主要有跳汰机、摇床、螺旋选矿机、离心选矿机、水力旋流器及重介质旋流器等。各种重选设备的适用范围见表2-2。
表2-2 各种重选设备的适用范围
1.跳汰机
跳汰选矿是在垂直交变水流中使轻重物料分层分选的方法。跳汰机是实现跳汰选矿的工艺设备,跳汰选矿特征是:被选矿石连续给至跳汰室的筛板上,形成厚的物料层(或称床层)。通过筛板周期性鼓入的上升水流,使床层升起松散,接着水流下降(或停止上升),在这一过程中,密度不同的颗粒发生相对转移,重矿物进入下层,轻矿物转入上层,分别排出即得精矿和尾矿。矿粒在跳汰时的分层过程见图2-4。
图2-4 矿粒在跳汰时的分层过程
跳汰机按推动水流运动方式(图2-5)可分为:活塞跳汰机、隔膜跳汰机、水力鼓动跳汰机、动筛跳汰机、无活塞跳汰机。活塞跳汰机工作原理见图2-6,活塞易漏水、传动效率低;动筛跳汰机机械传动部分复杂;水力鼓动跳汰机耗水量过多。这三种机型已很少应用。无活塞跳汰机主要用于大型选煤厂。现在选矿中应用较多的是隔膜跳汰机。
图2-5 跳汰机中推动水流运动的形式示意图
图2-6 活塞跳汰机工作原理图
按隔膜的位置,隔膜跳汰机可分为上动隔膜旁动跳汰机、下动圆锥隔膜跳汰机和旁动隔膜跳汰机三种。
旁动隔膜跳汰机由机架、传动机构(含隔膜)、跳汰室和角锥形底箱四大部分组成。跳汰室共有两个,给料经第一室选别后再进入第二室选别,每室的水流由设在旁侧的隔膜推动运动。隔膜呈椭圆形,借周边橡皮与机体连接,将水密封。
位于隔膜上方的偏心传动机构通过摇臂带动隔膜上下运动。隔膜室的下方设有筛下补加水管,由阀门控制给水量。其优点是床层比较稳定,选别效果好,维修方便;缺点是占地面积大、电耗高。用于粗选和精选作业,合适粒度为0.1~2mm。
传统的跳汰机多为圆周偏心驱动,其跳汰脉动曲线为正弦波形。锥斗的上升和下降速度相等,上升水流和下降水流强度基本相同。新型锯齿波形跳汰机从传动结构上有所改进,使得脉动特性曲线为锯齿波形(即差动形跳汰曲线),可使锥斗快速上升,慢速下降,即压程大吸程缓慢。压程前半段为加速上升,后半段为减速上升,吸程则是匀速下降。这种曲线更符合跳汰床层分层规律,有助于床层松散及矿粒按密度分层,可使细粒级中的重矿物颗粒充分沉降,又由于减少对床层的强力吸啜,便可大幅度减少筛下补给水。这种差动曲线的跳汰机可分选粒级较宽的原料,选别能力强,节约水、电。
图 2 -7 摇床的一般结构示意图
2.摇床
摇床属斜面流膜选矿设备。所有摇床均由床面、机架和传动机构三大部分组成。其结构见图2-7。床面呈梯形、菱形或矩形,在横向有一定角度倾斜,在倾斜的上方配置给矿槽和给水槽,床面上沿纵向布置床条,床条高度自传动端向对侧降低。整个床面由机架支承,在床面一端安装传动装置,传动装置可使床面前进接近末端时具有急回运动特性,即差动运动。矿物颗粒在摇床面上受到如下几个力的作用:①矿粒在介质中的重力;②横向水流和矿浆流的流体动力;③床面差动往复运动的动力;④床面的摩擦力。位于床条沟内的矿物粒群在这些力作用下进行着松散分层和搬运分带。首先矿物粒群在脉动水作用下松散,重矿物颗粒局部压强较大,排挤轻矿物颗粒而进入下层。粒度较小的颗粒,穿过粗颗粒间隙进入同一密度的下部,即析离分层。分层结果,细粒重矿物在最底层,上部是粗粒重矿物并有部分细粒轻矿物混杂,最上部是粗粒轻矿物。矿物粒群进行松散分层的同时,还要受到横向水流的冲洗作用和床面纵向差动摇动的推动作用。在纵向上,颗粒运动由床面运动变向加速度不同引起。由传动端开始,床面前进速度逐渐增大,在摩擦力带动下,颗粒随床面的运动速度也增大,经过运动终点后床面运动速度迅速减少,负向加速度急剧增大,当床面摩擦力不足以克服颗粒的前进惯性时,颗粒便相对于床面向前滑动。随粒群纵向移动,床条高度降低,位于床条沟内分层矿粒依次被剥离出来,在横向冲洗水流作用下,粗粒轻矿物横向速度较大,依次为细粒轻矿物、粗粒重矿物、细粒重矿物。如此搬运分带,从而达到轻、重矿物分选目的。影响摇床选矿过程的因素如下:
(1)摇床运动的不对称性
它对矿粒沿纵向的选择性搬运及床层的松散影响很大。适宜的不对称性,要求既能保证较好的选择性搬运性能,又保证床层的充分松散。对较难松散和较易搬运的粗粒物料,不对称性可小些;对较易松散,但较难移动的细粒物料,不对称性应大些。
(2)冲程和冲次(行程与频率)
它们直接决定床面运动的速度和加速度大小,因此,对床层的松散分层和选择性搬运也有很大影响。最佳的冲程和冲次应使床层析离分层好,选择性搬运能力强。对粗粒物料、精选作业及负荷较大的情况,采用大冲程小冲次,一般冲程为16~30mm,冲次为200~250次/min。对细粒物料、粗选作业及负荷较小的情况,采用小冲程大冲次,一般冲程为8~10mm,冲次为250~300次/min。
(3)水量和坡度
它们都影响床面上水层厚度和横向水流速度,决定了横向搬运矿粒的速度和清洗作用的大小。因此是操作中经常调节的因素。增大坡度可减少水量,反之亦然。增大水量和减小坡度,可使水层变厚。操作中,水量和坡度必须很好配合。对粗粒物料、难选物料和精选作业的情况,要求较大的流速和较厚的水层,应采用小坡大水制度;对细粒物料、易选物料或粗选作业,则要求较大流速和较薄水层,应采用大坡小水制度。倾角一般在0~10°;水量20~50L/min。
(4)给矿体积和给矿浓度
两者都影响分层和搬运速度。过大的给矿体积会使床层过厚,分层变差,搬运速度增大,从而使尾矿品位升高,回收率下降。过小的给矿体积会使处理量大大降低。浓度过大,会出现砂堆;浓度过小,则可能出现拉沟现象。给矿体积与浓度应很好配合,原则是在允许的给矿体积负荷范围内,选择最佳的给矿浓度。一般,给矿浓度为15%~25%,粗粒取高值,细粒取低值。处理0.2mm以上砂矿时,生产能力为0.7~2.3t/(台·h),处理0.2mm以下细粒物料时,生产能力为0.2~0.5t/(台·h)。
(5)给矿粒度和形状
矿粒度和形状影响按密度分选的精确性。为此,入选前的分级、脱泥和脱粗十分必要。浑圆形过粗重矿粒,不仅干扰细粒的分选,还易流失于尾矿中。若粗、圆者为脉石时,则有利于分选。微细矿泥不易沉降,亦易流失于尾矿中。经分级的物料,粒度均匀,操作和调整方便,粗细摇床负荷分配合理,有利于生产能力的提高。
图 2 -8 螺旋选矿机结构示意图
在非金属矿选矿提纯中,采用摇床单独作业较少,多在一些联合流程中的某段使用,如叶蜡石精选中采用摇床除铁,以及石榴子石、独居石、海滨砂矿的提纯等。
3.螺旋选矿机
螺旋选矿机是借助在斜槽中流动的水流进行矿物选别的提纯设备。其主体结构为一个3~5圈的螺旋槽,用支架垂直安装。其结构见图2-8。槽的断面呈抛物线,一定浓度的矿浆自上部给矿槽给入后,沿槽自上而下流动过程中,矿物颗粒群在弱紊流作用下松散,按密度发生分层,分层后进入底层的重矿物颗粒受槽底摩擦力影响,运动速度较低,离心力较小,在槽的横向坡度影响下,趋向槽的内缘移动;轻矿物则随矿浆主流运动,速度较快,在离心力影响下,趋向槽的外缘。轻、重矿物在螺旋槽的横向展开分带,见图2-9。二次环流不断将矿粒沿槽底输送到外缘,促进着分带的发展,最后矿粒运动趋于平衡,分带完成。靠内缘运动的重矿物通过排料管排出,轻矿物由槽的末端排出,达到轻、重矿物分离。
螺旋选矿机结构简单,无运动部件,容易制造,占地面积小,单位处理量大,工艺指标良好,操作维修简便,适于处理含泥少的矿砂,给矿粒度以2~0.1mm为佳,粒度回收下限一般为0.04mm。
图 2 -9 轻重矿物在螺旋选矿机槽面上的分带
4.离心选矿机
离心选矿机按转鼓数分为单转鼓和双转鼓两种,按转鼓锥度分为单锥度、双锥度和三锥度。矿物颗粒在流变层内发生有效分层,矿粒群借助切变运动产生的层间斥力松散,轻、重矿物依自身的局部压强不同相对转移,重矿粒转入底层,轻矿粒进入上层。进入底层的重矿粒即附着在鼓壁上较少移动,轻矿物则在脉动速度作用下悬浮,其矿浆流通过转鼓与底盘间的缝隙随较高的轴向流速排出。当重矿粒沉到一定厚度时,由冲矿嘴给入高压水,冲洗沉积的重矿粒,实现重、轻矿粒分离。离心选矿机属间断性作业设备,但给矿、冲洗水和重、轻矿粒排出过程自动进行。卧式离心选矿机结构见图2-10。离心选矿机优点是结构简单、分选效率高、单位面积处理量大、回收下限粒度低(达10μm)。
图 2 -10 卧式离心选矿机结构示意图
缺点是精矿富集比低,耗水量大,水压要求高,常需配备精选作业设备。离心选矿机应用于非金属矿的选矿提纯较少,只是在一些矿物,如长石、石英、硅藻土等矿物的脱泥中应用。
图 2 -11 重介质旋流器结构示意图
5. 重介质选矿机
矿物颗粒群在密度大于 1 的介质中按其密度值的不同而分离的选矿方法为重介质选矿。其配套的设备为重介质选矿机。介质多采用重液或重悬浮液,其介质密度应介于矿石中轻矿物与重矿物两者的密度之间。这样轻矿物颗粒即不再沉降,重矿物颗粒则可下沉,从而实现按密度分离,其分选过程完全属于静力作用过程。
重介质选矿设备有动态和静态两类。动态有重介质旋流器、重介质涡流旋流器和重介质振动溜槽等; 静态有鼓形重介质分选机和圆锥形重介质分选机等。
重介质旋流器结构和普通水力旋流器基本相同,只是以重介质代替水介质。其结构见图 2 -11。
重介质选矿机共同特点是分选粒度粗,处理能力大,对给矿变化的适应性强,选矿指标高,选矿费用较低。缺点是矿石入选前需要洗矿或筛分除去矿泥及细粒等处理,要配备介质制备及净化回收系统。重介质选矿机在非金属矿的应用较多,涉及矿物有石灰石、白云石、长石、红柱石、菱镁矿等。
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