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水力旋流器是如何按颗粒粒度差分离的

2014/7/14 17:28:23

    据报导，浓缩和脱泥用的水力旋流器最早是在1939年5月发表在世界矿山评论杂志上(比利时里埃芝城) ，作者德赖森(M.G.Drissen) 。当时被用于浓缩选煤用的黄土悬浮液，结构如图1所示。以后经德赖森改进，增设了溢流管。到1948年传入美国时已具有了现在的结构型式。我国是在20世纪50年代初开始试验并首先在云锡公司选矿厂获得工业应用。

    所有用于分级、浓缩、脱泥的旋流器均是在执行按颗粒粒度差分离的作业。给料压力一般在0.06～0.2MPa 范围内，在给料口处流速为5～12m/s。进入旋流器后由此构成的切线速度将有所降低。料浆在旋流器内停留时间很短，例如锥角20°的á 350mm 旋流器，内部容积为0. 06m3 ，而处理能力为85立方米/h，由此可算出料浆在器内的停留时间只有2. 5s. 在如此短的时间内，料浆大约只旋转4～5 圈即将排出，而不会像某些资料中介绍的那样作多圈运动。

    料浆中的粗、细颗粒如何能在这样短时间内发生分离? 原因即在于它们的惯性离心力不同。

    固体颗粒呈悬浮状态随料浆一起沿切线方向进入旋流器内，料浆液体遇到器壁后被迫作回转运动，而固体颗粒则依原有的直线运动的惯性继续向前运动。粗颗粒惯性力大，能够克服水力阻力靠近器壁，而细小颗粒惯性力较小，未及靠近器壁即随料浆作回转运行。在后续给料的推动下，料浆继续向下和回转运动，固体颗粒相应产生惯性离心力。于是粗颗粒继续向周边浓集，而细小颗粒则停留在中心区域。这样就发生了粗细颗粒由器壁向中心的分层排列。

    当然惯性离心力不仅固体颗粒存在，料浆液体也同样存在，并且由内向外逐层传递，到器壁处达到最大。该处的液体压强与给料压力构成平衡。这就是旋流器必须有一定的给料压力的原因。料浆的这种离心运动倾向也使它在进入旋流器后不能直接从溢流管排出，而只能向下作回转运动。但是如果给料压力很小，料浆不能形成足够的回转速度，便有可能从溢流管直接排出，粗细颗粒也就谈不上按粒度分级。

    随着料浆从旋流器的柱体部分流向锥体部分，流动断面越来越小。在外层料浆收缩压迫之下，内层料浆不得不改变方向，转而向上流动。于是在旋流器内形成了两组旋转流; 外层向下的旋转流和内层向上的旋转流。当然它们的切线流向仍保持一致，只在轴向发生了变化。在流向的转变点，速度为零。将零速的各点连结起来。在空间可形成一个敞口杯形的曲面，称为轴向零速包络面。在包络面内的细小颗粒将被带入溢流,在包络面外的较粗颗粒则进入沉砂，故包络面的空间位置即决定了分离粒度的大小。

    料浆因回转产生的层间压力在溢流管下方的垂线上为最小。料浆离心扩张的结果，使中心轴线上不可能再有液体存在，而出现一低压空气柱，平均直径约为溢流管内径的0.5～0.6倍，由于内中压力低于大气压，而不断从底流口吸入空气。过去认为空气柱周边的液体自由面，有助于减少粗细颗粒的混杂，但近年的研究发现，空气柱的剧烈晃动却消耗着大量能量，并同时使分级粒度变得不稳定，为此已经提出了多种消除空气柱的措施。