浓缩过程及装备

1、浓缩过程A区澄清区B区为自由沉降区C区过渡区D区压缩区E区浓缩物区重力浓缩过程nA区为澄清区，得到的澄清水作为溢流产物从溢流堰排出；nB区为自由沉降区，需要浓缩的悬浮液浆体首先进入B区，固体颗粒依靠自重迅速沉降，进入压缩区；nC区过渡区，在自由沉降区与压缩区之间，该区中，部分颗粒由于自重作用沉降，部份颗粒则受到密集颗粒的阻碍，难以继续沉降。nD区为压缩区，悬浮液中的固体颗粒已形成较紧密的絮团，絮团仍继续沉降，但其速度已较缓慢；nE区为浓缩物区，此处设有旋转刮板，有时该区的一部分呈浅锥形表面，浓缩物中的水又会在刮板的压力作用下溢出，悬浮液浓度进一步提高，最终由浓缩机底口排出，成为浓缩机的底流产品

2、。n从上述分析可知，为使浓缩过程顺利进行，浓缩机池体需要有一定的深度。重力浓缩设备n重力浓缩机是在重力场中实现悬浮液浓缩的设备。自从1905年道尔发明第一台耙式浓缩机以来，浓缩设备得到了不断的发展，而从60年代以来，其发展的主要方向是大型化和高效化。浓缩机向大型化发展的结果，使其直径已达100200m，因此大大地提高了处理能力。n大型化以至超大型化浓缩机的缺点是笨重、占地面积大等，因而又出现了浓缩机向小型、高效化发展的势头。n随着絮凝剂和凝聚剂的使用而出现的高效浓缩机，显著地提高了单位面积的处理能力，因此浓缩机直径得以大幅度减小，当然，与此同时增加了药剂费用。n常用的浓缩设备有耙式浓缩机、倾斜

3、浓缩箱和深锥浓缩机。n1.1 重力浓缩机和澄清机重力浓缩机和澄清机n重力浓缩机和澄清机属于一类固液分离设备，重力通过沉积作用提高悬浮液浓度，得到浓度高的矿浆和澄清液，澄清液即溢流。澄清率应该尽可能的高，以提高生产量，同时减小占地面积。沉积率通常通过添加凝聚剂和絮凝剂的方式认为增大。浓缩机的横截面积决定了沉降时间，同时在决定澄清能力方面也有重要意义。分选机的物理深度决定了矿浆的浓缩时间，也是决定浓缩处理量的一个重要参数。浓缩机和分级机可以设计用于批次试验或是连续试验，大部分工业厂使用连续试验。n1.1.1 耙式浓缩机耙式浓缩机n典型用途：大规模浓缩和相对稀释的悬浮液脱水。n典型粒度和给料浓度范围

4、：0.1-500微米，质量浓度小于20%。n耙式浓缩机由一个相对较低的带有平底或底部为倒锥体形式的顶部开口的圆柱体槽子组成(如图1.2和1.3所示)。n混合给料连续轻轻加入到给料井，给料井中有一槽悬浮液和一些絮凝剂，随着沉降过程的进行，澄清液（溢流）通过顶部的环行堰被分离出来。固体矿浆（底流）通过底部的一个井排出。n置于中心传动头上的缓慢转动的耙子帮助浓缩过程的进行，通过直接向井中浓缩固体以达到后续的处理，同时，矿浆中进一步的流动液体由产生的通道排出。n耙子的结构和形式是重要的设计参数，因为它表征了中心传动头中电动机的一个等级，中心传动头不仅要在正常工作情况下将耙子在浓缩固体中转动，还要有能力

5、在故障之后重启耙子。图1.2 耙式浓缩机的走廊、传动头、耙架n小于25米的槽子通常是用钢制成的，并且有耙子角度10的平底。直径介于25-200米的大型槽子通常是由钢筋混凝土制成的，耙子的设计要与锥底的角度相适宜。耙式浓缩机通常用于处理大批量给料，相比于之前的固液分离工艺，可以提高悬浮液浓度。n如果重力沉降槽是有形的，可以使矿泥自流向废弃池，从而实现连续分离固体，而不需要借助机械力，这就需要圆锥形的容器，并且锥角介于40-60之间。沉降槽的直径是不变的，挡板位于底部，以阻挡固体从弓形穿过出口池。n对于大批量、沉降较慢的矿泥，如果占地没有额外费用，可以在泻湖中进行沉降。泻湖通常需要排成一列以防止漏

6、水，同时，这也是一个环保的选择。但对于浓缩悬浮液来说，泻湖通常不是一个可推荐技术。n耙式浓缩机通常可分为中心传动式和周边传动式两大类，此外还有在此基础上发展起来的高效浓缩机。实践表明，大型浓缩机不仅可以大幅度提高处理能力，而且可以明显降低按单位处理能力计算的投资费用和操作成本。例如，一台直径为131m浓缩机的面积和作业效率约等于两台直径91m浓缩机，而周长则可缩短30，故设备制造费用明显降低。普通耙式浓缩机仍然是目前最为普遍应用的设备，而高效浓缩机则是普通浓缩机高效化、小型化的结果。n中心传动式耙式浓缩机又可分为桥式和中心柱式两种。n桥式中心传动耙式浓缩机构造如图5-6所示。主要部件是：浓缩池

7、、耙架、传动装置、耙架提升装置、给料装置、卸料装置和安全信号装置等组成。池体上方有一桥架横跨整个池体，桥架上设有传动装置，且用作人行道，故称为桥式中心传动耙式浓缩机。n 圆柱形浓缩池一般用水泥制成，小规格者用钢板制成，池底呈圆锥形(12)或者是平底。在池底中心有一个排出浓缩产品的卸料斗，池子上部周边设有环形溢流槽，在浓缩池中心安有一根竖轴，轴的下端固定有十字形耙架，耙架下面装有刮板。耙架与水平面成8-15。竖轴由固定在桁架上的电机经齿轮减速器、中间齿轮和蜗杆减速器带动旋转。料浆沿着桁架上的给料槽流入半浸没在池中澄清区液面下的中心受料筒，向池四周辐射。n浆体中的固体颗粒逐渐浓缩沉降到底部，并由耙

8、架下面的刮板刮入池中心的卸料斗中，用砂泵排出。上面的澄清水层从池上部的环形溢流槽流出。当给料量过多或沉积物浓度过大时，安全装置发出信号，通过人工手动或自动提耙装置将耙架提起，以免烧坏电机或损坏机件。n国产的这种小型中心传动式浓缩机最小直径1.8m，最大12m。n柱式中心传动耙式浓缩机的外貌如图5-7a所示，其耙臂由中心桁架支承，桁架和传动装置置于钢结构或钢筋混凝土结构的中心柱上，或钢筋混凝土沉箱式中空柱上。由电动机带动的蜗轮减速机的输出轴上安有齿轮，它和内齿圈啮合，内齿圈和稳流筒连在一起，通过它带动中心旋转架(如图中点线的示意)绕中心柱旋转，再带动耙架旋转。可以把一对较长的耙架的横断面做成三角

9、形，三角形斜边两端用铰链和旋转架连接，因为是铰链连接，耙架便可绕三角形斜边转动，当发生淤耙时，耙架受到的阻力增大，通过铰链的作用，可以使耙架向上向后提起。n这种大型中心传动浓缩机的国产规格为16、20、30、40和53m，已有直径达100m的产品，国外已达183m。周边传动耙式浓缩机n周边传动耙式浓缩机的构造如图58所示。浓缩池一般由混凝土制成，其中心有一个钢筋混凝土支柱，耙架一端借助于特殊轴承置于中心支柱上，其另一端与传动小车相连接，小车上的辊轮由固定在小车上的电机经减速器、齿轮齿条传动装置驱动，使其在轨道上滚动，带动耙架回转。为了向电机供电，在中心支柱上装有环形接点，而沿环滑动的集电接点则

10、与耙架相连，将电流引入电机。n n借助于辊轮和轨道间的摩擦力而传动的浓缩机，不需设特殊的安全装置，因为当耙架所受阻力过大时，辊轮会自动打滑，耙子就停止前进。但这种周边传动的浓缩机仅适用于较小规格，而且不适用于冻冰的北方。在直径大于15m的周边传动浓缩机上，与轨道并列安装有固定齿条，传动装置的齿轮减速器上有一小齿轮与齿条啮合，带动小车运转。在这种浓缩机上要设过负荷继电器来保护电动机和耙架。用胶轮代替钢辊，也可以免除钢轮打滑。n我国生产的周边传动浓缩机的直径有15、18、24、30、38、45和53m，并已生产出100m的浓缩机。美国艾姆科(Eimco)公司生产的最大直径达198m。随着浓缩机的大

11、型化，自动提耙和自动控制都有较大发展。1.3 高效浓缩机n 高效浓缩机是新型浓缩设备，其结构与中心传动耙式浓缩机相似，其主要特点是：n(1) 在待浓缩的料浆中添加一定量的絮凝剂或凝聚剂，使浆体中的固体颗粒形成絮团或凝聚体，加快其沉降速度，提高浓缩效率；n(2) 给料筒向下延深，将絮凝料浆送至沉积及澄清区界面下；n(3) 设有自动控制系统控制药剂的用量、浓浆层高度和底流浓度等。 n 高效浓缩机的单位处理能力为常规耙式浓缩机的49倍，单位面积造价虽然较高，但按单位处理能力的投资比常规耙式浓缩机低约30，已在矿业、煤炭、化工和环保部门中推广使用。n高效浓缩机的种类型号虽已有多种，但最主要的区别还在于

12、给料一混凝装置、自控方式和装置。典型的有以下几种：n A艾姆科型(图59)n 这种高效浓缩机的给料筒内设有搅拌器，搅拌器由专门的调速电动机系统带动旋转，搅拌叶分为三段，叶径逐渐减小，使搅拌强度逐渐降低。料浆先给入排气系统，排出空气后经给料管进入给料筒，絮凝剂则由管分段给入筒内和料浆混合，混凝后的料浆由下部呈放射状给料筒直接进入浓缩一沉积层上、中部，料浆絮团迅速沉降，液体则在浆体自重的液压力作用下向上经浓缩一沉积层过滤出来，形成澄清的溢流排出。1.4 多层累叠式浓缩机n图512所示为一种多层累叠式耙式浓缩机，料浆由上部给料管先给到第一层，经初步浓缩后再经2、3、4层逐步增浓，最终由底流口排出。各

13、层的溢流分别进入溢流箱的不同隔间。位于箱中底部，浓度较大的溢流再进到下一层浓缩池继续浓缩。溢流箱向外排放的是最终的最清的溢流。多层累叠式浓缩机占地面积小，适用于中、小型工厂，尤其适宜处理浓度很低的悬浮液。n这种多层式浓缩机也可以各层分别给料，分别排放底流产品，成为真正的叠加式。2 倾斜板浓缩箱和倾斜板浓缩机 2.1 倾斜板浓缩箱n 倾斜板浓缩箱是一种小型的效率较高的浓缩设备，其构造如图513所示。外形为一斜方形箱体，下装一个角锥形漏斗。斜方形箱内安装有平行的倾斜板，分为上、下两层排列。浆体沿整个箱体宽度给入到两层倾斜板之间，然后向上流过上层倾斜板的间隙。在浆体流动过程中，固体颗粒在板间沉降，故

14、上层倾斜板被称为浓缩板。沉降到板面的固体颗粒借助重力向下滑动，并落在下层板的空隙继续浓缩，下层倾斜板的用途主要是减少旋涡的搅动，使浓缩过程稳定的进行，故下层倾斜板被称为稳定板。底流沉砂从锥形漏斗的底口排放，用闸门或不同直径的排砂嘴调节沉砂排出量和浓度。溢流则由上部溢流槽排出。n倾斜浓缩箱的关键部件是倾斜板，包括材质、板间间距、倾斜角、长度等。常用的倾斜板的材料有玻璃板、钢化玻璃板、硬质塑料板、涂面钢板等等，最主要的要求是强度大，不变形、质轻、表面光滑、疏水、不粘结物料，据此，聚四氟乙烯应有良好应用前途。很显然板间距离越小，可以增加同一设备的处理能力，但间距过小易堵塞，通常5必须大于10mm，处

15、理煤泥时常用50mm；还有采用80mm间距者。减小倾角a有利于分离，但倾角过小不仅排料困难且不利于颗粒在板上的沉积，通常在4555内选择倾角。n倾斜板浓缩箱的优点是：构造简单、不耗用动力、容易制造、单位面积的生产能力大以及浓缩效率高等，不足之点是因为不宜太大型化，故单台处理量小。2.2 倾斜板浓缩机n 倾斜板浓缩机是在中心传动耙式浓缩机中加倾斜板，可以提高浓缩机单位面积的处理能力。倾斜板装在澄清区下部，浆体沿倾斜板的空间向斜上方流动，使固体颗粒在两板之间垂直沉降，沉降路程缩短，沉降时间减少，沉降到倾斜板上的微细粒团聚在一起，沿倾斜板下滑，沉至浓缩机底部，强化了浓缩机处理微小颗粒的能力，降低溢流

16、浊度。2.3 深锥浓缩机n深锥浓缩机的结构特点是池深尺寸大于池直径尺寸。整机呈立式桶锥形。由于池深，又添加絮凝剂，因此不仅设备的处理能力大，最突出之点是可以得到高浓度底流产品，某些底流产品甚至可以用皮带运输机输送。与耙式浓缩机相比，它具有占地面积少，处理能力大，单位面积处理能力可达2-4m3(m2h)，自动化程度高等优点。70年代以来，前苏联、英国和德国等已采用深锥浓缩机处理和回收各种微细物料(如矿泥和煤泥)，亦用于废水处理。n 英国和前苏联生产的深锥浓缩机如图517所示。深锥浓缩机中可采用搅拌机构，如中国 (NU一10型)和英国生产的；也可不使用搅拌机构，如前苏联生产的。n 我国生产的用于浓

17、缩浮选尾煤的一种深锥浓缩机直径为5m，在尾煤入料浓度30gL，入料量为5070m3h，添加35gm3絮凝剂的条件下，底流浓度可达45，显然给料量越大，溢流浊度或含固量越高。2.4 重力浓缩设备的选型原则 在选择浓缩设备时，一般应根据给料量、给料的粒度组成、物料的沉降速度、给料及 排料的固液比、浆体及泡沫的粘度、使用药剂的类型、浆体温度等因素来确定其类型和规格。迷型的原则是：n (1) 给料量较小时一般选用中心传动耙式浓缩机，给料量较大时则选用周边传动耙式 浓缩机；物料密度小可用辊轮式，反之蹦齿条式浓缩机为宜；n (2) 在厂地紧缺或寒冷地区浓缩机设于室内，干旱或缺水地区可选用高效浓缩机，但要考

18、虑絮凝剂的使用效果及其对后续工序的影响以及运营费用； (3) 应既能满足后续作业对浓缩产品含水量的要求，又能减少随溢流损失的有价成分或溢流水的浊度； n (4) 应尽量通过工业试验或模拟试验来确定所需用的浓缩机面积；n (5) 在较准确掌握被浓缩料浆特性的情况下，可参照类似生产厂的工艺指标选用相应的浓缩机。2.5 絮凝剂的供给系统 n 高分子絮凝剂在重力浓缩中的应用大大缩短颗粒的沉降时间，提高了设备的处理能力，相对减小了设备的占地面积，但是，如果絮凝剂配制、供给及和悬浮液混合方式不适当，则会减弱药剂的絮凝作用，造成药剂浪费，并使悬浮液沉降性能变差。絮凝剂溶液的配制絮凝剂添加旋流器离心机n1.3

19、 离心机离心机n离心机用于浓缩或者过滤悬浮液，它有两种常规机器，即沉降离心机和过滤离心机。n1.3.1 沉降离心机沉降离心机n沉降离心机是一种利用离心力加速颗粒的沉降而不需要旋转的坚固壁设备。无过滤发生时，给料混合物中必须存在具有密度差异的相，密度大的相首先运动到器壁，以浓缩的形式排出；澄清相从给料口的反方向底部排出。批次试验和连续试验都可以使用，稀释悬浮液的澄清和矿泥的快速沉降是它的典型应用。当快速絮凝剂用于帮助分选时，絮状物的抗剪切力是一个重要的限制因素，因为由于机器类型的不同，离心力可以变大。离心力定义为rw2/g，其中，r是圆周运动的半径，w是角速度，g是重力加速度，通常也是机器分选效

20、果好坏的一个测量指标。简单来说，就是悬浮液中颗粒的最大离心力和其相同质量的重力之比。水平中心轴玻璃管式离心机图 1.15叶片筒式离心机 n1.3.1.1管式离心机管式离心机n适宜粒度和给料浓度范围：0.1-100微米，质量浓度小于5%。n1.3.2.1筒式离心机n用途：合适浓度悬浮液脱水n处理粒度和给料浓度范围：10-1000um（圆锥式），2-1000um（刮板式），4-30%w/w。n这些离心机都是实验室使用的，包括了一个垂直的或水平的圆筒，圆筒一端封闭一端开放。圆筒都是有孔的并用金属筛网和滤布包裹起来，工作时圆筒旋转，固体通过量高达15 te h-1。引起的离心力使得清夜通过滤布而固体颗

21、粒以滤饼的形式累积起来。滤饼依次被喷嘴冲洗下来，脱水后立即就排料。筒式离心机的参数最大的差别是由旋转轴的限制决定的。（如图1.16和1.17）图 1.16 卧式刮板离心机图1.17 吸入式刮板离心机（左）和立式圆筒离心机（右）n立式圆筒离心机：立式圆筒离心机，也被称为三柱形或摆锤形离心机，不管圆筒是静止还是旋转的都允许悬浮液给入。圆筒的转速在一个工作周期内是变化的，冲洗和脱水的时候高达1500rpm，滤饼排放的时候转速较低为60rpm。电机在底部的圆筒离心机通常排料都是手动的。电机在顶部的通常价格更昂贵，用于大工作量时或需要快速过滤的给料。这种离心机都是通过耙子或喷气嘴或压缩气体回流自动排料的

22、，一般用于不能有滤饼残余的情况。对那些滤饼较硬的有一个耙子沿轴向上下运动对排料是非常有利的。滤饼的冲洗效果根据成分的不同而有所变化。n1.3.2.2圆锥筛n用途：浓度较低的悬浮液连续脱水。n处理粒度和给料浓度：80-10000um（倾斜排料），100-10000um（振动排料），60-5000um（网孔排料），浓度10-40%w/w。n圆锥筛如图1.18所示，都包括一个圆锥形的金属筛，在从相对高浓度的悬浮液过滤后湿的固体物料从金属筛通过。在通过的时候，固体以滤饼的形式，用喷嘴冲洗或在圆筒宽的一端排料时优先排出。这四种圆筒筛离心机主要不同的是固体如何通过筛网的方式。n滑落排料/大角度圆筒筛离心机：在这些不管是立式还是卧式的机器中滤饼能够移动都是由于提供了圆筒一个来大于滤饼和筛网之间