矿物加工(2-4)课件

矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第一章固液分离体系第三章粗粒物料的脱水设备（施）第四章沉降分离第二章固液分离工艺第六章细粒物料的脱水方法与设备第五章絮凝化学第七章分离效果及评价矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第一章固液分离1矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离沉降分离是固体颗粒在两相悬浮体系中形成沉降得以实现的，因此，颗粒沉降理论是沉降分离的理论基础。在《重力选矿》中，已从动力学和运动学角度详细介绍了自由沉降和干扰沉降。这里应以此为基础，进一步进行学习。

矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离2矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离一、沉降类型及作业划分

煤泥水状态与沉降类型

1)分散状态煤泥水的分级浓缩沉降

分散状态煤泥水：无限稀煤泥水；浓度为1-2%的煤泥水。二者差别：前者颗粒为自由沉降。后者颗粒为干扰沉降。实际煤泥水的沉降过程:1)始终干扰沉降；2)初始浓度为“天限稀”，颗粒自由沉降；随沉降过程进行，颗粒周围浓度增加，颗粒完全转变为干扰沉降。

分散状态煤泥水属于分级浓缩沉降。通常情况下只研究单个颗粒的沉降行为。其沉降特点：(1)由于粒度，密度、形状不同，体系内各颗粒沉降速度可以相差很大；(2)由于双电层斥力和布朗运动影响，沉降过程中难以出现澄清层；(3)颗粒沉降速度只取决于本身性质和周围颗粒浓度。

矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离3矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离2)絮凝状态煤泥水

煤泥水处于完成絮凝状态。沉降过程具有如下特点：

(1)体系不稳定，很快出现澄清层和煤泥沉淀层沉淀层。澄清层中几乎不含固体颗粒。

(2)颗粒形成相近尺寸絮团，并且在一定浓度范围内具有同样沉降速度(即发生线性沉降)。因此，絮凝沉降只研究整个体系的沉降行为；通常用各个分界面的沉降速度，代表分界面下絮团在该层浓度下的沉降速度。

(3)沉降过程既受到煤泥水本身组成与性质的影响，又受到整个絮凝过程中各种物理，化学因素的制约。其中任何因素改变都会异致沉降行为的激烈变化。

矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离4矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离(4)絮凝沉降服从区域沉降理论。该理论以固定煤泥特性和体系物理化学因素，忽略次要条件为前提，并假定：

(a)絮团沉降速度只是其浓度的函数，即：u=f(c)

(b)压缩段煤泥体积只是煤泥在压缩区停留时间的函数，即：v=v(t)

该沉降称为澄清浓缩沉降，添加絮凝剂的尾煤(或煤泥)水沉降属于这种类型。

矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离5矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离3)过渡状态煤泥水

煤泥水状态介于1)、2)之间，它是由于煤泥水本身处于凝聚状态或通过药添加使其不完全絮凝所造成。选煤厂煤泥水大多属于这种状态。其沉降特点为：澄清层中存在小絮团和未絮凝微粒；大颗粒絮凝程度低，沉降絮团中央有许多未絮凝的颗粒；各种絮团与颗粒沉降速度不完全一致。这种煤泥水的沉降过程可根据具体情况划归1)、2)类型处理。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离6矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离2.沉降过程及沉降特性1）沉降试验与沉降曲线沉降试验是在量筒中进行的，用来在间断条件下研究整个粒群的沉降过程。沉降过程中出现四个区，澄清区的出现及不断增大；沉降区的不断减小及至消失；过渡区的出现及消失；压缩区的先增大而后缩小，它们的共同与交叉作用完成了一次沉降分离过程。由于煤泥水构成的复杂性以及具体试验条件限制，实际沉降过程中是难以观察到一些区(如过渡区)的存在和明确的分区界面(如澄清区与沉降区界面)。但从理论上仍可找到这些区域存在的依据。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离7矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离8矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离以沉降时间为横座标，澄清区高度为纵坐标而绘制的曲线称为沉降曲线。它反映了固体颗粒群的沉降过程。从曲线的趋势把沉淀过程分为三段，第一段代表沉降开始阶段的颗粒快速沉降过程；第三段代表基本沉降完毕后压缩区的压缩沉积过程，这一阶段速度很慢，压缩区厚度不断变小但幅度很小。第二阶段为沉降向压缩的过渡，速度由大到小，变化幅度较大。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离9矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离10矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离2）沉降特性沉降特性是指煤泥水沉降状况的综合体现，它是煤泥水的一种工艺特性。描述煤泥水沉降特性主要从澄清水浊度，沉降速度以及沉降物浓度几方面去描述。而大多数情况下，常借助于沉降曲线去表征沉降特征：如沉降速度，沉淀物高度，此外须注明澄清水浊度。浊度越小，沉淀速度越快，沉淀物高度愈低，沉降特性愈好。煤泥水组成和性质均对其沉降特性构成影响。通常下，粘土矿物含量多，水质矿化度低，硬度低；细泥含量大，这样的煤泥水就难沉降，煤泥水的沉降特性就差，反过来，能够正确认识煤泥水沉降特性，将会对煤泥水处理系统设计，药剂的正确添加起到积极的指导作用。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离11矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离3.沉降分离作业它包括分级、浓缩、沉淀(或澄清)。三者共同构成选煤厂煤泥水处理的主体。分级，确切讲是水力分级，要求按沉降方式把固体物料分成不同粒度级别。浓缩，即通过颗粒沉降得到高浓度固体沉淀物。沉淀，要求使固体物充分沉降回收并同时得到澄清水。三个作业以沉降分离的基础，联系密切。分级过程必然伴随浓缩现象发生；浓缩则是不同粒级物料实现分级的结果，而沉淀和澄清可视为极端的分级和浓缩过程。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离12矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离13矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离从过程到结果，三作业的差别首先取决于沉降类型，其次取决于沉降的时，空条件(由设备与操作条件确定)。分级作业采用分级浓缩沉降原理，常用设备有：斗子捞场、旋流器、角锥池、倾斜板沉淀槽、浓缩漏斗、沉淀塔、永田沉淀槽。它的共同点是沉淀空间小，煤泥水其中停留时间缺。浓缩作业既有采用分级浓缩沉降原理的部分(如用浓缩机作一段煤泥浓缩回收设备)，也有采用澄清浓缩沉降原理的部分(如用浓缩机作二段细泥浓缩回收设备)。常用浓缩设备有：把式浓缩机、深锥浓缩机、旋流器、浓缩漏斗。显然，采用澄清浓缩原理的设备都较大沉淀空间，且沉降时间长。沉淀澄清设备要为沉淀池，它多采用分级沉降原理，但它依靠较大空间，特别是充分的沉降时间来保证沉降过程的进行。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离14矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离二、分级原理及设备1.分级原理1)重力分级一般煤泥水中细粒沉降接近层流状态，发生自由沉降。

U=（1/18）d2（-）g

干扰沉降比较复杂，沉降速度随沉降区域固体浓度增加而不断降低。这样往往通过修正自由沉降速度公式得到沉降期平均干扰沉降速度。

Vcr=d3（-）g/2矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离15矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离2)离心力分级

颗粒受离心力支配，沉降速度计算时将重力加速度用离心加速度替代即可。分离因数越大，颗粒沉降速度越高，分级粒度越细，沉降回收下限越低。这是离心分级的特点与优势。3)分级粒度

它是指进入二个分级产品中各为50%的物料粒度，用d50表示。分级粒度颗粒沉降进入底流时间应恰等于矿浆流径整个沉降区域占有的时间。这是具体计算分级粒度的依据和方法。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离16矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离重力分级设备自重排泄设备角锥沉淀池倾斜板沉淀槽永田沉淀槽机械排泄设备斗子捞坑螺旋水力分级离心分级设备水力旋流器沉降式离心机水力分级设备2.分级设备接分级原理的底流排放方式，水力分级设备分类：

矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离17矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离

斗子捞坑在我国应用普遍，国内设计的选煤厂基本上都用斗子捞坑作分级设备；水力旋流器国外应用较多，随着引进选煤厂增多，水力旋流器在国内的应用逐渐增加；角锥沉淀池、倾斜板沉淀设备，永田沉淀槽应用较少；沉降式离心机在我国选煤厂主要用于煤泥回收；分级箱、螺旋水力分级机主要用于选矿。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离18矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离1)斗子捞坑

斗子捞坑的工作空间是一个倒锥形容器，沉淀物在底部由斗子提升机提起，细粒随水流在上部周边形成溢流。入料一般采用中心入料。与煤泥捞坑、角锥沉淀池、倾斜板沉淀槽相比，由于精煤捞坑中末煤与粗煤泥混合沉降，容易沿池壁下滑及时排出，因而处理能力大，分级精度高；而角锥池、煤泥捞坑则必须采取大于60度池壁倾角以保证煤泥沉降。此外，斗子捞坑的连续均匀稳定捞取沉淀物也是促成上述优点的一个重要因素。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离19矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离20矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离与离心沉降分级设备相比，斗子捞坑的优点是过程运行稳定；缺点是占地面积大，占有空间大，效率低。影响斗子捞坑等重力分级设备工作状况的因素有以下几方面：(1)入料的沉降特性(如粒度、浓度、粘度等)；(2)设备因素：沉淀面积；溢流堰宽度(单边或多边溢流)；入料位置与方式（以中心入料为主，设稳流罩并插入一定深度）；底流排放方式：连续机械排料为佳，克服其它分级设备的间断排料，实现连续均匀排料。(3)操作因素：给料量大小。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离21矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离2)水力旋流器(1)结构与工作过程

水力旋流器主要由园筒和园锥两部分连接组成。园筒周壁上沿切线装设给料管，项部设溢流管，园锥下部连接排料口。当以一定压头给入矿浆时，在旋流器内形成旋流力场。在离心力作用下，粗颗粒物料被甩向器壁，并沿器壁螺旋形向下运动，最终由底流口排出；细颗粒物料的运动主要受流体支配，先是在锥体中心外侧向下运动，在下部与位于锥体中央的向上流混合上流至溢流口排出。溢流以细粒级为主(浓度较稀)，底流以粗粒为主(高浓度物)。由于离心加速度较重力加速度大许多，这就形成了旋流器分级效率高，占地面积小，处理量大等优点。但与重力分级设备相比，它受压力波动、排料口磨损等引起的过程波动较大。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离22矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离23矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离(2)旋流力场及分布旋流器内形成三维速度力场。切向速度呈旋涡分布；轴向存在一个与旋流器外形相似的零速包络面，包络面内的内旋流向上运动且速度随与中心距的距离减小而增大，外旋流呈向下运动且速度愈靠近器壁速度愈大；径向方向向内，速度较小并随半径减小而降低。

旋流器内的流体运动可概括为：切向旋转运动；锥体内侧向上的内旋流；锥体外侧向下的外旋流，夹在内外旋流之间的闭环旋涡；园柱体内的盖下流。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离24矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离25矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离26矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离(3)影响因素旋流器工作受入料性质、旋流器结构、操作因素的影响。

A）入料性质。如料度、浓度、粘度因素

B)旋流器结构因素。筒体直径，给料管直径、溢流管直径与插入深度，底流口直径、锥角、柱体高度等。

C)操作条件。入料压力、给矿量。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离27矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离三、浅池原理及应用1.浅池原理海伦模型：悬浮液中固体颗粒在整个沉降断面上的流动速度是均匀的；沉降颗粒一旦沉降离开流动层，就认为已进入底流。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离28矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离29矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离浅池原理：以海伦模型为依据推导浅池原理W=A·V式中，W代表煤泥水流量；A代表沉降断面面积；V代表d50颗粒的沉降末速。

对于要求的分级粒度，浅池原理认为：沉降设备所能处理的煤泥水量仅与沉降面积大小成正比。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离30矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离2.浅池原理应用

浅池原理应用是在沉降设备中加设倾斜板，通过增大沉降面积来增大设备的处理能力。倾斜板中的矿浆流动分三种形式：上向流、下向流、横向流(各种流动方式的倾斜板有效沉淀面积如表)。主要差别：上向流沉降有效面积最大，但粗粒先沉到下部，不易下滑的细粒在上部，由于物料来不及滑走，容易被上向流带入溢流中。下向流沉降有效面积最小，但细粒沉降在板下部，在粗粒下滑过程中容易一起排走，但向下流溢流排走方式不如上向流容易实现。横向流介于二者之间。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离31矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离32矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离33矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿浆流动方式有自由水面无自由水面上向流A总=A板+A设A总=A板+A设Sin2横向流—A总=A板下向流—A总=A板-A设Sin2表4不同流动方式倾斜板有效沉淀设备面积表A设指设备沉淀面积；A板指倾斜板沉淀面积；指倾斜板倾角

矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离34矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离

显然，通过增设倾斜板，增大了有效沉降面积。在同样矿浆通过量条件下，降低了d50颗粒的沉降速度(即降低了分级粒度)。反过来，在保证同样分级粒度条件下，可大大增加设备处理能力。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离35矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离一般倾斜板板长1.2-1.5m，板宽0.6-0.8m，倾角60°，板间垂直距大于80mm。倾斜板布置方式需根据沉降设备确定。通过设置倾斜板，沉淀设备的沉淀面积可以增大2-3倍，相应地，其处理能力也增大2-3倍。倾斜板设计按以下步骤进行：1)确定矿浆流动方式；2)确定需要的分级粒度；3)计算达到分级粒度要求所需的总沉淀面积；4)计算所需倾斜板的面积和相应的安放角度；5)决定每块倾斜板的长宽及放置距离。倾斜板可以放置在所有重力沉降设备中，如倾斜板沉淀槽、浓缩机等。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离36矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离37矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离38矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离四、浓缩原理及设备1.浓缩过程及原理1)间断浓缩过程典型的如单元沉降试验。沉降出现四个区：澄清区、悬浮沉降区、过渡区、压缩区。在沉降过程中，澄清区不断增大：悬浮沉降区不断减少及至消失(临界沉降点)；过滤区先形成然后消失(压缩点)；压缩区先增大后又缩小。沉降的结果形成澄清区(清水层)和压缩区(高浓度沉淀物)。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离39矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离40矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离各区沉降规律：(1)悬浮沉降区。絮团以整体状态下降，水是以絮团之间上流至澄清区；整个区内浓度相等，沉降速度恒定，固体重量相等，线性沉降。(2)过渡区。浓度逐渐增加，沉降速度不断降低，固体通量在悬浮沉降区的基础上，开始增加，达最大值时逐渐减小。科-克莱文认为：沉降速度降低是由于向下流动受到限制与高浓度区域向上扩展的结果。凯西则利用单元试验去具体计算过滤区内不同浓度条件下的沉降速度(凯西第三定律)。(3)压缩区。压缩区比较复杂，但普遍认为：压缩时孔隙水的排出速度，正比于固体颗粒中水的含量。单元试验压缩段矿浆的压实程度，是矿浆在压缩区中停留时间的函数。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离41矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离2)连续浓缩过程连续沉降浓缩过程比间断浓缩过程多一个浓缩物区，且这五个区同时存在。由于排放底流，连续沉降沉缩过程中固体颗粒向下速度由两部分组成：重力引起的沉降速度(服从单元沉降试验规律)，底流排放引起的整个悬浮液向下输送速度。因此连续浓缩过程的固体通量随浓度增加，先达到极大值，然后又出现最小值后再继续增加(科-克莱文杰公式、约肖卡流量曲线)，最小固体通量对应的浓度为临界浓度。对应临界浓度的区域称为临界浓度区或速度限制层，这一区域固体通量最小，速度最低。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离42矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离43第一篇固液分离技术第四章沉降分离第一篇固液分离技术第四章沉降分离44矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离关于临界浓度和最小固体通量说明两点：(1)临界浓度和最小固体通量是连续浓缩过程的特征值，它取决于三方面因素。煤泥水的沉降特性、底流排放量、浓缩设备的结构尺寸(直径与深度)。在明确处理对象及应用场合后，最小固体通量代表了浓缩设备的额定处理能力。也就是说，当给入固体量小于浓缩设备最小固体通量时，设备才能正常工作。这是选择浓缩设备的依据。(2)由于浓缩机入料浓度远远低于临界浓度值，入料固体通量小于浓缩机最小固体通量。因此，临界浓度区不可能存在于正常工作的浓缩机中。即这时的浓缩机各断面固体通量相等且等于底流排放量。如果入料浓度高，造成固体通量超过最小固体量值，这时，进入固体量大于排出量，造成积聚，临界浓度区加厚，这种状况持续的最终结果是整个浓缩机上方都发展成为临界浓度压，这时的浓缩机已无法正常工作。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离45矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离3)沉降试验及应用

沉降试验方法：连续性模拟试验；长管模拟试验；单元沉降试验。

单元沉降试验应用较普遍，单元沉降试验主要应用于二方面：(1)煤泥沉降特性及药剂添加试验；(2)浓缩设备计算。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离46矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离(1)煤泥沉降特性及药剂添加试验煤泥沉降特性是煤泥水的一种工艺特性。它主要通过沉降速度、澄清层浊度、沉淀物密实程度去描述。多数情况下，常借助于沉降曲线和澄清水度去表征煤泥水的沉降状况。浊度越小，沉淀速度越快，沉淀物高度越低，沉降特性越好。煤泥水的组成和性质对其沉降过程具有重大影响，如粘土矿物含量。煤中离子含量及构成、煤泥水的粒度、浓度、粘度。此外，絮凝药剂的添加，可有效控制煤泥水的沉降过程。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离47矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离(2)浓缩设备计算计算法：多次沉降试验计算法，一次沉降试验计算法。多次沉降试验计算法；利用多次高浓度单元沉降试验求沉降速度，然后由最低沉降速度的依据进行浓缩机计算。一次沉降试验计算法。以凯西第三定律为基础，通过不同浓度的沉降进行浓缩设备计算。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离48矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离2.浓缩设备1)耙式浓缩机

耙式浓缩机主要由浓缩池、耙架、传动机构、给料装置、排料装置组成。附设有溢流池，底流泵等。耙架把沉淀物送到卸料口。由于池底坡度不大，耙架必须具有足够强度以承受耙送固体沉淀物转矩。自动提耙装置在沉积固体过多时将耙自动提起，避免电机过负荷。底流通过管道及隧道通往浓缩机泵房，由底流泵抽取排放。给料装置多采用带侧孔的中心入料筒，以利于水流平缓运动。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离49矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离50矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离51矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离52矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离53矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离54矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离55第一篇固液分离技术第四章沉降分离当入料由中心给入后，大部分水流由中心向周边流动。颗粒在伴随水流运动的同时，受重力作用而下沉，经过连续的沉降浓缩过程，澄清水由周边溢出，高浓度沉降物由底部排出。此外，浓缩机的工作过程受到颗粒沉降类型的影响，自然沉降浓缩(不加絮凝剂)和絮凝沉降浓缩(加入絮凝剂)效果的明显差异，是它们浓缩过程不同的直接证明。第一篇固液分离技术第四章沉降分离当入料由56矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离2)深锥浓缩机深锥浓缩机的结构型式与耙式浓缩机相同，只是具体尺寸上差异较大。(1)深锥浓缩机锥角较小，一般为60°；(2)高度与直径之比大。这样，耙式浓缩机以沉降面积大，处理能力大为特色，而深锥浓缩机则以沉淀空间大，易得到高浓度的沉淀物及清净的溢流水为特色。由于深锥浓缩机沉淀面积小，台时处理量低；往往需加入絮凝剂且高浓度底流排放困难等原因，在选煤厂应用很少。目前有的厂借它来对循环水深度澄清。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离57矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离58矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离59矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离五、煤泥沉淀池

沉淀池属于沉淀设施，在选煤厂主要用于沉淀回收煤泥和澄清水。煤泥沉淀池是一组长方形池子，通常根据需串联或关联形成循环作业。

煤池沉淀池作业分三个阶段，工作阶段(煤泥水不断进入池内，且保证溢流水中大于分级粒度煤泥数量小于设计规定值)；静止沉淀阶段(封闭煤泥沉淀池，静止一段时间以沉淀细颗粒)；煤泥清理阶段(排出澄清水，排出沉淀煤泥)。

煤泥沉淀池作用随着压滤机的广泛采用，由原来的主要沉淀回收设备变成辅助沉淀回收设备或干脆为事故沉淀池。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离60矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离六、沉降分离效率1.分离效率沉淀分离可采用统一的效果评价指标——分离效率。=[100（α-β）（θ-α）/α（100-α）（θ-β）]100%

式中：—分离效率，适应于分级或浓缩作业，%；α、β、θ——分别代表入料、溢流、底流的特征百分含量，%。对于分级采用某粒度的正累计含量；对于浓缩采用浓度。

2.分配曲线分级作业作为一种典型分离作业，可借助分配曲线去分析评价其过程与效果。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离61矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离3.辅助评价指标分级作业通常采用通过粒度作辅助指标。通过粒度是指分级设备溢流中，因体颗粒负累积占95%的筛孔尺寸。浓缩作业采用底流固体回收率，即底流固体产率。底流浓度和澄清水浊度作辅助指标。rD=[θ（α-β）/α（θ-β）]100%此外，具体评价时，还须考虑设备处理能力。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离62矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离七、学习要求1.本节涉及内容比较多，但从沉降类型开始，进一步分成分级、浓缩、沉淀三个作业类型，然后逐个作业讲解介绍其原理和设备。这就是本节的系统性。2.本节涉及到许多概念，如线性沉降、区域沉降、干扰沉降、絮凝沉降、分级粒度、通过粒度、临界浓度，临界区浓度等。要求对概念所指要确切掌握，并且把相关联的概念结合起来，弄清其共同点和差异。3.本节涉及的各个作业都涉及到一类众多设备。首先要求抓住重点，针对原理与有代表性的广泛应用设备，从结构、工作过程、性能及影响因素几方面系统地加以学习。其次是对其它设备的掌握，必要时还要借助于一些参政书。通过对结构、工作原理的了解，加深对其性能特点，应用状况与主要代表性设备差异的理解，从而达到全面掌握的目的。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离63矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离

4.本节重点有两个，一是浅池原理的理解与分级粒度的计算。要抓住其实质和具体结论，并能灵活地加入运用；分级粒度的概念搞清楚了，计算也就不难了，各种场合的具体计算就简单了。这个重点构成了水力分级原理的核心内容。二是浓缩机的理论，这里面必须明确区分两点：(1)正常工作条件的浓缩机的浓度、速度、固体通量分布以及“额定负荷”时的相应状况；(2)单元沉降与连续浓缩过程的条件，科-克莱文杰式与凯奇第三定理的实验基础，具体内容以及借助于这一个公式和定理所要说明解决的问题，从这个意义讲推导凯西第三定理是手段，而不是目的。5.对于原理性的知识学习注意从理论高度上去要求。例如在沉降设备中设置倾斜板以及相应的理论计算。如果把它局限在倾斜板沉淀槽这个单一设备中就过于狭隘了。它的原理是从某重力沉降设备引伸推导的，但可在所有这类设备中加以应用。这样，既把这个从具体设备引伸出的原理赋予普遍的理论意义，又为各类设备的具体应用找到了依据与方法。6.本节涉及到两相流基础分配曲线等有关部分，可参有关书目。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离64矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第一章固液分离体系第三章粗粒物料的脱水设备（施）第四章沉降分离第二章固液分离工艺第六章细粒物料的脱水方法与设备第五章絮凝化学第七章分离效果及评价矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第一章固液分离65矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离沉降分离是固体颗粒在两相悬浮体系中形成沉降得以实现的，因此，颗粒沉降理论是沉降分离的理论基础。在《重力选矿》中，已从动力学和运动学角度详细介绍了自由沉降和干扰沉降。这里应以此为基础，进一步进行学习。

矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离66矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离一、沉降类型及作业划分

煤泥水状态与沉降类型

1)分散状态煤泥水的分级浓缩沉降

分散状态煤泥水：无限稀煤泥水；浓度为1-2%的煤泥水。二者差别：前者颗粒为自由沉降。后者颗粒为干扰沉降。实际煤泥水的沉降过程:1)始终干扰沉降；2)初始浓度为“天限稀”，颗粒自由沉降；随沉降过程进行，颗粒周围浓度增加，颗粒完全转变为干扰沉降。

分散状态煤泥水属于分级浓缩沉降。通常情况下只研究单个颗粒的沉降行为。其沉降特点：(1)由于粒度，密度、形状不同，体系内各颗粒沉降速度可以相差很大；(2)由于双电层斥力和布朗运动影响，沉降过程中难以出现澄清层；(3)颗粒沉降速度只取决于本身性质和周围颗粒浓度。

矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离67矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离2)絮凝状态煤泥水

煤泥水处于完成絮凝状态。沉降过程具有如下特点：

(1)体系不稳定，很快出现澄清层和煤泥沉淀层沉淀层。澄清层中几乎不含固体颗粒。

(2)颗粒形成相近尺寸絮团，并且在一定浓度范围内具有同样沉降速度(即发生线性沉降)。因此，絮凝沉降只研究整个体系的沉降行为；通常用各个分界面的沉降速度，代表分界面下絮团在该层浓度下的沉降速度。

(3)沉降过程既受到煤泥水本身组成与性质的影响，又受到整个絮凝过程中各种物理，化学因素的制约。其中任何因素改变都会异致沉降行为的激烈变化。

矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离68矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离(4)絮凝沉降服从区域沉降理论。该理论以固定煤泥特性和体系物理化学因素，忽略次要条件为前提，并假定：

(a)絮团沉降速度只是其浓度的函数，即：u=f(c)

(b)压缩段煤泥体积只是煤泥在压缩区停留时间的函数，即：v=v(t)

该沉降称为澄清浓缩沉降，添加絮凝剂的尾煤(或煤泥)水沉降属于这种类型。

矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离69矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离3)过渡状态煤泥水

煤泥水状态介于1)、2)之间，它是由于煤泥水本身处于凝聚状态或通过药添加使其不完全絮凝所造成。选煤厂煤泥水大多属于这种状态。其沉降特点为：澄清层中存在小絮团和未絮凝微粒；大颗粒絮凝程度低，沉降絮团中央有许多未絮凝的颗粒；各种絮团与颗粒沉降速度不完全一致。这种煤泥水的沉降过程可根据具体情况划归1)、2)类型处理。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离70矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离2.沉降过程及沉降特性1）沉降试验与沉降曲线沉降试验是在量筒中进行的，用来在间断条件下研究整个粒群的沉降过程。沉降过程中出现四个区，澄清区的出现及不断增大；沉降区的不断减小及至消失；过渡区的出现及消失；压缩区的先增大而后缩小，它们的共同与交叉作用完成了一次沉降分离过程。由于煤泥水构成的复杂性以及具体试验条件限制，实际沉降过程中是难以观察到一些区(如过渡区)的存在和明确的分区界面(如澄清区与沉降区界面)。但从理论上仍可找到这些区域存在的依据。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离71矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离72矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离以沉降时间为横座标，澄清区高度为纵坐标而绘制的曲线称为沉降曲线。它反映了固体颗粒群的沉降过程。从曲线的趋势把沉淀过程分为三段，第一段代表沉降开始阶段的颗粒快速沉降过程；第三段代表基本沉降完毕后压缩区的压缩沉积过程，这一阶段速度很慢，压缩区厚度不断变小但幅度很小。第二阶段为沉降向压缩的过渡，速度由大到小，变化幅度较大。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离73矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离74矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离2）沉降特性沉降特性是指煤泥水沉降状况的综合体现，它是煤泥水的一种工艺特性。描述煤泥水沉降特性主要从澄清水浊度，沉降速度以及沉降物浓度几方面去描述。而大多数情况下，常借助于沉降曲线去表征沉降特征：如沉降速度，沉淀物高度，此外须注明澄清水浊度。浊度越小，沉淀速度越快，沉淀物高度愈低，沉降特性愈好。煤泥水组成和性质均对其沉降特性构成影响。通常下，粘土矿物含量多，水质矿化度低，硬度低；细泥含量大，这样的煤泥水就难沉降，煤泥水的沉降特性就差，反过来，能够正确认识煤泥水沉降特性，将会对煤泥水处理系统设计，药剂的正确添加起到积极的指导作用。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离75矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离3.沉降分离作业它包括分级、浓缩、沉淀(或澄清)。三者共同构成选煤厂煤泥水处理的主体。分级，确切讲是水力分级，要求按沉降方式把固体物料分成不同粒度级别。浓缩，即通过颗粒沉降得到高浓度固体沉淀物。沉淀，要求使固体物充分沉降回收并同时得到澄清水。三个作业以沉降分离的基础，联系密切。分级过程必然伴随浓缩现象发生；浓缩则是不同粒级物料实现分级的结果，而沉淀和澄清可视为极端的分级和浓缩过程。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离76矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离77矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离从过程到结果，三作业的差别首先取决于沉降类型，其次取决于沉降的时，空条件(由设备与操作条件确定)。分级作业采用分级浓缩沉降原理，常用设备有：斗子捞场、旋流器、角锥池、倾斜板沉淀槽、浓缩漏斗、沉淀塔、永田沉淀槽。它的共同点是沉淀空间小，煤泥水其中停留时间缺。浓缩作业既有采用分级浓缩沉降原理的部分(如用浓缩机作一段煤泥浓缩回收设备)，也有采用澄清浓缩沉降原理的部分(如用浓缩机作二段细泥浓缩回收设备)。常用浓缩设备有：把式浓缩机、深锥浓缩机、旋流器、浓缩漏斗。显然，采用澄清浓缩原理的设备都较大沉淀空间，且沉降时间长。沉淀澄清设备要为沉淀池，它多采用分级沉降原理，但它依靠较大空间，特别是充分的沉降时间来保证沉降过程的进行。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离78矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离二、分级原理及设备1.分级原理1)重力分级一般煤泥水中细粒沉降接近层流状态，发生自由沉降。

U=（1/18）d2（-）g

干扰沉降比较复杂，沉降速度随沉降区域固体浓度增加而不断降低。这样往往通过修正自由沉降速度公式得到沉降期平均干扰沉降速度。

Vcr=d3（-）g/2矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离79矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离2)离心力分级

颗粒受离心力支配，沉降速度计算时将重力加速度用离心加速度替代即可。分离因数越大，颗粒沉降速度越高，分级粒度越细，沉降回收下限越低。这是离心分级的特点与优势。3)分级粒度

它是指进入二个分级产品中各为50%的物料粒度，用d50表示。分级粒度颗粒沉降进入底流时间应恰等于矿浆流径整个沉降区域占有的时间。这是具体计算分级粒度的依据和方法。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离80矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离重力分级设备自重排泄设备角锥沉淀池倾斜板沉淀槽永田沉淀槽机械排泄设备斗子捞坑螺旋水力分级离心分级设备水力旋流器沉降式离心机水力分级设备2.分级设备接分级原理的底流排放方式，水力分级设备分类：

矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离81矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离

斗子捞坑在我国应用普遍，国内设计的选煤厂基本上都用斗子捞坑作分级设备；水力旋流器国外应用较多，随着引进选煤厂增多，水力旋流器在国内的应用逐渐增加；角锥沉淀池、倾斜板沉淀设备，永田沉淀槽应用较少；沉降式离心机在我国选煤厂主要用于煤泥回收；分级箱、螺旋水力分级机主要用于选矿。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离82矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离1)斗子捞坑

斗子捞坑的工作空间是一个倒锥形容器，沉淀物在底部由斗子提升机提起，细粒随水流在上部周边形成溢流。入料一般采用中心入料。与煤泥捞坑、角锥沉淀池、倾斜板沉淀槽相比，由于精煤捞坑中末煤与粗煤泥混合沉降，容易沿池壁下滑及时排出，因而处理能力大，分级精度高；而角锥池、煤泥捞坑则必须采取大于60度池壁倾角以保证煤泥沉降。此外，斗子捞坑的连续均匀稳定捞取沉淀物也是促成上述优点的一个重要因素。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离83矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离84矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离与离心沉降分级设备相比，斗子捞坑的优点是过程运行稳定；缺点是占地面积大，占有空间大，效率低。影响斗子捞坑等重力分级设备工作状况的因素有以下几方面：(1)入料的沉降特性(如粒度、浓度、粘度等)；(2)设备因素：沉淀面积；溢流堰宽度(单边或多边溢流)；入料位置与方式（以中心入料为主，设稳流罩并插入一定深度）；底流排放方式：连续机械排料为佳，克服其它分级设备的间断排料，实现连续均匀排料。(3)操作因素：给料量大小。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离85矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离2)水力旋流器(1)结构与工作过程

水力旋流器主要由园筒和园锥两部分连接组成。园筒周壁上沿切线装设给料管，项部设溢流管，园锥下部连接排料口。当以一定压头给入矿浆时，在旋流器内形成旋流力场。在离心力作用下，粗颗粒物料被甩向器壁，并沿器壁螺旋形向下运动，最终由底流口排出；细颗粒物料的运动主要受流体支配，先是在锥体中心外侧向下运动，在下部与位于锥体中央的向上流混合上流至溢流口排出。溢流以细粒级为主(浓度较稀)，底流以粗粒为主(高浓度物)。由于离心加速度较重力加速度大许多，这就形成了旋流器分级效率高，占地面积小，处理量大等优点。但与重力分级设备相比，它受压力波动、排料口磨损等引起的过程波动较大。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离86矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离87矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离(2)旋流力场及分布旋流器内形成三维速度力场。切向速度呈旋涡分布；轴向存在一个与旋流器外形相似的零速包络面，包络面内的内旋流向上运动且速度随与中心距的距离减小而增大，外旋流呈向下运动且速度愈靠近器壁速度愈大；径向方向向内，速度较小并随半径减小而降低。

旋流器内的流体运动可概括为：切向旋转运动；锥体内侧向上的内旋流；锥体外侧向下的外旋流，夹在内外旋流之间的闭环旋涡；园柱体内的盖下流。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离88矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离89矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离90矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离(3)影响因素旋流器工作受入料性质、旋流器结构、操作因素的影响。

A）入料性质。如料度、浓度、粘度因素

B)旋流器结构因素。筒体直径，给料管直径、溢流管直径与插入深度，底流口直径、锥角、柱体高度等。

C)操作条件。入料压力、给矿量。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离91矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离三、浅池原理及应用1.浅池原理海伦模型：悬浮液中固体颗粒在整个沉降断面上的流动速度是均匀的；沉降颗粒一旦沉降离开流动层，就认为已进入底流。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离92矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离93矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离浅池原理：以海伦模型为依据推导浅池原理W=A·V式中，W代表煤泥水流量；A代表沉降断面面积；V代表d50颗粒的沉降末速。

对于要求的分级粒度，浅池原理认为：沉降设备所能处理的煤泥水量仅与沉降面积大小成正比。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离94矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离2.浅池原理应用

浅池原理应用是在沉降设备中加设倾斜板，通过增大沉降面积来增大设备的处理能力。倾斜板中的矿浆流动分三种形式：上向流、下向流、横向流(各种流动方式的倾斜板有效沉淀面积如表)。主要差别：上向流沉降有效面积最大，但粗粒先沉到下部，不易下滑的细粒在上部，由于物料来不及滑走，容易被上向流带入溢流中。下向流沉降有效面积最小，但细粒沉降在板下部，在粗粒下滑过程中容易一起排走，但向下流溢流排走方式不如上向流容易实现。横向流介于二者之间。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离95矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离96矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离97矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿浆流动方式有自由水面无自由水面上向流A总=A板+A设A总=A板+A设Sin2横向流—A总=A板下向流—A总=A板-A设Sin2表4不同流动方式倾斜板有效沉淀设备面积表A设指设备沉淀面积；A板指倾斜板沉淀面积；指倾斜板倾角

矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离98矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离

显然，通过增设倾斜板，增大了有效沉降面积。在同样矿浆通过量条件下，降低了d50颗粒的沉降速度(即降低了分级粒度)。反过来，在保证同样分级粒度条件下，可大大增加设备处理能力。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离99矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离一般倾斜板板长1.2-1.5m，板宽0.6-0.8m，倾角60°，板间垂直距大于80mm。倾斜板布置方式需根据沉降设备确定。通过设置倾斜板，沉淀设备的沉淀面积可以增大2-3倍，相应地，其处理能力也增大2-3倍。倾斜板设计按以下步骤进行：1)确定矿浆流动方式；2)确定需要的分级粒度；3)计算达到分级粒度要求所需的总沉淀面积；4)计算所需倾斜板的面积和相应的安放角度；5)决定每块倾斜板的长宽及放置距离。倾斜板可以放置在所有重力沉降设备中，如倾斜板沉淀槽、浓缩机等。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离100矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离101矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离102矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离四、浓缩原理及设备1.浓缩过程及原理1)间断浓缩过程典型的如单元沉降试验。沉降出现四个区：澄清区、悬浮沉降区、过渡区、压缩区。在沉降过程中，澄清区不断增大：悬浮沉降区不断减少及至消失(临界沉降点)；过滤区先形成然后消失(压缩点)；压缩区先增大后又缩小。沉降的结果形成澄清区(清水层)和压缩区(高浓度沉淀物)。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离103矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离104矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离各区沉降规律：(1)悬浮沉降区。絮团以整体状态下降，水是以絮团之间上流至澄清区；整个区内浓度相等，沉降速度恒定，固体重量相等，线性沉降。(2)过渡区。浓度逐渐增加，沉降速度不断降低，固体通量在悬浮沉降区的基础上，开始增加，达最大值时逐渐减小。科-克莱文认为：沉降速度降低是由于向下流动受到限制与高浓度区域向上扩展的结果。凯西则利用单元试验去具体计算过滤区内不同浓度条件下的沉降速度(凯西第三定律)。(3)压缩区。压缩区比较复杂，但普遍认为：压缩时孔隙水的排出速度，正比于固体颗粒中水的含量。单元试验压缩段矿浆的压实程度，是矿浆在压缩区中停留时间的函数。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离105矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离2)连续浓缩过程连续沉降浓缩过程比间断浓缩过程多一个浓缩物区，且这五个区同时存在。由于排放底流，连续沉降沉缩过程中固体颗粒向下速度由两部分组成：重力引起的沉降速度(服从单元沉降试验规律)，底流排放引起的整个悬浮液向下输送速度。因此连续浓缩过程的固体通量随浓度增加，先达到极大值，然后又出现最小值后再继续增加(科-克莱文杰公式、约肖卡流量曲线)，最小固体通量对应的浓度为临界浓度。对应临界浓度的区域称为临界浓度区或速度限制层，这一区域固体通量最小，速度最低。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离106矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离107第一篇固液分离技术第四章沉降分离第一篇固液分离技术第四章沉降分离108矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离关于临界浓度和最小固体通量说明两点：(1)临界浓度和最小固体通量是连续浓缩过程的特征值，它取决于三方面因素。煤泥水的沉降特性、底流排放量、浓缩设备的结构尺寸(直径与深度)。在明确处理对象及应用场合后，最小固体通量代表了浓缩设备的额定处理能力。也就是说，当给入固体量小于浓缩设备最小固体通量时，设备才能正常工作。这是选择浓缩设备的依据。(2)由于浓缩机入料浓度远远低于临界浓度值，入料固体通量小于浓缩机最小固体通量。因此，临界浓度区不可能存在于正常工作的浓缩机中。即这时的浓缩机各断面固体通量相等且等于底流排放量。如果入料浓度高，造成固体通量超过最小固体量值，这时，进入固体量大于排出量，造成积聚，临界浓度区加厚，这种状况持续的最终结果是整个浓缩机上方都发展成为临界浓度压，这时的浓缩机已无法正常工作。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离109矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离3)沉降试验及应用

沉降试验方法：连续性模拟试验；长管模拟试验；单元沉降试验。

单元沉降试验应用较普遍，单元沉降试验主要应用于二方面：(1)煤泥沉降特性及药剂添加试验；(2)浓缩设备计算。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离110矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离(1)煤泥沉降特性及药剂添加试验煤泥沉降特性是煤泥水的一种工艺特性。它主要通过沉降速度、澄清层浊度、沉淀物密实程度去描述。多数情况下，常借助于沉降曲线和澄清水度去表征煤泥水的沉降状况。浊度越小，沉淀速度越快，沉淀物高度越低，沉降特性越好。煤泥水的组成和性质对其沉降过程具有重大影响，如粘土矿物含量。煤中离子含量及构成、煤泥水的粒度、浓度、粘度。此外，絮凝药剂的添加，可有效控制煤泥水的沉降过程。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离111矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离(2)浓缩设备计算计算法：多次沉降试验计算法，一次沉降试验计算法。多次沉降试验计算法；利用多次高浓度单元沉降试验求沉降速度，然后由最低沉降速度的依据进行浓缩机计算。一次沉降试验计算法。以凯西第三定律为基础，通过不同浓度的沉降进行浓缩设备计算。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离112矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离2.浓缩设备1)耙式浓缩机

耙式浓缩机主要由浓缩池、耙架、传动机构、给料装置、排料装置组成。附设有溢流池，底流泵等。耙架把沉淀物送到卸料口。由于池底坡度不大，耙架必须具有足够强度以承受耙送固体沉淀物转矩。自动提耙装置在沉积固体过多时将耙自动提起，避免电机过负荷。底流通过管道及隧道通往浓缩机泵房，由底流泵抽取排放。给料装置多采用带侧孔的中心入料筒，以利于水流平缓运动。矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离113矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离114矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离115矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离矿物加工学（2）第一篇固液分离技术第四章沉降分离116矿物加工学（2）第一篇固液分离技术