重力沉降原理三、四

三、重力沉降原理（一）自然沉降過程的基本概念1、水力分級分級：classification泛指：將物料分成若干粒級的作業(yè)。專指：在介質(zhì)（水或空氣）中，物料依其沉降末速的差別分成若干粒級的作業(yè)。水力分級：hydraulicclassification沉降末速：在介質(zhì)中運(yùn)動的顆粒，當(dāng)重力（或離心力）與介質(zhì)阻力相等時(shí)，它與介質(zhì)之間的相對速度。2、濃縮thickening借重力（離心力）作用提高煤泥水濃度的作業(yè)。3、澄清clarification

從煤泥水中排除固體，以獲得固體含量很少的水的作業(yè)。（二）重力沉降工作原理1、顆粒沉降計(jì)算式（1）自由沉降（freefalling）:

單個顆粒在無限空間介質(zhì)中的沉降。即單個顆粒在介質(zhì)中沉降時(shí)，只受到介質(zhì)阻力而不受機(jī)械阻力的作用。（2）干擾沉降：顆粒在有限空間介質(zhì)中的沉降。顆粒受力：介質(zhì)阻力、機(jī)械阻力機(jī)械阻力：顆粒與周圍其它顆粒之間或顆粒與器壁之間的摩擦?！w粒在煤泥水中的干擾沉降速度，cm/s

—煤泥水的固體容積濃度(以小數(shù)表示)

n一實(shí)驗(yàn)指數(shù)，一般取n＝5—6；2、自然沉降的計(jì)算t1=t2A以1m2代入

分級粒度的干擾沉降末速在數(shù)值上代表滿足分級要求的最大單位負(fù)荷，設(shè)備超過這個負(fù)荷，分級粒度就要變粗

分析：（1）當(dāng)分級粒度不變時(shí)：AwW所需的A（2）面積不變要求分級粒度越粗WW越大，分級粒度變粗（3）W不變A越大，分級粒度變細(xì)要求分分級粒度越粗，所需的面積越小。3、沉降面積計(jì)算（1）根據(jù)分級粒度的干擾沉降末速，確定最大單位負(fù)荷（2）根據(jù)處理量確定沉降面積K—不均衡系數(shù)（煤泥水系統(tǒng)通常取1.25）

沉淀設(shè)備單位面積負(fù)荷

(m3/(m2·h)斗子撈坑、角錐沉淀池傾斜板沉淀池煤泥撈坑沉淀塔濃縮機(jī)15~2050~7013~155~82.0~3.5四、強(qiáng)化煤泥沉降的技術(shù)（一）傾斜板設(shè)備原理（二）水力旋流器（三）煤泥水絮凝1、傾斜板沉淀原理根據(jù)自然沉降的計(jì)算原則：H在獲得同樣分級粒度的條件下可以減少沉淀面積或加大處理能力（一）傾斜板設(shè)備①沉淀面積直立A試管斷面積圓

斜置B橢圓B＞A②沉淀高度直立：H斜置:顆粒最大的沉降距離HiHi＜H工作參數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)流體參數(shù)③流體力學(xué)分析：

降低雷諾數(shù)，液體處于層流狀態(tài)，有利于細(xì)顆粒沉降。工藝特點(diǎn)：Ⅰ有限的空間里增加了沉淀面積Ⅱ縮短了顆粒沉降距離Ⅲ創(chuàng)造了層流沉淀?xiàng)l件2、傾斜板裝置的分類（1）上向流傾斜板

煤泥水從下部給入，沉淀的煤泥從下部排出，溢流從上部排走液流運(yùn)動方向與沉物運(yùn)動方向相反，故液流對已沉積在板表面上的物料有干擾作用

粗顆粒先沉到板的下部，不易下滑的細(xì)顆粒沉在板的上部，這些細(xì)顆粒沉淀物易被上升流帶走（2）下向流傾斜板煤泥水從上部給入，沉物由下部排出，溢流由下部排出。

入料及沉物運(yùn)動方向相同，對沉淀有利細(xì)顆粒沉在板的下部，粗顆粒沉在上部，對沉物排放有利

沉物和溢流很好地分開比較困難

（3）橫向流傾斜板入料是一側(cè)給入，沉物由下部排出，另一側(cè)出溢流。

液流方向與沉淀物排出方向有一定夾角，液流對沉淀物的干擾作用較小。

產(chǎn)物的排除出也易于實(shí)現(xiàn)

3、傾斜板計(jì)算傾斜板型式計(jì)算式備注上向流有自由水面下向流有自由水面橫向流無自由水面4、結(jié)構(gòu)參數(shù)和板材（1）結(jié)構(gòu)參數(shù)A、板間距離AeRe＞10cmB、傾角Ae為保證煤泥能下滑＞60°（2）板材傾斜板平整光滑，質(zhì)量輕，耐腐蝕（二）水力旋流器1、結(jié)構(gòu)工作原理1—給料管；2—圓筒部分；3—圓錐部分；4—底流口；5—中心溢流管；6—溢流排出口

離心強(qiáng)度：物料所受的離心力與重力的比值。大大強(qiáng)化水力分級的或濃縮作用。D—旋流器直徑煤泥與液體參數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)操作參數(shù)2、理論分級粒度分析①②WVa③DVa④錐角徑向平均流速u溢流管下緣至錐壁距離溢流管下緣至錐壁的圓柱界面面積要求分級細(xì)的旋流器采用小錐角（θ=10-15°）分級粗或濃縮用的旋流器采用大錐角（θ=20-45°）底流口直徑⑤溢流量徑向平均流速u（同時(shí)底流濃度）⑥溢流口直徑u⑦溢流管高度筒體高度筒體與錐體交界處，空間突然縮小，流體紊流程度增加，影響分級效果。3、旋流器的使用（1）當(dāng)用于分級作業(yè)時(shí)①底流應(yīng)呈傘狀噴出，使空氣從旋流器底流口吸入，保持空氣柱穩(wěn)定。②當(dāng)?shù)琢鞒世K索狀排出，應(yīng)加大底流口直徑。1—傘狀；2—繩狀（底流口很?。?；3—大錐角傘狀（底流口很大）③旋流器底流口不宜與管道直接相連。（2）入料濃度小于30%。（3）大型水力旋流器可傾斜布置。4、處理量計(jì)算——經(jīng)驗(yàn)公式W—水力旋流器處理能力（L/min）;D—水力旋流器的直徑（cm）；dy—水力旋流器溢流管直徑（cm）；g—重力加速度（m/s2）；H—入料口壓強(qiáng)（kgf/cm2）；k—系數(shù)，與入料管直徑和旋流器直徑的比值有關(guān)；（三）煤泥水絮凝在煤泥水的多相分散體系中，微細(xì)顆粒的存在對其沉降和過濾特性起著決定性的作用，借助于化學(xué)手段使微細(xì)顆粒聚集成較大顆粒絮團(tuán)，成為改善煤泥水沉降及固液分離效果的有效途徑。1、基本概念（1）凝聚：細(xì)粒物料在無機(jī)電解質(zhì)作用下，失去穩(wěn)定性，形成凝塊的現(xiàn)象。主要機(jī)理是外加電解質(zhì)消除其表面電荷、壓縮雙電層的結(jié)果。（2）絮凝：細(xì)粒物料通過高分子絮凝劑的作用，構(gòu)成松散、多孔、具有三維空間結(jié)構(gòu)的絮狀體。

2、絮凝機(jī)理絮凝原理是和絮凝劑的結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)。絮凝劑通常是有機(jī)高分子化合物，它有兩部分構(gòu)成：高分子骨架，活性基團(tuán)?；钚曰鶊F(tuán)與顆粒表面通過各種鍵合作用，使得顆粒與絮凝劑結(jié)合。高分子骨架起到一種架橋作用，把粘結(jié)顆粒的絮凝劑分子聯(lián)系在一起，形成絮團(tuán)。分子大小與絮團(tuán)結(jié)構(gòu)及大小密切關(guān)系，因此，絮凝劑分子量對絮凝效果影響很大。3、影響絮凝效果的因素（1）煤泥水的pH值聚丙烯酰胺能在很寬的pH（3～11）值范圍內(nèi)使用，我國多數(shù)選煤廠生產(chǎn)用水屬中性水，少數(shù)廠呈酸性或堿性。試驗(yàn)條件：煤泥水濃度40g/L；陰離子型聚丙烯酰胺，分子量1000萬，用量為4g/m3（2）煤泥水的硬度增加煤泥水中的鈣、鎂離子數(shù)量，提高水質(zhì)硬度，可大大強(qiáng)化凝聚－絮凝協(xié)同效應(yīng)。

添加凝聚劑，其溶解并電離的金屬正離子可降低微細(xì)顆粒表面的電動電位，促使它們在分子作用力下，形成小凝塊。這些小凝塊質(zhì)量小，沉降速度慢，又需要絮凝劑線狀分子的橋架作用，形成質(zhì)量大的絮團(tuán)，加速其沉降。水質(zhì)硬度對澄清水濃度的影響絮凝劑用量相同的條件下，隨著水質(zhì)硬度提高，澄清水濃度急劇下降。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐證明，以鈣、鎂離子類無機(jī)凝聚劑為主，高分子絮凝劑為輔的聯(lián)合添加方式有以下優(yōu)點(diǎn)：1）節(jié)省藥劑費(fèi)用。聚丙烯酰胺一般在1.5萬元/噸左右。而鈣、鎂無機(jī)凝聚劑每噸單價(jià)僅幾百元。據(jù)測算兩者聯(lián)合添加的費(fèi)用約為0.10元/噸原料煤，而單獨(dú)添加聚丙烯酰胺的費(fèi)用約為0.15元/噸。2）實(shí)現(xiàn)洗水閉路循環(huán)的選煤廠，如果在循環(huán)水中的殘留聚丙烯酰胺過多積聚的話還可能產(chǎn)生以下情況：a.煤粒表面粘附的絮凝劑分子達(dá)到過飽和狀態(tài)，絮凝沉降效果急劇變壞。b.煤泥在浮選機(jī)中無選擇性絮凝，致使精煤灰分增高。c.絮團(tuán)發(fā)粘，若沉淀在斜管濃縮機(jī)的斜管上，因粘附不下滑，惡化工作效果。若粘附在濃縮機(jī)底流管道中，會產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象。d.絮團(tuán)親水性增加，影響后續(xù)脫水回收作業(yè)的工作效果。（3）固體成分：與泥化程度和表面電性有關(guān)絮凝劑分子在煤及各種礦物表面的吸附能力不同吸附在煤表面的聚丙烯酰胺較多?；曳值偷奈裁合牡木郾０份^多。（4）煤泥粒度粒度小，絮凝劑用量大。在同樣的煤泥水濃度和絮凝劑添加量的條件下，粒度組成粗的絮凝沉降效果要比粒度組成細(xì)的好得多。（5）煤泥水的濃度濃度升高，絮凝劑的用量增加，沉降效果變差。當(dāng)煤泥水濃度過高時(shí)，甚至添加很多的絮凝劑也無濟(jì)于事，其原因有二：一是絮凝劑分子鏈無法在高濃度煤泥水中充分伸展。二是即使有絮團(tuán)產(chǎn)生，在極其嚴(yán)重的干擾沉降的條件下，固體顆粒和絮團(tuán)的沉降速度相當(dāng)緩慢。實(shí)現(xiàn)良好的絮凝澄清的先決條件是所沉降的煤泥能夠及時(shí)回收，細(xì)泥不在煤泥水系統(tǒng)中循環(huán)積聚。（6）絮凝劑1）分子量※線性高分子的碳?xì)滏溤介L對有相當(dāng)距離的微粒也能形成架橋作用。※選煤廠采用的聚丙烯酰胺的分子量最好在600～1000萬之間。尤其是煤泥水濃度低時(shí)，更是如此?！?/p>

如果分子量過大，則其水溶性降低，并且形成的絮團(tuán)可能過于蓬松，含水量大，影響后續(xù)的脫水回收作業(yè)。2）水解度不同水解度的陰離子型聚丙烯酰胺，由于其分子鏈上羧基（COO－）數(shù)量不同，導(dǎo)致電荷排斥力不等，使得線性分子伸展程度不同。水解度為零的非離子型聚丙烯酰胺的官能團(tuán)（酰胺基）為－CONH2，但同時(shí)它又帶有少量的－CONH3＋，使它成為弱陽離子型，分子鏈節(jié)中的正電荷有較弱的排斥力，使其有所伸展。水解度為10％左右的聚丙烯酰胺，其分子鏈中－COO－與－CONH3＋正負(fù)電荷相當(dāng)，相互吸引，使分子鏈卷曲收縮，導(dǎo)致絮凝能力大大降低。水解度達(dá)到33％左右時(shí)，溶液中－COO－負(fù)電排斥遠(yuǎn)超過－CONH3＋的吸引，使分子鏈達(dá)到相當(dāng)伸展，此時(shí)具有良好的絮凝能力。水解度繼續(xù)增大，羧基達(dá)到67％時(shí)，由于負(fù)電排斥使分子鏈基本完全伸展，按理講其效果應(yīng)該更好，但是由于線性分子帶負(fù)電過多，跟煤泥水中帶負(fù)電的顆粒相互排斥，效果反而變壞。（3）絮凝劑用量絮凝劑用量適當(dāng)時(shí)，高分子吸附在顆粒表面，通過架橋作用，促進(jìn)絮團(tuán)形成。而過量時(shí)，顆粒表面吸附太多的絮凝劑分子后，沒有空余表面，達(dá)到過飽和狀態(tài)，不再吸附其他絮凝劑分子，不但不起架橋作用，反而相互排斥促進(jìn)了分散。

（7）絮凝劑水溶液與煤泥水的混合

理想的情況是煤泥水進(jìn)入澄清濃縮設(shè)備之前不但與絮凝劑進(jìn)行充分混合，而且能形成大量絮團(tuán)，這樣才能充分發(fā)揮設(shè)備的潛力。①適當(dāng)延長水溶液添加點(diǎn)到濃縮機(jī)的距離；②根據(jù)具體情況盡可能多設(shè)添加點(diǎn)；③減小入料溜槽（或入料管）的坡度，并相應(yīng)增大其過水?dāng)嗝妫娱L混合時(shí)間。

在許可的條件下，在入料溜槽底部逆水流方向垂直焊接若干塊交錯排列的帶篩孔的隔板，使其產(chǎn)生渦流，達(dá)到充分混合的目的。4、聚丙烯酰胺水溶液的配制和貯存（1）配制一般配制為濃度為0.1～0.15%的水溶液（2）絮凝劑水溶液的貯存※聚丙烯酰胺在常溫下比較穩(wěn)定，高溫、冰凍時(shí)易降解（分子鏈被切斷），降低絮凝效果，故其及水溶液的貯存溫度應(yīng)控制在2～55℃之間?！詈貌挥描F制貯存器，或者在其內(nèi)壁粘有非金屬的內(nèi)襯。鐵制貯存器與絮凝劑水溶液長時(shí)間接觸，會有微量鐵離子溶入液體，它們與聚丙烯酰胺的－CONH2官能團(tuán)相互吸引而交聯(lián)，形成立體狀，降低了絮凝能力?！芤捍娣?/p>