[科普中国]-干涉沉降

介绍

矿粒在介质中的沉降可以分为两种形式：即自由沉降与干涉沉降。严格来说，单个矿粒在无限宽阔的介质（水、空气、重液）空间内的沉降才是真正的自由沉降。这时矿粒只受到介质的阻力，而不任何机械阻力的作用。这种情况实际上是不存在的，在重选理论研究中，一般是将矿粒在固体容积浓度小于3%的介质中沉降，作为自由沉降的。因为当矿浆浓度很稀时。矿粒在其中沉降所受周围矿粒和器壁对其直接和间接的干涉（即机械阻力）很小，可以忽略不计。因此可以近似地认为是自由沉降。当矿浆浓度增大后，矿粒受到周围矿粒直接摩擦和碰撞，以及它们之间间接通过介质而来的介质阻力干涉增大，并且浓度愈大，机械阻力愈大，干涉作用愈强，这种矿粒群在有限容器的沉降运动，叫做干涉沉降。在生产实践中，大多数情况属于干涉沉降。矿粒在干涉沉降时，由于所受的阻力较大，所以与自由沉降相比，其沉降速度较慢。

固体颗粒在流体中除受自身重力和流体浮力作用外，还受周围其他颗粒或器壁等附加作用力干扰作用的沉降过程。附加作用力基本上有两种情况：其一是颗粒向下沉降时，局部流体沿颗粒间或颗粒与器壁间的空隙向上涌起，形成上升股流，从而增加了流体的阻力；其二是固体颗粒群与流体构成悬浮体，增大了流体的密度，从而增加了对颗粒的浮力。此外，在沉降过程中有些颗粒之间还产生碰撞、摩擦，使其运动途径及速度发生变化。颗粒的干涉沉降速度小于自由沉降速度。

常见形式常见的几种干涉沉降形式见图所示。它们是：①颗粒在粒度和密度均一的粒群中沉降。如图(a)

②颗粒在粒度相同但密度不同的粒群中沉降，如图(b)；③颗粒在粒度和密度均不相同的混合粒群中沉降，如图(c)；

④粗颗粒在细微分散悬浮液中沉降，如图(d)。

干涉原理矿物加工中粒群在矿浆中的沉降就是典型的干涉沉降，球体在窄管中的沉降也属于干涉沉降。伯纳(Bemea E)于1973年归纳出干涉效应来自3个方面：①由于沉降颗粒周围存在大量颗粒，而颗粒密度一般又大于介质密度，使得颗粒像是在密度增大了的介质中沉降一样，这个效应称为准静压效应；②颗粒在沉降过程中受到周围颗粒的碰撞和摩擦，进行着动量交换，从外观表观上看，颗粒似乎是在黏度增大了的介质中沉降一样，这个效应称为动量传递效应；③颗粒在沉降过程中，由于其附近的器壁(固定壁)或其他颗粒(活动壁)存在，必然引起周围间隙的流速增大，从而使介质的动力阻力增大，这个效应称为壁面干涉效应。在矿物加工中涉及到的干涉沉降问题主要受前两种效应影响。由相同性质(如密度、粒度、形状等)颗粒组成的粒群可看做均匀粒群。绝对的均匀粒群是不存在的，粒级相近的颗粒可以近视为

影响因素颗粒在悬浮粒群中的沉降称为干涉沉降。此时颗粒的沉降速度除了受自由沉降时的影响因素支配外，还增加了一些新的影响因素。这些附加影响因素归纳起来大致如下：

(1) 粒群中任意一个颗粒的沉降，都将导致周围介质的运动，由于存在大量的固体颗粒，又会使介质的流动受到某种程度的阻碍，宏观上相当于增加了流体的黏性；

(2) 当颗粒在有限范围的悬浮粒群中沉降时，将在颗粒与颗粒之间或颗粒与器壁之间的间隙内产生一上升股流)，使颗粒与介质的相对运动速度增大；

(3)固体粒群与流体介质组成的悬浮体密度大于介质的密度，因而使颗粒所受到的浮力作用比在纯净流体介质中要增大；

(4)颗粒之间的相互摩擦、碰撞，也会消耗一部分颗粒的运动动能，使粒群中每个颗粒的沉降速度都有一定程度降低。

上述诸因素的影响结果，使得颗粒的干涉沉降速度小于自由沉降速度。其降低程度随悬浮体中固体颗粒密集程度的增加而增加，因而颗粒的干涉沉降速度并不是一个定值。2