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……以下供参考
旋抖力与扬筛谷皮技术类似
《天工开物新解》:簸箕扬筛谷皮的技术“跳汰”
在《天工开物·粹精第四》的“攻黍、稷、粟、粱、麻、菽”一文中写道:“凡攻治小米,扬得其实,舂得其精,磨得其粹”,总结了各种杂粮的处理方法。与大米和小麦的操作方法类似,小米等五谷杂粮也可以通过扬筛获得米粒;通过舂碓获得精粮;通过研磨获得精粹的粮食粉体。
无论是舂过的大米、研磨过的小麦,还是脱壳后的小米,要想将粮食与谷壳分离,通常是用簸箕扬筛一下。随着人们双手拿着簸箕上扬下落、颠簸几次之后,较为沉重的粮食颗粒就落到了下面,而较为轻的谷壳就都出现在了上面。这时随着微风吹动,谷皮就被吹到了簸箕外面,簸箕里就剩下纯粹的粮食颗粒了。
其实从现代工业技术上来说,这个把杂质分离开来的过程有一个专有名词“跳汰”:
跳汰指的就是在垂直升降的变速介质流中,按密度差异进行分选的过程。在这个过程中,由于物料在粒度和形状上存在差异,所以不同品类的颗粒就出现了分层,然后就可以将这些不同颗粒分选出来了。在利用跳汰的方法进行分选时,以空气作为分选介质时,称为风力跳汰;以水作为分选介质时,称为水力跳汰。
水力跳汰:沙中淘金
在前面所说的利用风力扬筛谷皮的操作,就是风力跳汰;而利用水作为分选介质的“沙中淘金”的方法,就是水力跳汰。
1848年1月24日,美国加利福尼亚的一个磨坊里发现了黄金。这一发现的消息迅速在世界上传播开来,从美国其他地区和国外吸引了大约30万人来到了加利福尼亚。甚至连加利福尼亚的港口San Francisco,都被华人称为了金山。而后来澳大利亚的墨尔本也发现了金山,华人才将美国的金山称为了“旧金山”,将澳大利亚的墨尔本称为了“新金山”。
在当时的那场淘金热中,人们所使用的基本方法就是“水力跳汰”。
一般在金矿附近的矿石因为风化和长期雨水的冲刷,会有沙粒大小的金子被雨水带入溪流之中,并逐渐沉淀下来。人们为了将这些泥沙中的黄金淘出来,就会将河底的砂石铲到盆里,然后利用水流摇晃盆里的砂石,这时最重的黄金就会沉入盆底。而随着上层较轻的砂石被逐渐淘去,假如真有黄金留在了盆底,那金黄璀璨的颜色就会进入人们的眼中了。
从科学理论上来说,跳汰这种技术和方法就是基于重力分层选矿的原理。由热力学第二定律可知,任何封闭体系都趋向于自由能的降低,即一种过程如果变化前后伴随着能量的降低,则该过程将自发地进行。德国人迈耶尔(
E.W.Mayer,
1947)
分层和重力选矿
虽然美国的淘金热并没有持续几年,很多人尝试了一阵子就放弃了黄金暴富的美梦,但“跳汰”这种选矿的方法却广泛应用于许多行业之中。近代钨矿、汞矿、铅矿等比重较大的矿物选别,均是采用这类工艺。尤其是在目前的煤炭行业中,跳汰选煤仍然占据着主导地位。
通过上图可以看出:
当脉动水流上升时,给床层被冲起,形成了松散状态,矿粒根据其自身特点(密度,粒度,形状),彼此做相对运动,开始进行分层。
当水流停止上升时,但还没有转为下降水流之前,由于惯性力的作用,矿粒仍在运动,床层继续松散、分层。
当水流转为下降时,床层逐渐紧密,但分层仍在继续。当全部矿粒落回筛面,它们彼此之间已丧失相对运动的可能,则分层作用基本停止。
当水流停止下降时,那些粒度很细的矿粒,穿过床层中大块物料的间隙,仍在向下运动,使分选粒度下限延伸,这种现象称为吸啜现象,最终床层完全紧密,分层停止。
此后,经过多个跳汰周期之后,分层逐趋完善。高密度的矸石集中在床层下部,低密度精煤则聚集在上层。矿床随着横向水流向前运动,最后,溢流排出的为精煤,底部排料机排出的为中间产物和矸石。
根据阿基米德的浮力原理,浸没在液体中的颗粒所受到的浮力等于颗粒所排开的同体积的液体的重量。当原煤中给入水流中,密度小于介质的煤必然浮在或上升到液面上;密度大于介质的矸石必然立即沉到或慢慢沉到分选槽的底部;密度恰好等于介质的中间部分,必然混在悬浮液中,大部分会停在槽体的中部。
如果介质充满分选槽后继续给入水平流或同时给入水平流及上升流(也有的给入水平流和下降流),则介质和密度小于及等于介质的煤炭和中煤绝大部分将一起流出分选槽成为精煤溢流,沉到槽底部的矸石和极小部分密度等于介质的中煤将被提升设备提出机外。
此时,选煤机利用“跳汰”的方法,就完成了煤和矸石的分离。