4. 指导有兴趣的学生探讨采用非浮沉法确定粒群密度组成的可能途径。
（四）异类粒群悬浮分层的规律研究
一、目的意义
观察和研究异类粒群在上升水流中的悬浮分层现象和规律。验证异类粒群悬浮分层的临界水速公式，加深对干扰沉降基本规律的理解。 二、基本原理
异类粒群的悬浮分层有两种观点：即里亚申科的相对密度悬浮分层学说和与张荣曾等提出的重介质分层学说。
前者认为粒群所构成的悬浮体在密度方面具有与均质介质相同的性质，当两种悬浮体彼此混合时，与两种密度不同的均质介质混合一样，在上升水流作用下，始终是密度高的悬浮体集中于下层，密度低的悬浮体集中与上层。
第二种观点则认为粒度比小于自由沉降比的异类粒群悬浮分层，遵循动力平衡原理，即在上升水流作用下，是按干扰沉降速度分层的，干扰沉降速度大者在下层，干扰沉降速度小者在上层。而粒度比大于自由沉降等沉比的粒群分层过程是按重介质作用分层的。即较轻颗粒的浮沉取决于重颗粒与水所组成的悬浮液的物理密度。若轻颗粒的密度小于重颗粒与水组成的悬浮液的密度，则轻颗粒在上层，否则在下层，若两者密度相等，则混杂。
实验过程的有关公式如下：
?悬??（???）??，克/厘米3
4?G??（2)?Dh?g 固体容积浓度，
管内断面流速为：
ua?Q4Q?A?D，厘米/秒
临界水速：
?a临里亚申科公式：
???2??1?v01v02??nvnv(???)?(???)?01102??2?，厘米/秒；
n?a临张荣曾公式：
????1??v02?2?????2?，厘米/秒；
nv0??25.8d(???2/3?1/3)()?? ，厘米/秒；
其中：v01、 v02为煤及石英在水中的自由沉降末速，厘米/秒；?1?2分别为煤粒及石英颗粒的密度，克/厘米3；n为颗粒形状修正指数，近似取3.5；?为水的密度，取1克/厘米3。三、仪器设备与材料
1. 直径为56毫米、长度1.5米有机玻璃干扰沉降管1套； 2. 秒表、钢卷尺、天平、500毫升量筒各1个； 3. 0.25！0.3毫米石英沙（密度2.65克/厘米3）200克；
4. 密度1.35~1.4克/厘米3煤，其中2~2.5毫米40克，粒度0.5~0.6毫米30克。 5. 0.01~0.02%的水玻璃溶液。 四、实验步骤与操作技术
1. 粒度为0.25~0.3毫米的石英沙50克和0.5~0.6毫米的煤30克，均匀混合后加入沉降
管，颗粒全部沉积后，缓缓开大阀门，使物料悬浮，由小到大改变水速，观察、记录、分析分层现象；
2. 将上述物料倒出，然后加入0.25~0.3毫米的石英沙150克、2~2.5毫米煤粒40克混匀后加入沉奖管。待颗粒全部沉积后缓慢开水阀，观察、记录分层现象。水速较小时，煤粒在上层，但水速继续增大时，分层想象消失；进一步增大水速，煤粒反而处于下层。分层现象消失的水速即为临界水速??临，用秒表及量筒测 定临界水速，并在临界水速左右改变水速4次。每一水速稳定后， 测定流量Q，记录分层情况并测定悬浮高度h1、h2，计算此时的
上升水速??及悬浮体的密度?悬1、?悬2。
沉降管
五、实验数据处理与实验报告
1. 将实验数据及现象记录于下表； 序号 上升水流 上升水速 试样名称 试样重量 悬浮高度 悬浮体密度 分层现象 1 2 3 4 5 2. 根据异类粒群（粒度比大于自由沉降比）在上升水流中的悬浮分层结果。计算对应于每一水速的?悬1、?悬2，以及?悬2与?1之间的关系，并进行分析。
3. 根据实验条件，计算临界水速理论值，并与实际比较并分析。 4. 编写实验报告。 六、思考题
1. 研究沉降理论有何实际意义？举例说明沉降分离技术的应用。 2. 何谓干扰沉降？何谓自由沉降？
3. 离心沉降与重力沉降有何不同？举例说明离心沉降规律的实际应用。 教学讨论：
1. 实验过程应加强学生对等沉比概念的理解？让学生注意流体介质中按密度分选过程中粒度的影响或按粒度分级过程中密度的影响。
2. 引导有兴趣的同学探讨沉积法进行粉体粒度分析的原理与装置，分析影响分析精度的因素。
（五）细粒物料螺旋分选试验
一、 目的
了解螺旋分选机的结构和工作原理，观察物料在螺旋分选机中的运动状态与分离过程。了解螺旋分选试验的基本操作过程，了解影响螺旋分选的主要因素。 二、 基本原理
螺旋分选过程主要涉及水流在螺旋槽面上的运动规律、物料颗粒在螺旋槽面上的运动规律及颗粒在运动过程的综合受力规律。
在螺旋槽面的不同半径处，水层的厚度和平均流速不同。愈向外缘水层越厚、流速愈快。给入的水量增大，湿周向往扩展，但对靠近内缘的流动特性影响不大。随着流速的变化，水流在螺旋槽内表现为两种流态，即靠近内缘的层流和外缘的紊流。
在流动过程中，水流具有两种不同方向的循环运动。其一是沿螺旋槽纵向的回转运动；
其二是在螺旋槽内外缘之间的横向循环运动。两种流动的综合效应使上下水层的流动轨迹不同。
由于横向循环运动的存在，在槽内圈水流表现有上升的分速度，而在外圈则具有下降的分速度。
颗粒在槽面上的运动同时受重力、惯性离心力、水流的推动力及摩擦力的作用。 水流的动压力推动颗粒沿槽的纵向运动，并在运动中发生分散和分层。由于水流速度沿深度的分布差异，悬浮于上层的细泥及分层后较轻的颗粒具有很大的纵向运动速度，因而也就具有很大的离心加速度。而位于下层的重颗粒沿纵向运动的分速度较小，相应的离心加速度也较小。由于上述差异而导致物料颗粒在螺旋槽的横向分层（分带）。
重力的方向始终垂直向下。由于螺旋槽的空间倾斜，故重力分布除了推动颗粒沿纵向移动外，也促使颗粒向槽的内缘运动。颗粒的惯性离心力方向与其回转半径相一致，并大致与所处位置的螺旋线的曲率半径重合。
直接与槽底接触的颗粒其所受的摩擦力更加明显。位于上层的颗粒受水介质的润滑作用摩擦力较小。微细颗粒呈悬浮态运动，不在有固体边界的摩擦力。
上述各作用的综合结果导致物料颗粒在螺旋中的分选分离经过三个主要阶段：首先为分层阶段，在紊流作用下，重颗粒逐渐进入下层，轻颗粒逐渐进入上层。这一阶段在完成1次回转运动后初步完成；第二阶段是分层结束的轻重颗粒的横向展开、分带过程。离心加速度较小的底层重颗粒向内缘运动；上层的轻颗粒向中间偏外运动，而悬浮的细泥则被甩向最外缘。流体的横向循环和螺旋面的横向坡度对这种分布具有重要的影响。随着回转运动次数的增加，不同的颗粒逐渐达到稳定运动的过程；第三阶段即平衡阶段，不同性质的物料颗粒沿着各自的回转半径运动，分选过程完成，此后的运动将失去实际意义。研究表明，颗粒分层和分带作用区域主要在螺旋横断面的中部，该区域的主要特点是矿浆的浓度基本不变，颗粒与水层之间具有较大的速度梯度。
因摇床具有工作无需动力，若有高差可实现无能耗工作，操作维护简单，且工作稳定，使用寿命长、基本无需检修等特点，其已广泛适用于铁矿、钛铁矿、海滨砂矿、锡矿、砂 金、钨矿等金属矿及煤等非金属矿的选别及脱泥。 三、 仪器设备与材料
1. 仪器设备：螺旋分选机、天平（台秤）；
1. 工具：20L接料桶3个、样品盘5个、小盆10个； 2. 材料：6毫米以下物料（原煤或其它矿样与物料）20公斤。 四、 实验步骤和操作技术
1. 学习设备操作规程，检查设备，对动力部分进行试转； 2. 缩制两份重量分别为2.5和5公斤。
3. 入料桶中加入试样并加水至所需浓度，同时搅拌保证料浆悬浮。
3. 准备好接样，将入料桶中的悬浮混合物料加入螺旋分选机； 4. 料浆排完后，适量用水冲洗沾附在槽壁上的物料，并入接料桶； 5. 彻底冲洗给料桶和分选机，将各产品脱水、烘干、称重； 6. 根据需要，制取入料及产品的分析、化验样，进行分析化验。 五、 数据处理与实验报告
1. 实验数据记录于下表；
入序号 料粒度 重产品重产品重产品重产品入料 浓度 入料 品位 产品1 产品2 产品3 计算入料 量 率 位 量 率 位 量 率 位 量 率 位 2. 编制实验报告。 六、 思考题
1. 影响螺旋分选效果的主要结构因素有哪些，如何影响？ 2. 简述螺旋分选技术的特点、适用范围及应用领域； 教学讨论：
1、本实验主要验证螺旋分选的基本原理，操作简单，因此建议作为演示实验进行； 2、让学生讨论给料量稳定性对分选效果回产生怎样的影响。 3、如果条件允许，可以鼓励部分同学开展一些条件探索实验。
（六）细粒物料摇床分选实验
一、 目的
了解摇床的结构和工作原理，验证摇床分选的基本理论，观察分选过程中物料在床面上的扇形分布，了解影响摇床分选效果的主要因素与调节方法。 二、 基本原理
摇床分选过程主要包括以下几个环节： 1. 物料在床面上的松散分层
在摇床分选过程中，水流沿床面横向流动，不断跨越床面隔条，流动变化的大小是交替的。每经过一个隔条即发生一次水跃。水跃产生的涡流在靠近下游隔条的边沿形成上升流，