选矿方法----重选法

(1) 重选法的选矿原理与应用范围:

重选法是根据矿物比重的不同及其在介质中具有不同的沉降速度来进行分选的方法。

在重选过程中，不同比重的矿粒在运动的介质中，由于其运动状态—运动速度、方向、途径的不同而得到分选。

矿粒的基本运动形式是在介质中沉降。 矿粒在介质中沉降时，受到叫个力的作用：一个是矿粒在介质中的重力，在一定的介质中对一定的矿粒其重力是一定的;另一个是介质的阻力，阻力和矿粒的沉降速度有关。矿粒开始沉降的最初阶段，由于介质的阻力很小，因此矿粒在重力作用下做加速度沉降。随着沉降速度的增加，介质的阻力也增加。随着介质阻力的逐渐增加，矿粒的沉降加速度逐渐减小。到一定的时间之后，加速度减小到零。这时矿粒就以一定的速度沉降，这个速度叫做沉降末速。沉降末速受很多因素的影响，其中最重要的是矿粒的比重、粒度和形状;介质的密度和粘度。

研究结果表明：在一定的介质中，矿粒的粒度和比重越大，沉降末速就越大。若矿粒的粒度相同，则比重大的沉降末速就大。

在重选过程中， 用作选分介质的有水、空气，重液和悬浮液。重液是比重大于水的液体。悬浮液是由水和悬浮于其中的固体颗粒组成的两相液体。

在日常生活中，我们知道浸在水中的物体受到水的浮力作用。根据阿基米德定律，水的浮力的大小在数值上等于沉没物体所排开的同体积的水的重量。在不流动的水中，物体受两种力的作用：物体的重力垂直向下和液体的浮力垂直向上。如果重力和浮力相等，物体处于平衡状态;重力大于浮力时，物体就下沉，重力小于浮力时，物体就上浮。

如果物体和液体的密度都是均匀的，那么根据它们比重的大小就可以决定物体的浮或沉。当物体的比重大于液体的比重时就要下沉，小于液体的比重时就要浮起。矿物选分的难易程度通常可近似地按(δ2-△)/(δ1-△)的比值来判定。式中δ1为小比重矿粒的比重，δ2

为大比重矿粒的比重，△为介质的比重。由经验得知，当这—比值大于2.5时用重选法选分是比较容易的，如果比值小于1.25就困难些。

需要指出的是：当其他条件相同时，随矿物粒度的减小，按比重分离的困难程度将增大，由于细矿粒的重量小，沉降速度就小，因而在重力作用下按比重分离的速度和精确性就会大大降低。为了解决这一问题，可以使细矿粒在离心力的作用下按比重或粒度进行分选。

矿粒群沉降时由于比重、粒度的不同，在介质中沉降会发生如图11—1的现象，粒度较小的大比重粒子d3与粒度较大的小比重粒子d1以相同的速度沉降，d1和d3成为等降颗粒，d1/d3=l0称为等降比。因此重选时，矿粒的粒度将影响矿粒按比重分选的精确度。

为了使矿粒尽可能地按比重分选，重选前矿石必须进行充分的破碎，使其中的有用矿物达到单体解离并减小进入重选的最大块粒度。筛分和分级是将矿粒分为各种粒级，以便分别进入不同的重选作业。由上述等降比的概念可知重选时粒级窄一些，就能减小粒度的影响，而是矿粒按比重选分越精确。

重选法根据作用原理的不同，可以分为水力或风力分级、洗矿、重介质选矿、跳汰选矿、溜槽选矿，摇床选矿。

重选处理的物料粒度范围大，特别适合处理具有一定比重差的粗粒物料，处理细粒时选分效率经常比较低。与其它方法比较，重选法简单、成本低、易于上马。因此几乎在所有选矿厂都是不可缺少的作业。主要应用有：

① 金、铂等贵金属的选别;

② 钨、锡矿石的选别;

③ 处理含有稀有金属元素矿物的砂矿，如含有锆、钛矿物的海滨砂矿的分选;

④ 赤铁矿、褐铁矿的选别;

⑤ 锰矿的选别;

⑥ 选煤厂分离煤和矸石;

⑦ 一些非金属矿物与脉石的分离，如石棉、云母、高岭土、海泡石和金刚石等的选别;

⑧ 对于那些主要以浮选法处理的铜、铅、锌等有色金属矿石，用重选法进行预先富集;

⑨ 重选中按粒度分选的过程如分级、脱泥等。

(2) 主要的重选方法和设备:

根据作用原理及所用设备的不同，重选分为重介质选矿、分级、洗矿、跳汰选矿、摇床选矿、溜槽选矿等六类作业。

1) 跳汰选矿:

跳汰是最重要的重选法之一。跳汰过程的实质是使不同比重的矿粒混合物，在垂直运动的变速介质(水或空气)流中按比重分层，比重小的矿粒位于上层，比重大的矿粒位于下层。然后再借助机械的作用和水流的作用将其分成比重不同的产物，分别排出。

跳汰选矿适用于粗中粒物料的选分，选别金属矿石的粒度上限为50mm，下限为0.2-0.007mm。通常用来选别18-2mm之间的粗粒矿石。

跳汰机分为水力跳汰机和风力跳汰机，风力跳汰机用得很少，根据结构和水流运动方式不同，水力跳汰机可分为活塞式、隔膜式、无活塞式、水力鼓动式和动筛式跳汰机五种。以隔膜跳汰机应用较广泛，它又有各种不同的类型如上动型隔膜跳汰机、下动型圆锥隔膜跳汰机、侧动型隔膜跳汰机等。各类跳汰机的基本构造都是相似的，他的选别过程是在跳汰室中进行的。跳汰室中层有筛板，从筛板下周期地给入垂直交变水流，矿石给到筛板之上，形成一个密集的物料层，称作床层，在上升水流作用下，床层被冲起井逐渐松散，当水流的冲力不太大时，床层的松散从上层开始，首先被冲起的是比重小的细矿粒，其次是比重小的粗矿粒和比重大的细矿粒，最后是比重大的粗矿粒。在上升水流末期，床层得到充分的松散，矿粒开始陆续沉降和分层，比重大的粗矿粒沉得最快，位于下层，其次是比重小的粗矿粒和比重大的细矿粒，比重小的细矿粒沉得最慢，位于上层。水流下降时随着矿粒的沉降，床层逐渐紧密，粗矿粒沉到筛面上并失去活动性，但细矿粒在下降水流的吸入作用下仍能通过粗粒矿的间隙向下移动，这种运动形式称为钻隙运动。水流上升下降一个完整的变化循环称为一个跳汰周期。矿粒的分层过程不是在一个跳汰周期中完成的，在每—个跳汰周期内矿粒都受到—定的分选作用，经过多次周期循环，矿粒分层渐趋完善。大比重矿粒将集中在下层成为重产物，小比重矿粒将集中在上层成为轻产物。

为了减少下降水流对小比重细矿粒的吸入作用，以便提高精矿质量，在跳汰机中补加筛下上升水。经选别后重产物由筛上排矿装置排出，轻产物则由跳汰机尾部随水流排走。

这种跳汰机选矿效率高，适于选别粗粒嵌布的矿石，在我国多用于选别钨、锡等矿石。

其最大给矿粒度可达16mm，最小粒度为0.5mm。物料需筛分分级后入选。

2) 摇床选矿:

摇床选矿是选别细粒物料应用最广泛的重选法之一。

摇床的基本构造分为床面、床头和机架三个主要部分。床面多用木料制成，呈斜长方形或菱形，床面微向尾矿侧倾斜，床面上沿纵向钉有木条(称来复条)或刻有沟槽，矿砂就是在床面上进行选别的。床头是驱动床面进行往复摇动的机构，它带动床面在纵向作往复不对称运动，即床面由前进行程变到后退行程时比较快(加速度大)，而由后退行程变到前进行程时比较慢(加速度小)，床头由电机带动。机架是支撑床面的架子，床面可在架子上往复摇动，床面纵向和横向坡度可通过机架相关部件进行调节。

摇床面主要有梯形和菱形两种类型，我国生产的摇床面多为梯形，给矿端较宽，精矿排矿端较窄(如常用工业摇床的尺寸为4500mm×1800mm×1500mm)。菱形床面的面积利用率高，而且由于延长了分选带，分选效率也提高了，但是配置与操作不方便，这种床面在国外使用较多。

摇床选分的过程是，由给水槽给入的冲洗水，沿床面的倾斜方向即横向呈均匀的薄层流过。 矿浆由给矿槽给到床面上，在横向水流的冲洗和床面纵向往复不对称运动的联合作用下，比重不同、粒度不同的矿粒在床面上运动的方向也不同，最细的矿泥直接沿床面的倾斜方向流下，沉在床面来复条之间的矿粒，由于床面的摇动和冲洗水在沟槽中形成的涡流，按比重和粒度的不同发生分层。 比重小、粒度大的矿粒被涡流清洗到上层，其次是比重小、粒度小的矿粒，在下一层是比重大、粒度大的矿粒，比重大、粒度小的矿粒钻过矿粒间的空隙，位于最下层，此过程称为“析离分层”。

比重大的矿粒在下层，因为和床面接触，受床面运动的作用大，而受横向水流的作用小。 比重小的矿粒在上层，受床面运动的影响甚小，主要受横向水流的作用。结果，大比重矿粒的纵向远动速度大，横向运动速度小，小比重矿粒的纵向运动速度小，横向运动速度大，它们将沿着各自合速度的方向运动。因此，比重大的矿粒移向精矿端，比重小的矿粒移向尾矿侧。最终形成比重不同的矿带，呈扇形分布，从而达到了分选的目的。

摇床的给矿入选前必须进行水力分级，这是为了减少矿粒粒度对分选的影响。

摇床入选粒度上限为2-3mm，下限为0.037mm。根据入选粒度的不同，可分为矿砂摇床和矿泥摇床。选别2～0.2mm物料的为矿砂摇床，选别0.2mm 以下物料的为矿泥摇床。二者的区别，一是来复条的型式不同：矿砂摇床一般采用较高的来复条，间距较小;矿泥摇床采用刻槽床面，或钉有较低的来复条。二是采用的冲程、冲次不同： 矿砂摇床采用大冲程、小冲次;矿泥摇床采用小冲程、大冲次。三是矿砂摇床床面的倾斜角即横向坡度较大;矿泥摇床床面的倾斜角即横向坡度较小。

我国目前使用比较广泛的是衡阳式摇床、云锡式摇床和弹簧摇床三种。

摇床的优点是选矿稳定可靠，矿带分布清晰可见，富矿比(精矿品位与原矿品位之比)比其他许多选矿方法都高，最大可达100多倍，容易看管，便于调节，并且一次选别就能得出最终精矿和丢弃尾矿。缺点是生产率低，选别0.2mm以上矿砂的处理量为0.7—0.5吨/台.时，所以需用台数多，占地面积大，耗水量较大。

摇床主要用于选别钨、锡、钽、铌、铬和其它稀有金属和贵金属矿石，也可用来选别铁、锰等矿石。入选粒度小于2mm。在选别1mm 以上的物抖时， 有被跳汰机取代的趋势。但对于选别1mm以下，特别是0.1mm以下的细粒物料，是一种非常有效的选别设备。

3)溜槽选矿：

溜槽选矿是利用斜面水流进行选矿的方法。将矿粒混合物给入倾角不大的斜槽内，在水流的冲击、矿粒的重力 (有时还有离心力)、磨擦力的作用下，使矿粒按比重沉在槽内的不同地带，比重小的矿粒被水流带走，从而达到按比重分选的目的。

溜槽的种类很多，按矿粒所受的作用力可分重力溜槽和离心溜槽，按选别的力度可分粗粒溜槽和矿泥溜槽。粗粒溜槽由于需要大量人工操作，常被跳汰机所取代。常用溜槽见表4-3-1。

表4-3-1 常用溜槽特点一览表

粗粒溜槽和矿砂溜槽主要用于金、铂、锡的砂矿以及其他稀有金属矿砂矿，如独居石、锆英石等砂矿的选别，矿泥溜槽常用于钨、锡等矿石的选别。

a.离心选矿机(又称卧式离心溜槽)：离心选矿机是选别细粒物料的有效设备。它有一个高速旋转的空心锥形转鼓，矿浆给入以后，在离心力作用下，大比重的矿粒紧贴在转鼓内壁上，尾矿从转鼓边缘缝隙排出。经过一定时间之后停止给矿，同时给水冲洗精矿。然后再给矿，重复上一过程。每个工作周期的时间大约2分30秒到3分30秒，离心选矿机的整个选矿过程均是由自动控制机构自动进行的。

离心选矿机已被广泛用作钨、锡矿泥的粗选设备，并可应用于选别其它稀有金属矿泥及细粒嵌布的赤铁矿。它的适宜给矿粒度为O.074～0.01mm，特别能有效地回收0.037—0.019mm的矿泥。其优点是有效回收粒度下限低，选别指标高。缺点是间断作业，不能连续给矿，耗电、耗水比固定溜槽大，转鼓坡度不能调节。

b.螺旋选矿机(又称螺旋溜槽)：螺旋选矿机是由4-6圈螺旋形溜槽联结而成的。矿浆自螺旋槽上端给入后即沿槽向下运动。在重力，离心力，磨擦力及水流冲力的联合作用下，比重小的矿粒靠近槽的外缘，比重大的矿粒靠近槽的内缘。在槽底适当部位开孔，将精矿(或中矿)排出，尾矿最后自螺旋槽的尾端排出。也可以从螺旋槽尾端的不同位置分别接取精矿(或中矿)和尾矿。

在螺旋选矿机中，还从槽的内缘给入冲洗水，这样就可把夹杂于重矿物中比重小的矿粒和矿泥冲洗出去，起着补充的选分作用。螺旋选矿机用于处理铁矿石、锡矿、钽铌矿等，特别是处理冲积砂矿，有用矿物单体分离度好时，可得到很好的指标。也可用它处理浮选，磁选尾矿，从中回收重矿物。入选粒度一般为2-0.07mm。 其优点是结构简单，没有运动部件，不需要动力，操作管理简便，生产费用低。占地面积小，单位面积生产率高。适应能力大，当给矿量、给矿浓度等变化时，对回收率和精矿品位影响不大。 缺点是高度较大，设备本身的参数(螺距、螺旋槽断面等)不易调节，对于连生体或片状矿石选分效果较差。

螺旋分级机型号分为高堰式、低堰式和沉没式。现在，低堰式已淘汰不用，高堰式用于粗磨产品的分级，沉没式用于细磨矿浆的分级。

4) 重介质选矿:

重介质选矿是在比重较大的介质中使矿粒按比重分选的一种选矿方法。重介质的比重介于重矿粒比重和轻矿粒比重之间，把物料给入重介质中，结果比重大于重介质比重的矿粒则下沉，比重小于重介质比重的矿粒则浮在重介质的表层。然后将已分离的轻、重矿物分别截取，即完成分选过程。

这种选分方法主要决定于矿粒的比重，受粒度和形状的影响较小，所以他的分选精确性较高，可以选分比重差很小(如比重差小于0.1-0.05)的矿物。入选物料的粒度范围也可以很宽。但是粒度过小的矿粒，特别是当其比重和重介质的比重接近时，矿粒沉降速度很小，因而分离过程很慢，分选效率将大大降低。所以重介质选矿对于入选矿石粒度的下限有一定限制，在选分前需筛去细粒或脱泥。

目前常用重介质选矿处理有用矿物呈粗粒嵌布或细粒集合体嵌布的矿石。当这种矿石破碎到一定的粒度以后，将有大量脉石解离出来，而有用矿物呈单体或连生体出现，利用重介质选矿既可分出大量脉石，因而进入下一段工序的矿石量大大减少，从而提高了选矿厂的生产能力，节省了选矿费用，故重介质选矿在金属矿选厂常作为一种预先选别作业，与其它选矿法组成联合流程。

作为重介质的有重液和重悬浮液。重液是一些密度大的有机液体或无机盐类的水溶液，可用有机溶剂或水调配成不同的密度。常用的重液有三溴甲烷或四溴乙烷，碘化钾与碘化汞按1:1.24比例配成的水溶液—杜列液，.二碘甲烷，甲酸铊与丙二酸配成的水溶液—克列里奇液等，因重液来源有限，价格昂贵，有毒，难以回收，因此只限于实验室使用。工业生产上采用重悬浮液为重介质，故一般所说的重介质主要是指重悬浮液而言。重悬浮液是由高比重的固体微粒(—般称为悬浮质)与水混合而成。常用的悬浮质有：黄铁矿、磁铁矿，方铅矿、硅铁等，悬浮质的粒度大部分小于0.074mm。重悬浮液因原料来源广，价格便宜，无毒，容易回收，且对选矿不产生有害作用，所以在工业上得到了广泛的应用。

重介质选矿设备种类较多，常用设备见表4-3-2。常用的重介质振动溜槽主要由槽体、传动装置、分离隔板和机架四部分组成。

重介质振动溜槽工作时，先将浓度较高的重介质从振动槽的首端给入槽中，在槽体的往复摇动作用下，介质转入悬浮状态，形成流动性较大的具有一定分选比重的介质床层。然后，原矿从槽的首端给入，由于槽体的运动，矿石边向前运动，边开始按比重进行分层。比重大于分选比重的重矿粒，穿过介质床层，沉积于槽的底部，并在槽体摇动作用下向前滑行，从分离隔板下面排出。比重小于分选比重的轻矿粒，则悬浮于介质床层的上层，随介质的流动，由分离隔板上面排出。由水室通过两层筛板的筛孔给到槽内的上升水，主要是控制和调节介质床层的稳定性和均匀性，并帮助介质床层中的矿石移动。分选出的轻重产物分别入脱

介筛，脱除的稀介质经脱水后再循环使用。

重介质振动溜槽用于赤铁矿、锰矿等黑色金属矿石的选别，也可用于其它有色金属矿石的选别。

表4-3-2 常用重介质选矿设备