在一定的介質(zhì)或介質(zhì)流中(主要是水),按礦物原料顆粒的比重差異進(jìn)行選別的過(guò)程。主要用于選別有用礦物與脈石有較大比重差的礦物原料,如鎢、錫礦及金礦等。對(duì)于煤,重選是最主要的選煤方法。優(yōu)點(diǎn)是:①生產(chǎn)成本低廉。②可處理的物料粒度范圍寬,粗的可達(dá)幾百毫米,細(xì)的可至0.02mm。③對(duì)環(huán)境污染少,產(chǎn)品易于脫水。但對(duì)小于0.1mm的礦石和0.5mm的煤,選礦效率和設(shè)備處理能力都較低。
按所用介質(zhì)不同,重選分:①風(fēng)力選,以空氣為介質(zhì);②水力選,以水為介質(zhì);③重介質(zhì)選,以重液或重懸浮液為介質(zhì)。風(fēng)力選主要用于選別石棉、白堊、膨潤(rùn)土、某些稀有金屬礦石和在缺水地區(qū)選煤。
用重選法分選礦物的難易度可表達(dá)為,
e為分選難易度,δ
2、δ
1及
ρ分別為密度高、密度低的礦物和介質(zhì)的比重。
e值大致按下表判別。
ρ<δ
2時(shí),增大介質(zhì)的比重
ρ,可降低重選的難度。
用重選法處理礦物原料時(shí),一般先將物料用篩分或水力分級(jí)的方法,按粒度分成若干級(jí)別,然后用適于處理各該粒度級(jí)別物料的重選設(shè)備選別,構(gòu)成分級(jí)入選的工藝流程。選煤時(shí)往往不分級(jí)而將原煤直接入選。
發(fā)展簡(jiǎn)史 古代,就用重選法從砂里淘金。明《天工開(kāi)物》中記載有分選鐵礦砂和錫礦砂的淘洗盤。1848年在德國(guó)出現(xiàn)了第一臺(tái)機(jī)械傳動(dòng)活塞跳汰機(jī),1893年美國(guó)威爾弗利 (A.Wilfley)發(fā)明搖床。1921年應(yīng)用重介質(zhì)分選機(jī)選別塊煤。1943年美國(guó)用漢弗萊斯 (I.B.Humph-reys) 研制的螺旋選礦機(jī)從海濱砂礦中回收鉻礦。60年代研制成賴克特圓錐選礦機(jī),中國(guó)的離心選礦機(jī)和40層搖動(dòng)翻床等礦泥選別設(shè)備。重選發(fā)展的特點(diǎn)是:①能處理的物料由塊體、粗粒向細(xì)粒、礦泥擴(kuò)展。目前重選已能選別20μm的礦石;②除重力外還引入了其他作用力,以強(qiáng)化重選過(guò)程;如離心選礦機(jī)與搖動(dòng)翻床中分別加上離心力與剪切力,使礦泥的選別效率得以提高;③設(shè)備的大型化、多層化。理論研究隨著生產(chǎn)的發(fā)展而開(kāi)展。18世紀(jì)牛頓和1851年斯托克斯 (G.G.Stokes) 提出的運(yùn)動(dòng)阻力公式是重力選礦的基礎(chǔ);1867年奧地利雷廷格爾(P.R.von Rittinger)提出等降現(xiàn)象,導(dǎo)致窄級(jí)別入選。20世紀(jì)早期美國(guó)里恰茲(R.H.Richards)及蘇聯(lián)利亞先科(П.Β.Лященко)對(duì)于干涉沉降進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。20世紀(jì)50年代德國(guó)麥爾 (F.W.Mayer)提出跳汰分層的勢(shì)能假說(shuō)。這些都標(biāo)志著重選日益從工藝實(shí)踐發(fā)展成工程學(xué)科。20世紀(jì) 50年代英國(guó)巴格諾爾德(R.A.Bagnold)關(guān)于礦漿受剪切時(shí)在與剪切相垂直的方向?qū)a(chǎn)生分散壓的理論,促進(jìn)了礦泥選別設(shè)備的發(fā)展。
重選工藝 可分為重介質(zhì)選、跳汰選、搖床選、溜槽選、離心選等過(guò)程。他們的適宜給礦粒度見(jiàn)表:
重選 跳汰選 利用垂直交變水流使物料松散,達(dá)到按比重分層與選別的過(guò)程。跳汰機(jī)的基本組成部分是跳汰室,室內(nèi)置有篩網(wǎng)。水與礦粒的混合物從一端給入跳汰室的篩網(wǎng)上,礦粒在垂直交變水流的作用下運(yùn)動(dòng),交替發(fā)生松散和緊密,最后按自身比重差分層。比重小的產(chǎn)品在上層隨礦漿流由上部排出;比重大的產(chǎn)品在下層由下部排出。跳汰機(jī)種類繁多,選礦用跳汰機(jī)多借隔膜的往復(fù)運(yùn)動(dòng)引起水流的交變運(yùn)動(dòng),形成有利于分層的鋸齒形運(yùn)動(dòng)曲線。無(wú)活塞跳汰機(jī)用壓縮空氣使水作上下運(yùn)動(dòng)。主要有鮑姆型及新型的篩下空氣室型,多用于選煤,少數(shù)情況也用于選礦。水流的脈動(dòng)波形是影響跳汰過(guò)程的重要因素。由于物料的粒度對(duì)按比重分層有一定影響,故有時(shí)將礦石篩分成窄級(jí)別分別入選。跳汰機(jī)的主要操作參數(shù)為水流的沖次、沖程、篩下補(bǔ)給水量、給料量和給料濃度以及床石的比重、粒度和厚度等。跳汰機(jī)單位面積處理能力大、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作和維修容易。隨著選礦規(guī)模的擴(kuò)大,跳汰機(jī)趨向大型化。選礦用圓形跳汰機(jī)(圖1)的跳汰室直徑達(dá)7.5m,面積達(dá)42m
2。選煤用無(wú)活塞跳汰機(jī)的跳汰室面積已達(dá)35m
2。
重選 搖床選 搖床由帶有床條或溝槽的橫向傾斜床面和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使床面沿縱向作不對(duì)稱往復(fù)運(yùn)動(dòng)。床面上的礦粒在機(jī)械振動(dòng)、礦漿橫向流和床條間渦流的聯(lián)合作用下松散、析離、分層、分帶。上層礦粒比重小、粒度大,下層礦粒比重大、粒度小,上層礦漿流速快,故礦粒橫向移動(dòng)也較快;下層礦漿流速小,其中的礦粒因與床面摩擦受機(jī)械搬運(yùn)力大,縱向移動(dòng)速度大;不同粒度和比重的礦粒便由于在床面上運(yùn)動(dòng)軌跡不同而分離。搖床主要結(jié)構(gòu)參數(shù)為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性、床面和床條形狀、尺寸與布置方式。主要操作參數(shù)是床面的沖次、沖程、橫向傾角、沖洗水量、給礦量和給礦濃度等。通常,對(duì)細(xì)粒給礦用小沖程、高沖次和低床條;反之采用大沖程、低沖次和高床條。搖床的選別效率高,尤其是富集比高,可得多種產(chǎn)品;但是設(shè)備單位面積處理量小。為節(jié)省占地面積,50年代以來(lái)出現(xiàn)了各式多層搖床,其中懸掛式多層搖床(圖2)優(yōu)于座落式。
重選 溜槽選 借助在傾斜槽中流動(dòng)的水流進(jìn)行物料選別的過(guò)程。礦粒在重力、摩擦力、水流動(dòng)壓力、剪切力及擋條阻力(槽面上有擋條時(shí))等聯(lián)合作用下,松散、分層,達(dá)到按比重分選。根據(jù)處理物料的粒度分為:①粗粒溜槽 (給礦粒度通常為2~3mm,最大可達(dá)100mm以上),有固定式及帶式,用于選別砂金、砂錫及鎢礦等;②礦砂溜槽(給礦粒度2~0.074mm)。溜槽類型較多,常用的有下列幾種。
、 帶式溜槽 主要部分為一無(wú)極的平膠帶,帶面與水平作13°~17°傾斜,由傳動(dòng)輪帶動(dòng)低速運(yùn)轉(zhuǎn)。礦漿給至離傳動(dòng)輪一定距離處。比重大的礦粒沉至帶面隨膠帶向上運(yùn)動(dòng);在傳動(dòng)輪附近用沖洗水將混雜的脈石顆粒洗出,由頂端排出;比重小的礦粒隨礦漿流向下流動(dòng),由尾端排出。
、 尖縮溜槽(又稱扇形溜槽)與圓錐選礦機(jī) 尖縮溜槽槽長(zhǎng)約 1m,給礦端寬125~1400mm,向排礦端逐漸尖縮至25~9mm左右,槽面作16°~20°傾斜放置。含固體重量50~65%的礦漿由上端給入,向下流動(dòng)時(shí),隨槽面變窄礦漿層逐漸增厚,礦粒在流動(dòng)中按比重分層,由分離隔板分離開(kāi)。圓錐選礦機(jī)由尖縮溜槽演變而成。礦漿由中心給入正置的給礦錐,沿錐面向底部周緣流動(dòng),抵周緣后垂直下落至倒置的選別錐(一層或兩層)。隨礦漿由周緣向中心流動(dòng),選別錐表面逐漸縮小,礦漿層逐漸變厚,礦粒在流動(dòng)過(guò)程中按比重分層,由中心處的分割器將輕、重產(chǎn)品分離開(kāi)。圓錐選礦機(jī)直徑通常為2m,最近出現(xiàn)直徑3m的新設(shè)備,一般為多層重疊配置。一次可完成粗、精、掃多段選別。圓錐選礦機(jī)主要特點(diǎn)是處理能力大,每臺(tái)設(shè)備達(dá)60~100t/h(直徑2m)及200~300t/h(直徑3m);投資和生產(chǎn)費(fèi)用均較低,推廣迅速;但要求給礦濃度高。一般為55~70%(固體重量),且波動(dòng)范圍不大于 ±2%。適于選別粒度均勻、含泥少的物料,尤其是海濱砂礦(圖3)。
重選 、 搖動(dòng)翻床 又名巴特萊斯-莫茲里翻床,是選別細(xì)泥的有效設(shè)備。由40層玻璃鋼平板組成床面,懸吊式。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由直流電機(jī)和一不平衡重塊組成,使床面作平面圓運(yùn)動(dòng)。床面與水平作1°~3°傾斜,床面上礦漿受連續(xù)剪切作用,沿緩傾斜床面徐徐向下流動(dòng),借重力及剪切力引起的層間斥力,使礦粒按比重分選,比重大的礦粒沉落在床面上,工作一段時(shí)間后,停止給礦,床面向另一方向傾斜,比重大的礦粒被水沖出。
此外,還有橫流帶式溜槽、五層自動(dòng)翻床和逆流洗煤槽等。
④ 螺旋選礦機(jī)與螺旋溜槽 是由螺旋形斜槽組成(圖4)。
重選 礦漿由頂端給入。自上而下繞中心軸旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。礦粒在重力、液流動(dòng)力、離心力、摩擦力和沿內(nèi)圈給入的沖洗水的聯(lián)合作用下各自沿不同的軌跡運(yùn)動(dòng),比重大的礦物顆粒繞里圈回轉(zhuǎn);比重小的礦物顆粒則進(jìn)入外圈。在不同位置分別接出, 即可得不同產(chǎn)品。螺旋選礦機(jī)橫載面形式多為橢圓的1/4周,適于選別2~0.07mm的礦粒;螺旋溜槽的斷面為立方拋物線形, 適于選別 0.3~0.02mm的礦粒。螺旋選礦機(jī)和螺旋溜槽基建投資少,能耗低,設(shè)備簡(jiǎn)單可靠,操作容易,富集比高,可以得到多種產(chǎn)品。但必須均勻給礦。為減少占地面積,60年代又出現(xiàn)將多個(gè)螺旋槽重疊在一起的多頭螺旋選礦機(jī)與螺旋溜槽。
離心選礦 利用離心力強(qiáng)化、按比重選別的過(guò)程,1964年中國(guó)云南錫業(yè)公司創(chuàng)制了離心選礦機(jī),可選別74~10μm的礦粒,單位面積處理能力達(dá)0.8t/(m
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