3选矿提纯技术.ppt

1、第三章 非金属矿物选矿提纯技术,3.1 概述 3.2 选矿技术基础 3.2.1 选矿概念 选矿：将矿石中有用矿物与脉石矿物分离、除去有害杂质、 使之富集和纯化的一门技术科学，它是对有用矿物的精选过程。 （ Mineral Processing ）,矿石：在现有技术条件下可以开采、加工、利用的矿物集合体。 否则为岩石。（岩石可能成为矿石 ） 矿床 ：地壳中具有开采价值的矿石积聚区。 脉石矿物 :目前国民经济尚不能利用的矿物。 一般非金属矿物加工成各种功能材料，需经过初加工、深加 工和制品加工三个阶段： （1）初加工：是指传统的矿物机械加工，初加工的任务是为 材料工业部门提供从颗粒粒级上或有用矿物

2、品值上合格的原料矿 物质。,（2）深加工：是相对初加工的加工处理程度而言，它是指初加工后的原料矿物，根据用户或制品对其技术物理性能及界面特性的要求再深化精细加工的过程 。 （3）制品加工：指利用经初加工或深加工的矿物作为主要原材料，与其他无机或有机材料结合，通过各种工艺手段制成不同形态的结构材料或功能材料的加工 。 选矿基本上属于初加工阶段技术 。目的和任务是将有用矿物同无用的脉石分离，把彼此共生的有用矿物尽可能分离并富集成所需的精矿，综合回收有价成分，去除对冶炼及其他加工过程有害的杂质，提高精矿品质，充分利用有限的矿产资源。,3.2.2 选矿过程,选别前的准备作业 ： 准备作业包括洗矿、破碎

3、、筛分、磨矿和分级。其目的是使有用矿物与脉石矿物、多种有用矿物之间分离，为选别作业准备。有时也作将物料分成若干适宜粒级的准备工作。 选别作业： 选别作业是选矿过程的关键作业(亦即主要作业)，它根据矿物的不同性质，采用不同的选矿方法，如重选法、磁选法、电选法、浮选法等，这是本章论述的重点内容。 产品处理作业： 该作业主要包括精矿脱水和尾矿处理。精矿脱水通常由浓缩、过滤、干燥(有时需要)三个阶段组成。尾矿处理通常指尾矿贮存、综合利用和尾矿水处理。,我们把对 矿石进行 分离与富 集的连续 加工的工 艺过程称 为选矿工 艺流程。,3.2.3 选矿指标,为衡量选矿过程进行得好坏，常采用产品的品位、产率、

4、选 矿比、富矿比、回收率、选别效率等指标表示。 (1) 品位：指矿物原料及选矿产品中有用成分含量的质量百 分比。 (2) 产率：指产品质量与原矿质量之比的百分数。 (3) 选矿比：指原矿质量与精矿质量之比。它表示选出1 t 精 矿需处理几吨原矿。 (4) 富矿比：指精矿品位和原矿品位之比。它表示精矿中有 用成分含量比原矿中有用成分含量提高的倍数。,(5) 回收率：我们把原矿或给矿中所含被回收的有用成分在精矿中回收的质量百分数称为回收率，以此来评价该有用成分的回收程度。 精矿的实际回收率： 精矿的理论回收率： 式中： 原矿或给矿品位； 原矿质量； 精矿质量； 尾矿品位； 一精矿品位。 (6) 选

5、别效率：我们用精矿中有用成分回收率与脉石回收率之差来衡量选别作业效果的好坏。, 非金属矿选矿的目的一般是为了获得具有特定的物理化学特性的产品，而不是矿物中的某些有用元素； 对于加工产品的粒度、耐火度、烧失量、透气性、白度等物理性能有严格的要求和规定，否则会影响下一级更高层次的应用 对于加工产品不仅要求其中有用成分的含量要达到要求，而且对其中杂质的种类及其含量也有严格的要求； 非金属选矿过程中应尽可能保持有用矿物的晶体结构的完整与粒度，以免影响它们的工业用途和使用价值；,3.2.4 非金属矿物选矿特点, 非金属矿选矿指标的计算一般以有用矿物的 含量为依据，多以氧化物的形式表示其矿石的品位及有用矿

6、物的回收率，而不是矿物中某种元素的含量； 非金属矿选矿提纯不仅仅富集有用矿物，除去有害杂质，同时也粉磨分级出不同规格的系列产品； 由于同一种非金属矿物可以用在不同的工业领域，而不同工业部门对产品质量的要求又有所不同，因此往往带来非金属矿选矿工艺流程的特殊性、多样性和灵活性。,3.3 重力分选,3.3.1 概述 （1）基本概念 重力选矿:根据矿物密度不同及其在介质中不同矿物的沉降速度来进行矿 物分离的选矿方法，简称重选。 重选过程都在介质中进行。重选用介质有水、空气、重液和悬浮液。重 液是密度大于水的液体；悬浮液是水和悬浮于水中的固体颗粒组成的两相液 体。 矿粒在介质中沉降时，受到两个力的作用：

7、一个是矿粒在介质中的重 力，在特定的介质中，对特定的矿粒，其重力是一定的；另一个是介质的阻 力，它和矿粒的沉降速度有关。,矿粒沉降的最初阶段，由于介质阻力很小，矿粒在重力作用下作加速沉降。随着沉降速度的加快，介质阻力增加，矿粒沉降加速度随之减小，最后加速度就减小到零。此时矿粒就以一定的速度沉降，这个速度叫沉降末速。 沉降末速受很多因素影响，其中最重要的是矿粒的密度、粒度和形状、介质的密度和黏度。在特定的介质中，矿粒的粒度和密度愈大，沉降末速就愈大。若矿粒的粒度相同，密度大的，沉降末速就大。,重选过程不仅须在介质中进行，而且须在运动的介质中进行。因为分层是矿物分选的基础。只有在运动的介质中，紧密

8、的床层（由矿粒组成的物料层)才能松散，分层才能进行。同时借助运动的介质流，将已分选出的产物及时移出，这样选矿过程才能连续有效的进行。 整个重选过程的基本规律为： 松散-分层-分离,重选过程矿粒的基本运动形式是在介质中沉降，重选介质的运动形式有如下几种: 垂直运动：连续上升介质流，间断上升介质流，上升、下降交变介质流。 水平运动：包括倾角较小的斜面介质流。 回转运动：包括不同方向的回转介质流。,（2）重力选矿可选性准则 在重选中常以两种密度不同的矿粒在介质中相对密度的比值作为近似地评 价重选过程难易程度的指标，即所谓的“重选可选性准则”，以A表示。 式中： 、 轻、重矿物的密度； 介质的密度。,

9、矿粒群沉降时，因密度、粒 度的不同，在介质中沉降会发生 如右图的现象，粒度较小的大密 度粒子与粒度较大的小密度粒 子，若以相同的速度沉降，则 和 称为等降颗粒， ，称为等降比。,（3）等降比, 矿粒的密度、重度和相对密度 a.矿粒密度 单位体积矿粒的质量，称为矿粒密度，以 表示。,（4）矿粒物理性质,b. 矿粒重度 单位体积矿粒的重量(重力)，称为矿粒重度，以 表示。,密度单位在CGS制中是gcm3。，在国际单位制中是kgm3。,重度单位，在CGS制中为dyncm3，在国际单位制中为Nm3，实际工程还可为 gcm3， 1 gcm3=980 dyncm3=9800 Nm3,c. 矿粒相对密度 过

10、去称作矿粒比重，其定义是矿粒质量 与同体积4水质量之比，是个无因次量。现在国家标准中规定 称为相对密度，不再用比重一词。 矿粒密度和重度，二者不仅在意义上不同，而且在同一单 位制中，数值和单位也各不相同，密度为1gcm3。矿粒的重度为9800Nm3。它们之间有如下关系：, 矿粒粒度 矿粒粒度是矿粒外形的几何尺寸，是矿粒大小的表征。选矿中常用的粒度表示方法有如下几种： a. 上下限粒径表示法 某一物料全部通过筛孔为 的筛子，全部通不过另一筛孔为 的筛子，则以 来表示某一较宽粒度级别的物料粒度，可简写为 (mm)。 b.平均粒径表示法,（5）矿浆浓度 矿浆浓度是表征矿稀稠程度的物理量。它是各种重力

11、选矿过程主要的操作因素之一。重选中对矿浆浓度常用两种表示方法。 质量百分浓度 以矿浆中固体颗粒质量百分数表示。 式中，G浆、G固、G介分别矿浆、固体颗粒及分散介质的质 量。 容积浓度 以矿浆中固体颗粒的体积占整个矿浆体积的百分数表示。它不受矿粒密度影响，能较好地表征矿浆中固体颗粒的稠密程度，在重选中最为常用。,（6）重力选矿的分类 根据作用原理的不同，重选可以分为分级、洗矿、重介质选矿、跳汰选矿、摇床选矿、溜槽选矿、离心选矿七大类。 前两类属于选别前的准备作业，后五类属于选别作业见表3.2。,也可用松散度 表示,表3.2 重力选矿工艺分类,3.3.2 基本原理,由于重选一般在垂直重力场、斜面重

12、力场和离心力场中进行，故就这三种 力场中的重选原理分述如下。 一、垂直重力场中按粒度分层、分离原理 1. 按自由沉降速度差分层 在垂直流中矿物颗粒群的分层是依轻、 重矿物颗粒的自由沉降速度差发生 的。 在紊流(即牛顿阻力)条件下(Re为103105)，球形颗粒的沉降末速为： 式中： 牛顿阻力下的颗粒沉降末速，cms； 介质密度，gcm3； 球形颗粒的密度，gcm3； 球形颗粒的粒径，cm。,在层流条件下(Re1)，即斯托克斯黏滞阻力，微细颗粒的沉降末速为： 式中： 为流体的动力黏度，0.1Pa.s 矿物颗粒粒度和密度对沉降速度均有影响，引入等降比概念，得牛顿阻力 条件下等降比： 式中： 、 、

13、 、 分别为轻重矿物的粒度和密度 。 斯托克斯阻力条件下等降比为： 入选矿物颗粒粒度级别越窄，则分选效果越好,所以入选矿物要粒度均匀 ！,、,、,2. 按干涉沉降速度差分层 入选矿物粒群粒级较宽时 ,成群的颗粒与介质组成分散悬浮 体，导致颗粒间碰撞及悬浮体平均密度增大，降低了个别颗粒的 沉降速度 。,反映矿粒群粒度和形状影响的指数。,式中： 、 矿粒群在介质中的松散度及容积浓度；,球形颗粒在斯托克斯阻力条件下的干涉沉降等降比为：,在牛顿阻力条件下干涉沉降等降比为：,式中： 、 为等降的轻矿物局部悬浮体的松散度和相邻的重矿物局部悬浮体的松散度。两种颗粒混杂且处于等降状态下，轻矿物的粒度总是大于重

14、矿物，即,干涉沉降条件下可分选较宽级别矿物颗粒群！,3. 按悬浮体密度差分层 -静力学分层原理,如果,，则,发生正分层（重矿物在下，轻矿物在上）,4. 不同密度矿物粒群在上升流中的分层原理,当两种矿物的粒度比值大于自由沉降等降比时，在上升水流作用下，轻矿物粗颗粒的升降取决于重矿物组成的悬浮体密度。,发生正分层的条件：,分层转变的临界条件为：,随着上升水流的增大，重矿物扩散开来，它的悬浮体密度减少，至出现分层(反分层)转变时的临界上升水速为： 式中， 为重矿物干涉沉降公式中的指数常数 密度不同的矿物粒群实现按密度分层，上升介质流速 ua 必须限定在如下条件：,式中， 为使矿粒群松动混合的最小上升

15、流速。许多轻、重矿物粒度较大时的分层接近此分层原理。,上述所讲几种矿物粒群的分层原理，形式虽各不相同，但本质上是相关的，从自由沉降到干涉，由于颗粒周围粒群的存在使整个浮体密度比单一介质增大，静的浮力作用补偿了流体的动压力。按悬浮体密度分层是一个极端的理想状态，即当流体和床层颗粒间相对速度为零时，只剩下轻矿物悬浮体和重矿物悬浮体之间的静力作用。按重介质分层是按悬浮体密度分层的一个特例。 在重选中，分层多发生在干涉沉降和重介质作用之间。当入选矿物密度差较大且界限明显时，可不分级；当矿物间密度不很大或有连生体时，应根据介质流速的大小适当分级。若为避免微细粒重矿物损失，更要分级。应用垂直重力场分选原理

16、的主要设备有跳汰选矿机、重介质选矿机等。,二、斜面重力场中矿物粒群按密度分层及分离原理 借水流沿斜面流动使有用矿物和脉石分离，称之为斜面流分选 。斜面流矿物分选有两种方法：一是厚层紊流斜面流处理粗、中粒矿物；一是薄层层流或弱紊流处理微细粒矿物，一般多为后者。 （1）厚层紊流斜面流矿物分选原理 矿物粒群（床层）借助水流的“紊动扩散作用”而松散，轻、重矿物沿斜面槽向下运动，在自身重力作用下，重矿物沉至槽底而留在槽内，轻矿物则排出槽外，实现轻、重矿物分离。 （2）薄流层弱紊流(层流)矿物颗粒分选原理 呈弱紊流流动的矿浆流膜，在紊动扩散作用下松散悬浮，在矿物颗粒自身重力作用下，在流膜内呈多层分布，有沉

17、积层、流变层、悬移层、稀释层，如图3.4所示。,薄流膜层流中矿粒的分选过程与弱紊流基本相同，只是其松散 层间斥力、回收粒度下限较低。应用斜面流分选的设备主要有溜槽、 螺旋选矿机、圆锥选矿机、摇床等。,三、离心力场中矿物颗粒按密度分层、分离原理 离心力场中矿物分选是借助一定设备产生机械回转，利用回 转流产生的惯性离心力，使不同粒度或不同密度矿物颗粒实现分 离的方法。 离心加速度与重力加速度比值称为离心力强度,一般为,的十余倍至百余倍之间,作回转运动的矿物颗粒在径向受两个力的作用：一是颗粒的离心力；另一是介质“浮力”(向心力) ，颗粒在回转流中除去浮力后的离心力为,时，在离心力作用下，颗粒将沿径向

18、向外运动，向转壁方向 沉降。当颗粒的离心力和阻力构成平衡且当Rel时，微细粒矿物颗 粒多采用斯托克斯公式计算沉降末速，离心沉降末速表示为：,由于颗粒沉降末速增大，适用的颗粒下限粒度比重力场中减小！,矿物颗粒的沉降末速与其密度和粒度有关，回转力场不仅可以实现密度分层分选，也可以按粒度进行分级。当转速适当时，重矿物沉降至筒壁，小颗粒随悬浮液排走，实现分选或分级。利用离心力进行分选的重选设备主要有离心选矿机、水力旋流器、旋分机等。,风选是最常用的一种固体颗粒分选方法。 在介质中，性质不同的物质将出现运动状态的差异，可借 此将它们分离。且在一定范围内，介质密度越大，差异越显 著，分选效果越好。 风选是

19、重介质分选的一种。重介质分选所用介质可分为水、 重介质和空气。 风选所用介质为空气。,3.3.3 风力分选,（1）风选原理,在静止空气中，直径和密度分别为d和 的固体颗粒，其沉降末速为：,球形颗粒在静止介质中受力分析,对于d一定的固体颗粒，此时密度越大的颗粒，沉降末速越大，因此，可借助于沉降末速的不同分离不同密度的固体颗粒（风力分选）；对于 一定的固体颗粒，此时粒度越大的颗粒，沉降末速越大因此，可借助于沉降末速的不同分离不同粒度的固体颗粒(风力分级)。 如果固体颗粒的d和 都不定，则可能导致d和 不同的颗粒具有相同的沉降末速，也即不具备按d或 分离不同颗粒的条件。因此，只有 相差不大的固体颗粒

20、才能按粒度风力分级，也只有d相差不大的固体颗粒才能按密度分离，也就是说，要按密度风选分离固体颗粒，必须将固体颗粒控制在窄级别粒度范围。,为了扩大固体颗粒间沉降末速的差异，提高不同颗粒的分离 精度，风选常在运动气流中进行。,球形颗粒在上升气流中受力分析,球形颗粒在水平气流中受力分析,（2）风选设备 按工作气流的主流向，风选设备可分成两类：水平气流风选机(卧式风力分选机) 和上升气流风选机(立式风力分选机)。, 卧式风力分选机, 立式风力分选机,与卧式风力分选机相比，立式风力分选机分选精度较高。,其它风力分选机,风力分选机有效识别轻、重组分的一个重要的条件就是使气流 在分选筒中产生湍流和剪切力，借

21、此分散物料团块，以达到较好 的分选效果。,3.3.4 跳汰分选,（1）跳汰分选基本原理 跳汰分选是在垂直变速介质流中按密度进行分选的一种方法。根据分选介质分为两种：分选介质是水，称为水力跳汰；若为空气，称为风力跳汰。 跳汰分选时，在垂直脉冲运动的介质流中按密度分层，结果不同密度的粒子群在高度上占据不同的位置，大密度的粒子群位于下层，小密度的粒子群位于上层，从而实现分离的目的。, 动力学观点认识分层机理的过程 1867年奥地利学者雷廷智首先提出床层按自由沉降末速分层假说。按雷廷智假说，对有一定粒度范围的粒群，只有当最小的高密度颗粒的自由沉降末速大于或等于最大的低密度颗粒的沉降末速时，轻、重颗粒才

22、能实现完全分离。为此，要求原料入选前必须按自由沉降等沉比进行预先分级。 美国学者门罗在1888年提出了干扰沉降末速分层假说。干扰沉降由于考虑到了固体颗粒间的相互作用，其等沉比要比自由沉降等沉比大68倍。因此，比自由沉降假说更向实际靠近了一步。,19081909年间里查兹提出了吸啜作用分层假说。该假说继承了干扰沉降的观点，指出了跳汰周期中下降水流的作用。该假说认为在跳汰过程中，固体颗粒除在上升水流中按干扰沉降分层外，床层回到筛面后，下降水流的吸啜作用使原先混入上部低密度层中的细而重的颗粒穿透床层的空隙回到床层的底部，从而改善分选效果。 1939年高登等人提出初加速度分层假说，指出了跳汰初期按密度

23、分层的作用。该假说是在每一次跳汰分层初期，由于固体颗粒相对介质的运动速度很小，固体颗粒的运动主要受颗粒在介质中所受重力的支配，高密度固体颗粒的初期加速度大于低密度固体颗粒，在沉降达到末速之前的加速运动阶段，密度大的固体颗粒可以行进较大的沉降距离，最后导致按密度分层。,以上各假说均未能全面考虑跳汰过程中脉动水流 的作用和颗粒问的相互作用。 直至20世纪中期，维诺格拉道夫等通过对固体颗 粒在运动介质中的受力分析，建立了颗粒在跳汰过程 中的动力学方程，使其在理论上前进了一大步。但由 于方程中存在诸多不可预测参数，这一方程实际上是 不可求解的。, 跳汰分选分层机理的静力分析 a.跳汰能量论 它是194

24、7年德国学者迈耶尔首先得出的。由物理学理论可知：对一个系统来说稳定态的能量最低；对跳汰床层系统，在未按密度分层时，床层系统重力势能较高。在脉动水流作用下，床层的重力势能将减小，直至最低；最终床层将按密度分层； b.概率统计模型 1959年维诺格拉道夫等人根据数理统计规律导出了跳汰过程的分层公式，在分选时间内，轻、重物物料进入各自产物中的量为:,c. 跳汰悬浮模型 该模型把床层看作是由固体颗粒和介质组成的准均匀重悬浮体。轻、重物料按该准均匀重悬浮体的物理密度进行分层，轻物料集中于上层、重物料则集中于下层。认为水的脉动运动起到稳定重悬浮体和减小固体颗粒间运动阻力的作用。,式中， 为进入产物中的轻物

25、料量或重物料量； 为入料中的轻物料量或重物料量； 为系数，与入料性质及水流的脉动特性有关。 上式表明分层效果的好坏除与入料性质和水流的脉动特性有关外，还与分选时间有关。时间越长分选效果越好，,（2）跳汰分选设备 按跳汰室和压缩空气室的配置方式不同，可将无活塞式跳汰机分为两种类型：压缩空气室配置在跳汰机旁侧的筛侧空气室跳汰机和压缩空气室直接设在跳汰室的筛板下方的筛下空气室跳汰机。 筛侧空气室跳汰机 目前我国生产的主要有LTG型、LTW型、BM型和CTW型。 筛下空气室跳汰机 筛下空气室跳汰机与筛侧空气室跳太机相比具有水流沿筛面横向分布均匀、质量轻、占地面积小、分选效果好且易于实现大型化的优点。目

26、前筛下空气室跳汰机已在许多国家制造和使用。LTX型、SKT型、X型。日本的高桑跳汰机，德国的巴达克型跳汰机。,1.机体第一段 2.机体第二段 3.机体第三段 4.机体第四段 5.矸石漏斗 6.中煤漏斗 7.矸石段筛板 8.中煤段筛板 9.空气箱 10.风阀 11.链式连轴器 12.风阀传动装置 13.总水管 14.暗插楔式闸门 15.电动蝶阀 16.压力表 17.排料闸门 18.测压管 19.排料装置 20.排料轮传动装置 21.压铁 22.人孔盖 23.检查孔,LTG-15型筛侧空气室跳汰机结构和外形,1下机体 2.上机体 3.风水包 4.风阀 5.风阀传动装置 6.筛板 7.水位灯光指示器

27、 8.空气室 9.排料装置 10.中产物段护板 11.溢流堰盖板 12.水管 13.水位接点 14.排料装置电动机 15.检查孔,筛下空气室跳汰机,（3）跳汰机的入料与操作工艺 入料要求 :密度、粒度、给料速度、风水制度、入料宽度及 伴随固体颗粒给入的冲水。 跳汰机的操作工艺 a.跳汰频率和跳汰振幅选取与给料粒度和床层厚度有关 b.风水联合作用直接影响床层的松散状况 风压和风量起到加强上升水流和下降水流的作用。通常筛侧空气室跳汰机使用的风压为0.0180.025MPa、风量为56m3(m.min)，筛下空气室跳汰机的风压为0.0250.035MPa、风量为56m3(mmin)。跳汰室第一段风量

28、要比第二段大，各段各分室的风量自入料到溢流堰依次减小，但有时为加强第二段中间分室的吸啜作用，强化细粒中有用颗粒的透筛过程，其风量可适当加大。跳汰机用水包括顶水和冲水，冲水的用量占总水量的2030。一般第一段水量大，给料处的隔室水量应更大些。,c. 风阀周期特性决定脉动水流特性 周期特性的选择应保证床层在上升后期维持充分松散的条件下，尽量缩短进气期，延长膨胀期，使之有足够排气期。同时由于跳汰机第一段的床层厚且重，因此第一段的进气期通常比第二段长些，而第一段的膨胀期要比第二段短一些。 d. 床层状态决定固体颗粒按密度分层的效果 床层状态主要是指床层松散及厚薄。提高床层松散度可以提高分层速度，但同时

29、增加了固体颗粒的粒度和形状对分层的影响，不利于按密度分层。床层愈厚，松散和分层所需时间愈长，过厚时，在风压和风量不足的情况下，不能达到要求的松散度。床层减薄能增强吸啜作用，有利于细粒级物料分选并能得到比较纯净的轻产物。但过薄时，吸啜作用过强，轻产物透筛损失增加、床层不稳定。 e. 重产物的排放速度应与床层分层速度、床层水平移动速度相适应 如果重产物排放不及时，将产生堆积，影响轻产物的质量；如果重产物排放太快，将出现重产物过薄，使整个床层不稳定，从而破坏分层，增加轻产物损失。,3.3.5 重介质分选,重介质分选适用于分离密度相差很大的固体颗粒。在重力选矿 过程中，通常都采用密度低于入选固体颗粒密

30、度的水或空气作为分 选介质。而重介质是指密度大于1gcm3的重液或重悬浮液流体。 固体颗粒在重介质中进行分选的过程即称为重介质选矿。 （1）原理 阿基米德原理：即浸在介质里的物体受到的浮力等于物体所排 开的同体积介质的重量。,V为物体的体积(m3或cm3)；,为物体的密度(kgm3或gcm3)；,为介质的密度(kgm3或gcm3)；g为重力加速度(ms2或cms2)。,固体颗粒在介质中所受重力 的大小与颗粒的体积、颗粒与介质间的密度差成正比； 的方向只取决于 值的符号。凡密度大于分选介质密度的固体颗粒， 为正值，固体颗粒在介质中下沉；反之为负值，固体颗粒即上浮。 在重介分选机中，固体颗粒在重介

31、质作用下按密度分选为两种产品，分别收集这两种产品，即可达到按密度选矿的目的。因此，在重介质分选过程中，介质的性质(主要是密度)是分选的最重要的因素。 虽然固体颗粒在分选机中的分层过程主要决定于固体颗粒的密度和介质的密度，但是它的分层速度慢时，往往有一部分细粒级颗粒，在分选机中来不及分层就被排出，降低了分选效率。同时，分选机中悬浮液(重液)的流动和涡流、固体颗粒之间的碰撞、悬浮液对颗粒运动阻力和颗粒的粒度、形状等因素的影响，都会降低分选效果。,（2）重介质的性质与分类, 稳定介质 a .有机溶液：用于分选的密度范围为0.862.96gcm3，通常使用的有：四 氯化碳CCl4，密度为1.6gcm3

32、；四溴乙烷C2H2Br4，密度为2.96gcm3；二溴 乙烷C2H4Br2，密度为2.17gcm3。；五氯乙烷C2 HCl5，密度为1.678gcm3； 三氯乙烷C2H3Cl3，密度为1.452g/cm3。；三溴甲烷CHBr3，密度为2.81gcm3。 此外，还有苯、二甲苯等，它们具有稳定性好、黏度低、密度配制和调整容 易等优点。但它们价格昂贵、不易回收、多数有毒，所以在工业上不易采用。通 常用于实验室浮沉试验。 b. 矿物盐类的水溶液：矿物盐类如氯化钙CaCl2)、氯化锌(ZnCl2)易溶于 水，可用于分选。但氯化锌腐蚀性强、价格贵，所以多用于实验室浮沉试验。氯 化钙无腐蚀性、价格较低，可用

33、于工业生产上，但其密度为2gcm3，所以配制 的水溶液密度低于1.4gcm3，有效分选密度只能控制在1.41.6gcm3范围内。,不稳定介质(人为稳定介质) a. 风砂介质 它是利用气流使固体粒子形成悬浮体(流态化 床层)，用以进行干法重介选(或称空气重介选)。通常采用30 80网目的砂粒为介质，一些国家已制成气一砂分选机进行试验。 b. 矿物悬浮液 它是由很细的固体微粒与水混合组成悬浮液 。矿物悬浮液与重液不同，它属于粗分散体系。固体微粒为分散 相，水为分散媒。 在工业上可以采用的加重质有硅铁、磁铁矿、重晶石、高炉 灰、黄铁矿、石英、黄土、浮选尾煤等，在分选上应用最多的是 磁铁矿粉。,加重质

34、的选择 重介质分选的磁铁矿粉应具备下列条件： a 磁铁矿粉的纯度通常以磁铁矿粉中磁性物含量高低来表示其纯度。一般要求磁性物含量应在90%以上。磁性物含量高其密度高，并减少加重质的耗量。 b 磁铁矿粉的有效密度高时，容易配制高密度的悬浮液。纯结晶的磁铁矿的密度为5.17gcm3。选矿厂生产的磁铁矿精矿并非纯净，一般都低于5.17gcm3。但重介质分选所使用的磁铁矿粉有效密度不应低于4.64.7gcm3。 c 磁铁矿粉的脆性要小，以防止在使用过程中发生泥化。 d 磁铁矿粉的导磁率要高，磁滞性要低，以满足在净化时磁铁矿既容易磁化回收，又容易退磁，保持再生悬浮液的稳定性。为保证加重质的有效使用，磁铁矿

35、粉的水分要低，以免因磁铁粉打团增加损失。 e 磁铁矿粉对粒度组成的要求，一是要满足悬浮液的稳定性，二是要降低加重质的损耗，三是要降低对设备的磨损。因此，对磁铁矿粉的粒度组成应有严格的要求。,（3）重悬浮液的性质,重悬浮液属于不稳定介质。它与稳定介质不同的是，随着加重质的性质及含 量不同，其密度和黏度也发生变化。 悬浮液的密度： 式中， 为悬浮液的密度(gcm3)； 为加重质的密度(gcm3)； 为悬浮液 中固体的容积浓度(%)； 为水的密度(gcm3)。 由上式可以看出，悬浮液的密度由加重质密度和容积浓度决定。在确定加重 质的条件下，改变容积浓度可以调节悬浮液的密度。但容积浓度是有一定范围的

36、。采用磁铁矿粉配制是浮液时，一般容积浓度在1535之间。超过最大值 (35)时，悬浮液黏度增高甚至失去流动性，固体颗粒在悬浮液中不能自由运动。 低于容积浓度最小值(15)时又会造成悬浮液中加重质迅速沉降，使悬浮液密度 不稳定而导致分选效果变坏。采用磁铁矿粉配制的悬浮液密度可达1.32gcm3。, 悬浮液的稳定性与流变黏度,a. 悬浮液的稳定性：z值越大，悬浮液的稳定性越好 。 式中：Z为悬浮液的稳定性指数(mincm)； 为加重质的沉降速度(cm min)； 为加重质的沉降时间(min)； 为加重质的沉降距离(cm)。 b.悬浮液的流变黏度：固体颗粒在悬浮液中运动，除自身重 力外，还要受到黏滞

37、阻力及惯性阻力的作用。悬浮液的流变黏度 越大，固体颗粒在悬浮液中所受阻力越大，固体颗粒的分层速度 越慢。对于细粒固体颗粒在重力场中分选时，流变黏度的影响更 为显著。黏度过大，将使分选过程无法进行。,使用机械搅拌方法可使悬浮液在分选机中保持各层的密度均匀。（搅拌力大小合适） 在各种类型的重介分选机中，都采用不同方向的悬浮液液流使悬浮液在分选机中不断流动，以保持悬浮液各部分的密度均匀。悬浮液液流在分选机中的流动方向有水平的、垂直的(上冲或下降流)或者二者联合使用的三种情况。 采用单一水平液流或单一垂直液流的缺点较多，只有水平液流和垂直液流联合应用时，才能得到较好的稳定性。,（4）重介分选机的分类及

38、其要求,从分选粒度范围分可分为块状固体颗粒分选机和粉状固体颗 粒分选机两大类。块状固体颗粒分选机又可分为深槽型和浅槽形 两类。现在广泛应用的是浅槽型重介分选机，如斜轮重介分选机、 立轮重介分选机、刮板式重介分选机以及筒形重介分选机等。 用于分选粉状固体颗粒(或称为细粒级固体颗粒)的重介分选 机，是重介旋流器。 重介分选机应满足的条件 a.构造简单、体积小，但要保证固体颗粒在分选机中有充分 的分选分层时间。故要求重介分选机单位面积处理能力大、运动 部件少、运转可靠、操作及维修方便。,b. 在分选机内全部悬浮液密度保持均匀稳定。保证固体颗粒 在分选机内能够精确地按已确定的分选密度进行分选。分选机内

39、 应避免造成过大的涡流，上升或下降水流速度不应太大，以减少 粒度和形状对分选效果的影响。 c.能够迅速地将已经分层的产品从分选机中排出。不同产物 排放不及时，将影响分选机的分选效果和处理量。 d.能分选粒级比较宽的固体颗粒。因为这样将简化整个工艺 系统，经济上是有利的。 e.悬浮液的循环量要少。悬浮液的循环量是指每小时进入分 选机的悬浮液总的体积(包括随原矿加入的及其他地方加入的悬 浮液)。因为悬浮液的数量越大，动力消耗、加重质回收工作量 及加重质的损失量都要增高。, 斜轮重介质分选机 该机兼用水平和上升介质流，选出两产品。其特点是生产能力大，入料粒级宽。,1.分选槽；2.斜提升轮；3.排料轮

40、；4.提升轮轴；5.减速器；6.电动机；7.提升轮骨架 8.螺栓齿轮盖；9.立筛板；10.筛底；11.叶板；12.支座；13.轴承座；14.电动机； 15.链轮；16.骨架；17.橡胶带；18.重锤,斜轮重介质分选机的优点如下： 分选精确度高（由于重产物的提升轮在分选槽底部旁侧运动，在悬浮液中处于分选过程的固体颗粒不被干扰） 。 分选粒度范围宽，处理能力大。该机槽面由于制得较为开阔，斜提升轮直径可达8m或更大。因此，分选粒度上限可达1 000mm，下限为6mm。如国产分选槽宽为4m的重介质分选机，其斜轮直径为6.55m，处理能力为350500th。 该机的浮液循环量少。由于轻产物采用排料轮的重

41、锤拨动排放，所以被固体颗粒带走的悬浮液量少，故悬浮液循环量低按入料计约为0.71.0m3(t.h)。 由于分选槽内有上升悬浮液流使悬浮液比较稳定，分选机可使用中等细度的加重质，即小于325目(0.04mm)占4050已达到细度要求。,立轮重介分选机,立轮重介分选机在国外应用较多。常见的有德国的太司卡 (TESKA)型和波兰的满萨(DISA)型立轮重介质分选机。 立轮重介质分选机与斜轮重介质分选机工作原理基本相同， 其差别仅在于分选槽槽体型式和排料轮安放位置等机械结构有所 不同。在相同处理量的条件下，立轮重介质分选机具有体积小、 重量轻、功耗少、分选效率高及传动装置简单等优点。 JL型立轮重介质

42、分选机是由我国自己设计制造的，有三种规 格，现以JLL型为例来叙述其结构，如图所示。,立轮重介分选机,1.分选槽；2.排重产物轮；3.棒齿；4.排矸轮传动系统；5.排轻产物轮 6.传动系统；7.重产物溜槽；8机架；9.托轮装置, 鼓形重介质分选机,该设备外形是一圆筒形转鼓1，由四个辊轮支承，通过圆筒腰 间的大齿轮2由传动装置带动旋转(转速为2rmin)。在圆筒的内 壁沿纵向设有扬板4，用以提升重产物到溜槽5内。圆筒水平安装 。固体颗粒和重介质一起由圆筒一端给入，在向另一端流动过程 中，密度大于重介质的颗粒沉于槽底，由扬板提升落入溜槽内， 排出槽外成为重产物；密度小于重介质的颗粒随重介质流从圆筒

43、 溢流口排出成为轻产物。 鼓形重介质分选机适用于分离粒度较粗(4060mm)的固体 颗粒。具有结构简单、紧凑，便于操作，分选机内密度分布均 匀，动力消耗低等优点。缺点是轻重产物量调节不方便。,鼓形重介质分选机,1.圆筒形转鼓；2.大齿轮；3.辊轮；4扬板；5.溜槽, 重介旋流器,重介质旋流器按其外观形状可分为圆筒圆锥形重介质旋流器 和圆筒形重介质旋流器。 给料方式可以分为有压给料和无压给料两种。有压给料是指 被选固体颗粒和悬浮液预先混合后，用泵或定压箱压入旋流器 内，旋流器的工作压力取决于给料压力的大小。无压给料式重介 质旋流器其特点是悬浮液与固体颗粒分开给入旋流器内，即悬浮 液用泵或定压箱压

44、入旋流器中形成旋涡流；而固体颗粒靠自重进 入，并被卷进旋涡流内进行分选。 按产品数目重介质旋流器还可分成两产品重介质旋流器和三 产品重介质族流器。但三产品重介质旋流器，实际是一个圆筒形 族流器和一个圆筒圆锥形旋流器串联而成的三产品旋流器。,A DWP圆筒形重介质旋流器,分选固体颗粒与悬浮液分开给入。 固体颗粒属无压自重给料，在给料箱内也加入少量悬浮液。 而悬浮液用泵以0.060.15MPa的压力，沿切线压入圆筒下部(圆 筒呈2530倾角安装)。 它的分选过程是沿切线压入的悬浮液，从底至顶造成一股 上升的空心旋涡流。沉物与一部分高密度(起浓缩作用的)悬浮液 沿筒壁上升，从沉物排出口排出。浮物与低

45、密度悬浮液聚集在 旋涡中心向下流动，通过排出口排出。这种分选过程也称为动 力一旋涡过程。,a DWP圆筒形 重介质旋流器（无压）,沃西尔重介质 旋流器（有压）,1.可调排料口； 2.沉物收集室； 3.漩涡排料室； 4.漩涡溢流管； 5.主分选室,圆锥形重介质旋流器,1.入料管；2.锥体；3.底流口；4.溢流管；5.溢流室；6.基架,圆锥形重介质旋流器工作原理,三产品重介质旋流器(无压）,（5）悬浮液的回收与净化,悬浮液回收净化工艺流程,1.重介质分选机；2.重产品脱介筛；3.轻产品脱介筛； 4.合格介质桶；5.合格介质泵；6.稀介质桶； 7.稀介质泵；8.浓缩机；9.一段磁选机；10.二段磁选

46、机,（6）重介质选矿的优缺点,优点 a 分选效率和分选精度都高于其他的分选方法。 b 分选密度的调节比较灵活而且范围宽。跳汰机分选密度一般控制在1.451.90gcm3；而粗粒固体颗粒重介分选密度一般控制在1.351.90gcm3；细粒固体颗粒重介旋流器分选密度可以控制在1.202.0gcm3。 c 分选粒度范围宽。对于粗粒固体颗粒的重介选，其粒限一般为1 0006mm；细粒固体颗粒的重介旋流器其粒限可在500mm(选别深度可达0.10.15mm)。 d 重介质分选有很强的适应性。 e 重介质分选时，固体颗粒给入量及固体颗粒性质改变时，其影响不大。 f 加工费用稍高。 缺点：生产工艺中增加了加

47、重质的回收再生系统；设备磨损比较严重，检修较复杂，成本较高。,3.3.6 空气重介质流化床分选,空气重介质流化床干法分选技术是将流态化技术应用于干法分选领域的 一种高效干法分选技术。它的特点是以气一固悬浮体作为分选介质，不同于 目前分选中普遍采用的水介质。 (1) 空气重介质流化床分选的基本原理 这种分选方法是在上升垂直气流中混入细粒加重质，以提高流体介质的 密度，并形成密度均匀稳定的流化床。若以 表示流化床的孔隙率，以 、 分别表示固体颗粒和气体的密度(gcm3)，则流化床的密度 (gcm3) 可表示为:,由于流化床具有似流体的特性，处于流化床中的固体颗粒将依据阿基米德定律按流化床的密度分层

48、，即轻者上浮，重者下沉。因此其分选原理类似于湿法重介质选，,（2）空气重介质流化床干法分选设备与工艺,图3.25 50th空气重介质流化床干法分选机示意图 1.尾矿端；2.集尘口；3.原料入料；4.介质入料口 5.刮板机；6.精矿端；7.流化床；8.气室；9.压链板,（3）空气重介质流化床干法分选的技术要点,流化床密度的均匀稳定性 在空气重介质流化床的分选中，固体颗粒是按床层的密度分选的，所以流化床密度的均匀稳定性是影响分选效果的关键因素。 分选密度的调节 采用多种混合介质来拓宽分选密度的调节范围。目前用于空气重介质干法分选的加重质有磁铁矿粉、磁珠、石英砂、煤粉等。分选密度的可调范围在1.32

49、.2gcm3之间。 入料外在水分的控制 空气重介流化床干法分选机对入料外在水分要求5，入料需预处理。 床层密度的在线自动测控 随着分选时间的延长，流化床中细粒物粒将会积聚，这将影响分选密度的稳定性及床层密度的均匀性，进而恶化分选效果。因此床层密度的在线检测、介质合理的分流量和磁选精矿的及时补给对分选具有重要意义。,3.3.7 摇床分选,图3.26 摇床典型结构示意图 1.精矿端；2.冲水槽；3.给矿槽；4.给矿端；5.传动装置；6.机座；7.床面,摇床用于分选细粒固体颗粒，具有精度高、设备简单、操作方便、生产成本低等特点。但由于它的处理能力低、占地面积大，在生产中推广使用受到限制。多层悬挂式新

50、型摇床的出现改变了这一局面。 摇床分选具有以下特点：床面的强烈摇动使松散分层和迁移分离得到加强，分选过程中析离分层占主导，使其按密度分选更加完善；摇床分选是斜面薄层水流分选的一种，因此，等降颗粒可因移动速度的不同而达到按密度分选；不同性质颗粒的分离，单纯取决于纵向和横向的移动速度，而主要取决于它们的合速度偏离摇动方向的角度。,图3.27 产品在床面上扇形分布,3.3.8 斜槽分选,斜槽分选机是20世纪70年代初期由前苏联研制成功的，我国80年代初期研制的斜槽分选机目前应用很广。,斜槽分选原理 在调节板区湍流的作用下固体颗粒流被周期性松散、压实，导致初料流按密度分层，使轻固体颗粒位于重固体颗粒的

51、上方，重固体颗粒趋向于斜槽下内表面，在上升水流的作用力和重力的沿斜槽方向的分力作用下，轻固体颗粒沿斜槽向上运动，重固体颗粒沿斜槽逆水流向下运动。 这样，斜槽下半部即重产品段的轻颗粒被“解放”进入上升料流，斜槽上半部即轻产品段的重颗粒“跃入”下降料流，从而实现固体颗粒在分选机全长上主要按密度进行分选的过程。,3.3.9 螺旋分选,1.料浆分配器；2.分配器支架；3.螺旋分选机机架；4.螺旋入料管；5.螺旋入料口；6.稳定槽；7.变径槽；8.中心柱；9.分选槽；10.排料槽；11.精矿排料管；12.重矿排料管；13.尾矿排料管；14.螺旋分选机下支架；15.精矿集料槽；16.中矿集料槽,螺旋分选机

52、具有结构简单、无运转部件、占地面积小、基建投资低、生产费用小、操作管理方便的优点。,螺旋分选原理,螺旋分选机内固体颗粒之所以得到分选，主要受水流特性的 影响。螺旋分选机内水流运动可看成是下面两种运动的合成，沿 螺旋槽向下的回转运动，称为主流或纵向流；和螺旋槽断面上的 环流运动，称为副流或横向环流。横向环流流线断面如图所示。 横向环流是横向离心力和螺旋横向坡度综合作用的结果。因此， 螺旋槽面上液流的流线是螺旋线。 固体颗粒在分选机中除受到液体的作用力外还受到自身重力 和摩擦力的作用。横向环流对固体颗粒的松散扰动作用以及轻、 重固体颗粒在螺旋槽中的下滑速度和在流体中的沉降速度的不 同，使重固体颗粒

53、沉入液流的下层，轻固体颗粒浮于液流的上层 ，实现轻、重固体颗粒按密度分层。,作 业,1.简述非金属矿物选矿有何特点？ 2.何谓等降比？等降颗粒对重选过程有何影响？ 3.重选介质的运动形式有哪些？ 4.重介质分选机采用的分选介质有哪几种类型？ 5.重介质选矿和跳汰选矿有什么不同？,3.4 浮选,3.4.1 概述 一、基本概念 浮选是利用矿物表面物理化学性质(疏水一亲水)的不同，来分选矿物的一 种选矿方法。 二、浮选过程 现代常规矿物浮选的特点是：矿粒选择性地附着于矿浆中的气泡上，随 之上浮到矿浆表面，达到有用矿物和脉石矿物或有用矿物之间的分离。 浮选过程一般包括： 矿石细磨，使有用矿物达到解离，

54、这通常由磨矿机配合分级机完成； 调整矿浆浓度，适合浮选要求，在多数情况下，浮选前分级溢流浓度 符合浮选要求，可省略该过程； 浮选矿浆加药处理，该作业一般在搅拌槽中进行； 充气浮选和矿化泡沫的分离，在浮选机中进行。,矿浆经加药处理后的第一次浮选作业通常称粗选。在粗选所得矿化泡沫中，虽然富集了大量有用矿物，但经常还混杂有脉石矿物及其他杂质，通常还要对这种粗选矿化泡沫进行一次或多次再选，这种粗选泡沫进行再选的作业称精选。最后一次精选作业所得的泡沫产品叫精矿。在粗选作业排出的矿浆中，往往还残留有一定量的有用矿物，需要进行再选回收，这种再选作业称为扫选。精选作业排出的矿浆和扫选作业获得的泡沫产品通常称为

55、中矿。中矿通常返回前面某一浮选作业再选，在特殊情况下，也可单独浮选。粗选一般为一次，精选和扫选有多次。最后一次扫选作业排出的矿浆称为尾矿。 一般浮选是将有用矿物浮入泡沫产物中，将脉石矿物留在矿浆中，这样的浮选过程称正浮选。反之，浮起的是脉石矿物的浮选过程称反浮选。 如果在矿石中含有两种或两种以上的有用矿物时，其浮选方法有两种：一种叫做优先浮选，即将有用矿物依次一个一个地选出，另一种叫混合浮选，即将有用矿物共同选出为混合精矿，再把混合精矿中的有用矿物一个一个地分选。,3.4.2 浮选基本原理,浮选时，空气常成气泡(气相)分散于水溶液(液相)中，矿粒(固 相)常成大小不同的矿粒悬浮于水中，气泡、水

56、溶液和矿粒三者之间 有着明显的边界，这种相间的分界面叫相界面。把气泡和水的分界 面叫气一液界面，把气泡和矿粒的交界面叫气一固界面，把矿粒和 水的交界面叫固一液界面。通常把浮选过程中的空气矿浆叫三相体 系。 一、 矿物表面的润湿性 湿润现象, 润湿接触角,为固气、固水和液气的表面张力（或自由能）,接触角,以三相润湿周边上的A点为顶，以固水交界线为一边，以气水交界线为另一边，经过水相的夹角叫作接触角 。,表3.3 矿物接触角测定值,接触角 值愈大， 值愈小，说明矿物润湿性愈小，其可浮性愈好。值介于01之间，对矿物的润湿性与可浮性的量度可定义为：润湿性= 可浮性=1-,表3.4 矿物天然可浮性分类,

57、二、 矿粒与气泡附着前后自由能的变化与接触角关系 当矿物表面完全亲水时， =0，润湿性=1，可浮性 1-cos = 0，则 E=0，矿粒不能自动地附着在气泡上，浮选行为不能发生。 当矿物表面疏水性增加时，接触角增大，润湿性减小，可浮性 1-cos 增大， 则E 增大。按照热力学第二定律，在恒温条件下，如果过程变化前的体系比变 化后的体系自由能大，E0，则过程有自发进行的趋势。 愈是疏水的矿物，自发附着于气泡上浮的趋势就愈大。,是气水界面的自由能，其数值与水的表面张力相同(常温常压下为7210-5 Ncm),三、矿粒向气泡附着的动力学分析 （1）水化膜 水化膜的形成及其性质 润湿是水分子(偶极)

58、对矿物表面吸附形成的水化作用。水分 子是极性分子，矿物表面的不饱和键能有不同程度的极性。因 此，极性的水分子会在有极性的矿物表面上吸附，会在矿物表面 形成水化膜。水化膜中的水分子定向密集排列，与普通水分子的 随机稀疏排列不同。最靠近矿物表面的第一层水分子，受表面吸 引最强，排列最为整齐严密。随着键能影响的减弱，离表面较远 的各层水分子的排列秩序逐渐混乱。,水化膜的厚度与矿物的润湿性成正比。亲水性矿物(如石英、 云母)的表面水化膜可以厚达10-3cm，疏水性矿物表面水化膜则 可为10-610-7cm。这层水化膜受矿物表面键能作用，它的黏度 比普通水大，并且具有同固体相似的弹性，所以水化膜虽然外观 是液相，但其性质却近似固相。,（a）疏水形矿物，表面呈弱键， 水化膜薄 （b）亲水性矿物，表面呈强键， 水化膜厚 图3.34 水化膜示意图,水化膜的薄化 在浮选过程中，矿粒与气泡互相接近，先排除隔于两者夹缝间的普通水。由于普通水的分子是无序而自由的，所以易被挤走。当矿粒向气泡进一步接近时，矿粒表面的水化膜受气泡的排挤而变薄。水化膜变薄过程的自由能变化，与矿物表面的水化膜有关。 . 矿物表面水