重力选矿.doc

第一章 重力选矿gravity concentration概论 一、选矿的概念 自然界所赋予人类的矿产资源，绝大多数是人类需经选择和加工才可享用的。选矿就是对开发出的固体矿产资源，进行加工处理的一个重要工业环节。 矿物的种类繁多，在众多矿物中，能为人类利用的称有用矿物。含有有用矿物的矿物集合体中，若有用成分的含量，在当前技术经济条件下，能够富集加以利用时，这种矿物集合体称为矿石。 在矿石中，除有用矿物外，几乎总是含有目前无法富集或工业尚不能利用的一些矿物，这些矿物称为脉石。对于煤炭来说，不能作煤使用而以SiO2为主要成分的矿石叫矸石。 有用矿物和无用脉石通常是共生在一起，需把这种矿石加以破碎，使它们彼此分离，然后，将有用矿物富集起来，无用的脉石抛弃，这样的工艺过程，称为选矿工程，简称选矿。选矿选出的经富集的有用矿物，便是有价产品，称为精矿；弃之的无价产物称为尾矿。对煤炭而言，将煤和矸石分离，从而获得质量不同的产物，称为选煤。 原矿或原煤中，有用成分和无用脉石或矸石，经选矿过程之所以能彼此分离，其基本依据，是各种物料的物理性质（如粒度、密度、形状、硬度、颜色、光泽、磁性及电性等等）、表面的物理化学性质（如颗粒表面的浸湿性等）及化学性质所存在的差异。所以，根据这些不同的性质，采用不同的加工处理方法，就可达到分选的目的。 如以物料颗粒某种物理性质的差别，作为分选依据，并采用相应的分选方法，可统称其为物理选矿。也就是说，物理选矿是利用物料的物理性质、采用物理方法，来完成对矿物原料的加工处理。 若以矿物颗粒表面物理化学性质的不同，来选分矿石或煤炭，称为浮游选矿或浮游选煤，简称浮选。 物理选矿或浮游选矿，其目的都是使有用矿物（或煤炭）与脉石（或矸石）进行机械的分离。分选过程中毫不改变物料自身所固有的物理和化学性质，故习惯上称它们为机械选矿。可见，物理选矿是机械选矿法中的一种选矿方法。 物理选矿法是人类在古代出于生活和生产的需要，开始对矿物进行加工处理时，最早使用的方法。 物理选矿中，由于依握物料的某一种或两种物理性质，还可分为若干不同的分选方法，主要有以下几种 重力选矿法，简称重选。它是根据不同密度（粒度、形状）的物料在分选介质（水、空气及密度大于水的介质）中，因其具有不同的运动状态，进行分选的方法。重选法广泛地应用于煤炭、钨、锡、金和其它金属矿石的分选。稀有金属矿石和非金属矿石也常使用重选。 磁力选矿法，简称磁选。它是利用矿物之间的磁性差别，在不均匀磁场中，使磁性不同的物料得以分离的一种选矿方法。主要用于分选强磁性及部分弱磁性矿物。如黑色金属矿石（铁矿石、锰矿石）的选别；有色和稀有金属矿石的精选；从非金属矿物原料中除去含铁杂质；以及用磁选法净化生产和生活用水。 电力选矿法，简称电选。它是利用矿物在高压电场中电性的差异，使其分离的一种选矿方法。电选用途比较广泛，既可用于有色金属和稀有金属矿石的精选，也可用于黑色金属（扶、锰、铬矿石）的精选；既可用来分选煤粉，也可用来分选金刚石、石墨、石棉、高岭土和滑石等非金属矿物。它还可以用于谷物及种子的精选和工业废料的回收。 拣选是物理选矿方法中最古老的分选方法，也是最简单的一种选矿方法，即手选。但是机械化拣选，却是自本世纪50年代以后才逐渐发展起来。目前加以利用的矿物物理性质有表面光性、受激发光性、放射性、射线吸收特性、磁性及电性等。 属于物理选矿的还有，利用有用矿物和脉石活斜面运动时，根据摩擦系数的差别进行分选，称为摩擦选矿。若某些矿石的矿物成分，在弹性上有显著差别，让他们落到斜面上，则其弹回的轨迹也各异，弹性大的落点远，这样也可获得不同的产物，谓之弹跳选。 总之，以上所述均属物理选矿，在各种物理选矿方法中，以重选的应用范围最广，因而也是最重要的选矿方法。尤其是选煤，以及钨、锡矿石的分选，重选占有突出的位置。磁选、电选等其它几种物理选矿方法，都各有其特定的使用范围。如对黑色金属，即铁、锰矿石的分选，磁选则占重要地位。 第一节 重力选矿的任务和方法 重力选矿是物理选矿中最重要的也是至今所有选矿方法应用最早用一种选矿方法。它使用范围之广、处理能力之大，是任何一种选矿方法，都难以与之相比的。 重力选矿方法的主要依据，是品位或灰分不同的物料，在密度上的差别。对于细粒及微细粒级的物料，按粒度分级依据粒度不同的颗粒，在介质中沉降速度的差异。 重力选矿中，性质（密度、粒度、形状）不同的矿粒，是在运动过程中逐步完成分离的。重力设备，应具有使性质不同的矿粒，有不同的运动状况（运动的方向、速度、加速度及运动轨迹等）。 重选过程是在介质中进行的。介质密度高，性质不同矿粒在运动状态上的差别就大，因而分选效果也就更加好。例如铁球和羽毛，在真空中运动时，其方向、速度、加速度及轨迹完全相同，不可能依靠重力作用而分离。然而在空气中则完全不同，密度大的铁球较之密度低的木质球，沉降得快；粒度大的铁球比粒度小的铁球速度快；球状物体比扁平状物体落下得快。在水中，它们之间运动状态的差别更为显著。 重力选矿过程中所用的介质有空气、水、重液（密度大于水的液体或高密度盐类的水溶液）及悬浮液（固体微粒与水的混合物），也可用固体微粒与空气的混合物，即空气重介质。 重选过程中，物体不仅受重力的作用，而且还承受介质作用于物体上的浮力及介质对运动物体的阻力。它们不仅与物体的密度及介质的性质（密度和粘度）有关，而且还与物体的粒度、形状以及物体与介质间的相对运动速度有关。同样，对于水力分级作业，矿粒在密度和形状上的差异，也将影响按粒度分级的精确性。 重力选矿程中，应降低矿粒的粒度和形状对分选结果的影响，以便使矿粒间的密度差别在分选过程中，能起主导作用。因此，一方面要深入研究矿粒在介质中的运动规律，一方面还要研究运动介质的性质以及在各种特定条件下，介质流的运动特性。 重力分选过程中，介质的流动形式有种连续上升、间断上升、间断下降、上下交变、倾斜流、旋转流。在不同流动形式的介质中．性质不同的矿粒．在动动状态上的差别也不同。 不同的重选方法，有不同的介质及介质流运动方式。常见的重选方法有重介质选矿、跳汰选矿、旋转介质流分选、摇床分选、斜槽分选等。 在高密度的重介质（重液、悬浮液）中，密度高于介质密度的矿粒，将在重介质中下沉，密度低于重介质密度的矿粒，将在重介质中上浮，从而使它们得以分离，这种重力分选过程，称为重介质选矿；在连续上升的介质流中，粒度大密度高的颗粒将沉降，而粒度小密度低的颗粒，将被上升介质流冲走。在间断上升介质流中，由于粒群被冲起而获得松散，性质不同的矿粒，利用松散之机，各尽其能，而分层，如脉动跳汰过程；在间断下降介质流中，粒群利用给定的一个机会，进行松散与分层，如动筛跳汰机的分选；在上下交变的介质流中，矿粒随介质不断地进行上下交替的运动，在每上升或下降一次时，密度和粒度不同的矿粒，上下移动的距离也不同，结果使高密度矿粒将集中在下层，低密度矿粒则集中在上层，分别排出后，便可得到密度不同的产物。在倾斜介质流中，不同密度和粒度的矿粒，其运动轨迹不同，它们将分别运动到距给料点远近不同的区间，从而得以分离。旋转介质流为被分选的物料，提供一个离心力场，使分选过程得到强化，因而是分选细粒及微细物料的有效方法。 重力分选过程工艺方法不同，处理物料的密度及粒度不同，见表1－1。 利用重力选矿法分选物料的难易程度，主要是由待分离物料的密度差来决定，可简单地用下式判断 式中 E一重选矿石可选性评定系数； δ1 、δ2一分别为低密度矿石和高密度矿石的密度； ρ分选介质的密度。 接式（11）判断物料重选时的难易程度，习惯上可分成表12所示的几个等级。随着正值的减小，入选原料的粒度范围变窄。 第二节 重力选矿的发展简况 重力选矿的应用，可追溯到久远的年代，当时人们从河溪砂石中用兽皮淘洗选收自然金属。后来，开始采用简易的淘洗工具、人工溜槽以及手动跳汰机等，从事对矿物的分选工作。到了14世纪末，具有上下交变水流的跳汰机问世，这是直到今天仍保留其主要特征的典型重力选矿设备。 18世纪产业革命以后，重力选矿从原始的手工操作发展到机械化。初期的重力选矿设备有动筛式手动跳汰机、上升水流选煤机及间歇工作的洗煤槽。1830～1840年在德国哈兹矿区出现了机械传动的活塞跳汰机。19世纪末20世纪初，重力选矿设备得到了很大的改进，出现了可以连续工作的里欧洗煤槽，选分细粒矿石的摇床。尤其在1892年发明了第一台以压缩空气驱动的无活塞跳汰机，即著名的鲍姆式跳汰机。 分选效率最高的是重介质选矿法，早在1858年在工业中就开始应用。当时采用氯化钙溶液进行选煤，由于溶液耗量太大，所以未能获得推广。1917年出现了水砂悬浮液选煤法，1926年出现了使用稳定悬浮液的重介质选煤法。此后，重介质选矿就开始广泛使用起来，尤其是重介质选煤，是处理难选和极难选煤的有效方法。 自本世纪中叶以来，开始用离心力场强化重力分选过程。其中最成功的是1940年在荷兰首先出现的水力旋流器。这种设备效率高、体积小、结构最简单。现已广泛用于细粒级物料的分级、浓缩和重介质分选的过程中，并在生产上形成一个重要的发展方向。 重力选矿的理论研究工作，始于工业上应用机械化重力分选设备之后。由于重力选矿过程本身影响因素较多，所以，迄今为止有关跳汰及其它重力选矿过程的理论研究，尚未找到能获得众所公认的学说。目前，许多研究者认为，最正确的作法，是把上述各学派的观点中所有合理部分联系起来，在取长补短的基础上，借助于现代化的测试手段，对跳汰乃至重选其它理论问题，进行深入研究。从而建立起一个统一而又完整的理论体系。 我国是一个历史悠久文化发达的古老国家，远在4000多年前就开始铜的冶炼。1637年明朝宋应星所著天工开物就记载了许多有关应用重力分选的实例。如用风车风选谷物、用水力分级方法提取瓷土，用淘洗法选收铁砂和锡砂等。 我国最早的选煤厂建于1917年。目前我国的大小选煤厂有500多座，均有重力选设备。其中有小型的重选设备，又有大型现代化的重选设备。 我国对选矿过程进行研究及设计的单位有多家，如高等院校有中南工业大学、东北大学、中国矿业大学、北京科技大学、淮南工业学院、黑龙江矿业学院等，