二、重選原理

9.重選的實質是什么？

重選的實質概括起來就是“松散—分層”和“搬運—分離”過程。置于分選設備內的散體物料，在運動介質中，受到流體浮力、動力或其他機械力的推動而松散，被松散的礦粒群，由于沉降時運動狀態的差異，不同密度（或粒度）顆粒發生分層轉移。就重選來說，就是要達到按密度分層，通過運動介質的作用達到分離。其基本規律可概括為：“松散—分層—分離”。重選理論研究的問題，簡單地說就是探討松散與分層的關系。松散和搬運分離幾乎都是同時發生的，松散是分層的條件，分層是目的，而分離則是結果。

10.重選的基本原理包括哪幾個方面？

各種重選工藝方法即是實現“松散—分層—分離”這一過程的目的，它們的工作受這樣一些基本原理支配，主要有如下幾個方面：

（1）顆粒及顆粒群的沉降理論；

（2）顆粒群按密度分層的理論；

（3）顆粒群在回轉流中分層的理論；

（4）顆粒群在斜面流中的分選理論。

有關顆粒及顆粒群的沉降理論，主要是研究顆粒沉降規律的。有關顆粒群按密度分層理論，最早是從跳汰過程入手研究的，并提出了不少的跳汰分層學說，后來又出現一些專門在垂直流中分層的理論。有關回轉流中的分選，盡管介質的運動方式不同，但除了重力與離心力的差別外，基本的作用規律仍是相同的。斜面流選礦最早是在厚水層中處理粗粒礦石。分選的根據是顆粒沿槽運動的速度差。20世紀40年代以后，斜面流選礦向流膜選礦方向發展，主要用來分選細粒和微細粒級礦石。流態有層流和紊流之分。一貫認為紊流脈動是松散床層的基本作用力的觀點，在層流條件下則難以作出解釋。1954年R.A.Bagnold提出的層間剪切斥力學說，補充了這一理論上的空白。但同分層理論一樣，斜面流選礦要依靠現有理論進行可靠的計算仍是困難的。盡管重選理論到今天仍未達到完善地步，但和許多工藝學科一樣，它仍可為生產提供基本的指導，并可作為數理統計和相似與模擬研究的基礎。

11.重選的顆粒及顆粒群的沉降理論如何解析？

礦粒在流體介質中的沉降是重力分選過程中礦粒最基本的運動形式，松散可以看作是礦粒在上升介質流中沉降的一種特殊形式。礦粒固體本身的密度、粒度和形狀不同，沉降速度也就不同。

實際選礦過程，并非是單個顆粒在無限介質中的自由沉降，而是礦粒成群地在有限介質空間里的沉降。這種沉降形式稱為干擾沉降。干擾沉降時，其沉降速度除受到自由沉降因素支配外，還受容器器壁及周圍顆粒所引起的附加因素的影響。所受附加因素有：顆粒沉降時與介質的相對速度增大，導致沉降阻力增大；在某一特定情況下，顆粒沉降受到的浮力作用變大；機械阻力的產生；固體顆粒的大量存在，增加了流體的黏滯性，從而使沉降速度降低。

根據物體在介質中的有效重力和介質的動壓力平衡即可維持懸浮的原理，重介質選礦中懸浮液的穩定性影響分選效率。利用均勻粒群（密度、粒度均相同的粒群）在上升水流中的懸浮可研究出干擾沉降的規律，即干擾沉降等沉比總是大于自由沉降等沉比，且可隨容積濃度的減小而降低。

12.顆粒群按密度分層理論的內容是什么？

顆粒群按密度分層是重選的核心問題，許多學者提出了他們的認識和研究成果，因而形成了眾說紛紜的局面。各種學說、觀點可歸納為以下幾種：

（1）按顆粒自由沉降速度差分層學說。這一學說最早由雷廷智提出，他認為在垂直流中，床層的分層按輕、重礦物顆粒的自由沉降速度差進行。

（2）按顆粒的干擾沉降速度差分層學說。為了解釋礦石可按寬級別（給料上下限粒度比大于自由沉降等沉比）入選問題，R.H.門羅提出了按干擾沉降速度差分層的學說。說明了隨著粒群容積濃度的增大，按密度分層的效果會更好。

（3）按礦物懸浮體密度差分層的學說。這一學說最早由A.A.Hirst和R.T.Hancock于1937年提出，他們將混雜的床層視作由局部重礦物懸浮體和局部輕礦物懸浮體構成。在重力作用下，懸浮體存在著靜力不平衡，就像油與水混合在一起那樣，最終導致按密度分層。

（4）按重介質作用原理分層學說。我國張榮曾和姚書典等人根據他們各自的試驗于1964年提出了這一學說。

13.顆粒群在回轉流中分層理論的內容是什么？

從研究顆粒在流體介質中的自由沉降可知，其沉降末速除與顆粒及介質的性質有關外，還與重力加速度g有關。所以，不但改變介質的性質可以改善選礦過程，提高作用于顆粒上的重力加速度g也是改善重力選礦的有效途徑。然而，在整個重力場中，重力加速度g幾乎是一個不變的常數。這就使得微細顆粒的沉降速度受到限制。為了強化細粒尤其是微細顆粒按密度分選和按粒度分級及除塵的過程，于是采用慣性離心加速度a去取代重力加速度g，這就是近幾十年來出現的離心力場中的分選與分離技術。

在離心力場中選礦與在重力場中選礦并沒有什么原則性的差別，不同僅是作用于顆粒上并促使其運動的力是離心力而不是重力。在離心力場中，離心力的大小、作用方向以及加速度、在整個力場中的分布規律，都與重力場有所不同。例如：在重力場中，顆粒在整個運動期間，在介質中所受的重力G0及重力加速度g0都是常數；在離心力場中則不然，離心力F=mω2r和離心加速度a=ω2r，是旋轉半徑及旋轉速度的函數，而且一般來說，它們隨著半徑的增加而加大。離心力的作用方向是作用在垂直于旋轉軸線的徑向上，所以在離心力選礦過程中，分選作用也是發生在徑向上。此時，沿徑向作用于物體上的力有離心力與阻力。所受重力忽略不計。

14.顆粒群在斜面流中分選理論的內容是什么？

應用斜面水流進行選礦也是由來已久的，早年多以厚水層在長槽內處理粗、中粒礦石，稱粗粒溜槽。水流呈較強的紊流流態，人工操作，目前在選別砂金中仍有應用。現在大量的斜面流選礦則是以薄層水流處理細粒和微細粒礦石，稱流膜選礦。處理細粒級的流膜具有弱紊流流態特征，如搖床，圓錐選礦機、螺旋選礦機等屬于這一類。處理微細粒的流膜則多呈層流流態，如礦泥皮帶溜槽，巴特萊斯-莫茲利翻床等屬于這一類。離心選礦機是借助離心力處理微細粒級礦石的，由于流速的增大表現為弱紊流流動。理論內容分為如下幾個方面：

（1）層流斜面流的流動特性和松散作用力　包括：①層流的流速沿深度分布；②層流礦漿流膜的松散作用力——層間斥力。

（2）紊流斜面流的流動特性和紊動擴散作用　包括：①紊流的流速沿深度分布；②紊流斜面流的粒群松散——紊動擴散作用。

（3）厚層紊流斜面流中礦石的分選　厚水層的紊流斜面流主要處理粗中粒（>2mm）礦石。設備通常為直線的傾斜長槽。為了有效地松散床層并滯留重礦物，在槽內還常設置擋板或粗糙的敷面物，輕、重礦物在沿槽底（或沉積物）表面運動中，重礦物滯留在槽內，輕礦物排出槽外，從而達到分離。

（4）在薄層流膜中礦石的分選　呈弱紊流流動的礦漿流膜，厚度在數毫米至數十毫米之間，多用于處理小于2mm的細粒級礦石。顆粒在流膜內呈多層分布，經過粒群的消紊作用，底部層流邊層增厚，顆粒大體呈沿層運動，在這里可稱之為“流變層”。流變層以上旋渦迅即形成和發展。在紊動擴散作用下，礦粒群被松散并向排礦端推移，這一層稱為“懸移層”。懸移層以上脈動速度減弱，只懸浮少量微細顆粒，稱為“表流層”或“稀釋層”。稀釋層中懸浮的微細顆粒不再能夠進入底層，故該層的脈動速度即決定了分選粒度下限，約為30～40μm。進入懸移層的礦物顆粒，在旋渦擾動下不斷上下運動，重礦物被底部流變層容納，剩下的輕礦物則懸浮在該層中。如同在上升水流中一樣，顆粒呈“上細下粗、上稀下濃”分布。底部流變層內顆粒處于緊密接觸狀態。借助剪切運動維持松散。顆粒依自身壓強不同分層轉移，故這一層是最有效的靜力分選區。保持該層具有一定的厚度和剪切速度，對提高重礦物的回收率和品位有重要意義。