3.2.3　重選設(shè)備

重選設(shè)備按其作用力場(chǎng)性質(zhì)主要有跳汰機(jī)、搖床、螺旋選礦機(jī)、離心選礦機(jī)、水力旋流器及重介質(zhì)旋流器等。表3-1列出了常用重選設(shè)備分選粒度范圍及應(yīng)用的非金屬礦物品種。

3.2.3.1　跳汰機(jī)

跳汰機(jī)是實(shí)現(xiàn)跳汰選礦的工藝設(shè)備，跳汰機(jī)按推動(dòng)水流運(yùn)動(dòng)方式可分為：①活塞跳汰機(jī)；②隔膜跳汰機(jī)；③水力鼓動(dòng)跳汰機(jī)；④動(dòng)篩跳汰機(jī)；⑤無(wú)活塞跳汰機(jī)。活塞跳汰機(jī)，活塞漏水，傳動(dòng)效率低；動(dòng)篩跳汰機(jī)，機(jī)械傳動(dòng)部分復(fù)雜；水力鼓動(dòng)跳汰機(jī)，耗水量過(guò)多。這三種機(jī)型已很少應(yīng)用。無(wú)活塞跳汰機(jī)主要用于大型選煤，現(xiàn)在選礦（非金屬礦和金屬礦）中應(yīng)用較多的是隔膜跳汰機(jī)。這里主要介紹隔膜式跳汰選礦機(jī)。

按隔膜位置不同可分為上動(dòng)隔膜（旁動(dòng)）跳汰機(jī)、下動(dòng)圓錐隔膜跳汰機(jī)和側(cè)動(dòng)隔膜跳汰機(jī)3種。如圖3-3所示為雙斗旁動(dòng)隔膜跳汰機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。機(jī)械本身由機(jī)架、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（含隔膜）、跳汰室和角錐形底箱四大部分組成。跳汰室共有兩個(gè)，給料經(jīng)第一室選別后再進(jìn)入第二室選別，每室的水流由設(shè)在旁側(cè)的隔膜推動(dòng)運(yùn)動(dòng)。隔膜呈橢圓形，通過(guò)周邊橡膠與機(jī)體連接，將水密封。位于隔膜上方的偏心傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)搖臂帶動(dòng)隔膜上下運(yùn)動(dòng)。隔膜室的下方設(shè)有篩下補(bǔ)加水管，由閥門(mén)控制給水量。其特點(diǎn)是床層比較穩(wěn)定、選別效果好、維修方便；但占地面積大、電耗高。多用于粗選和精選作業(yè)，合適粒度為0.1～2mm。

（1）工作原理及過(guò)程　傳統(tǒng)的跳汰機(jī)多為圓周偏心驅(qū)動(dòng)，其跳汰脈動(dòng)曲線為正弦波形，錐斗的上升和下降速度相等，上升水流和下降水流強(qiáng)度基本相同。新型鋸齒波形跳汰機(jī)從傳動(dòng)結(jié)構(gòu)上有所改進(jìn)，使得脈動(dòng)特性曲線為鋸齒波形（即差動(dòng)形跳汰曲線），可使錐斗快速上升，慢速下降，即壓程大，吸程緩慢。壓程前半段為加速度上升，后半段為減速上升，吸程則是勻速下降，這種曲線更符合跳汰床層分層規(guī)律，有助于床層松散及礦粒按密度分層，可使細(xì)粒級(jí)中的重礦物顆粒充分沉降，又由于減少對(duì)床層的強(qiáng)力吸啜，因此可大幅度減少篩下補(bǔ)給水。這種差動(dòng)曲線的跳汰機(jī)可分選粒級(jí)較寬的原料，選別能力強(qiáng)，節(jié)約水、電。

（2）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用　礦石被連續(xù)送至跳汰室的篩板上，形成厚的物料層（或稱床層）。通過(guò)篩板周期地鼓入上升水流，使床層升起，接著水流下降（或停止上升），在這個(gè)過(guò)程中，密度不同的顆粒發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)移，重礦物進(jìn)入下層，輕礦物轉(zhuǎn)入上層，分別排出即得精礦和尾礦。跳汰選礦機(jī)，常用于重金屬礦（如鎢礦和錫礦）選礦以及選煤生產(chǎn)。在鈦鐵礦和金紅礦等含鈦礦物提純中為脫除密度小于3g/cm³的脈石礦物，采用跳汰機(jī)分選。美國(guó)馬科公司采用跳汰和浮選工藝選別鑿井用重晶石，采用復(fù)振式跳汰機(jī)處理含BaSO₄75％、硅砂20％的原礦，沖程25mm，轉(zhuǎn)數(shù)252r/min，給礦密度3.8g/cm³，精礦密度4.2g/cm³，尾礦密度3.25g/cm³，精礦回收率60％。國(guó)外也有采用跳汰機(jī)進(jìn)行螢石粗選分離石英、方解石等，螢石精礦進(jìn)一步通過(guò)浮選以提高品位。

3.2.3.2　搖床

搖床屬于斜面流膜選礦設(shè)備。所有搖床均由床面、機(jī)架和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成，典型結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。床面呈梯形、菱形或矩形，在橫向有1°～5°的傾斜，在傾斜的上方配置給礦槽和給水槽，床面上沿縱向布置床條，其高度自傳動(dòng)端向?qū)?cè)降低，整個(gè)床面由機(jī)架支承，在床面一端安裝傳動(dòng)裝置，傳動(dòng)裝置可使床面前進(jìn)，接近末端時(shí)具有急回運(yùn)動(dòng)特性，即差動(dòng)運(yùn)動(dòng)。礦物顆粒在搖床面上受到如下幾個(gè)力的作用：①礦粒在介質(zhì)中的重力；②橫向水流和礦漿流的流體動(dòng)力作用；③床面差動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力；④床面的摩擦力，位于床條溝內(nèi)的礦料群在這些力的作用下進(jìn)行著松散分層和運(yùn)搬分帶。

（1）工作原理及過(guò)程　首先礦物粒群在脈動(dòng)水作用下松散，重礦物顆粒局部壓強(qiáng)較大，排擠輕礦物顆粒而進(jìn)入下層。粒度較小的顆粒，穿過(guò)粗顆粒間隙進(jìn)入同一密度的下部，即析離分層。分層結(jié)果：細(xì)粒重礦物在最底層，上部是粗粒重礦物并有部分細(xì)粒輕礦物混雜，最上部是粗粒輕礦物。礦物粒群進(jìn)行松散分層的同時(shí)，還要受到橫向水流的沖洗作用和床面縱向差動(dòng)搖的推動(dòng)作用。在縱向上顆粒的運(yùn)動(dòng)是由床面運(yùn)動(dòng)變向加速度不同而引起的。由傳動(dòng)端開(kāi)始，床面前進(jìn)速度逐漸增大，在摩擦力的帶動(dòng)下，顆粒隨床面的運(yùn)動(dòng)速度也增大，經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)中點(diǎn)后床面運(yùn)動(dòng)速度迅速減小，負(fù)向加速度急劇增大，當(dāng)床面的摩擦力不足以克服顆粒的前進(jìn)慣性時(shí)，顆粒便相對(duì)于床面向前滑動(dòng)。隨粒群縱向移動(dòng)，床條高度降低，位于床條溝內(nèi)分層礦粒依次被剝離出來(lái)，在橫向沖洗水流的作用下，粗粒輕礦物橫向速度較大，依次為細(xì)粒輕礦物、粗粒重礦物、細(xì)粒重礦物。如此運(yùn)搬分帶，從而達(dá)到輕、重礦物分選的目的。

（2）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用　從用途上分有礦砂搖床（處理2～0.074mm粒級(jí)）和礦泥搖床（處理<0.074mm粒級(jí)）、選礦用及選煤用搖床。依據(jù)搖床的床面形式及床頭結(jié)構(gòu)、支承方式不同可分為6-S搖床、云錫搖床、CC-2搖床、彈簧搖床及懸掛式多層搖床。搖床床面材質(zhì)有橡膠、木板、玻璃鋼、環(huán)氧樹(shù)脂、生漆面等。表3-2為各種典型搖床的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用特性。

在非金屬礦選礦提純中，采用搖床單獨(dú)作業(yè)的較少，多在一些聯(lián)合流程中某段使用，如葉蠟石精選中采用搖床除鐵以及石榴石、獨(dú)居石、海濱砂礦的選礦提純等。

3.2.3.3　螺旋選礦機(jī)

螺旋選礦機(jī)是借助在斜槽中流動(dòng)的水流進(jìn)行礦物選別的提純?cè)O(shè)備，其主體結(jié)構(gòu)為一個(gè)3～5圈的螺旋槽，用支架垂直安裝，如圖3-5所示，槽的斷面呈拋物線或橢圓形。

（1）工作原理及過(guò)程　一定濃度的礦漿自上部給礦槽給入后，在沿槽自上而下的流動(dòng)過(guò)程中，礦物顆粒群在弱紊流作用下松散，按密度發(fā)生分層。運(yùn)動(dòng)著的礦物顆粒受幾個(gè)力的作用：流體運(yùn)動(dòng)沖力、自身重力、慣性離心力、槽底摩擦力，分層后進(jìn)入底層的重礦物顆粒受槽底摩擦力影響，運(yùn)動(dòng)速度較慢，離心力較小，在槽的橫向坡度影響下，趨向槽的外緣。輕、重礦物在螺旋槽的橫向展開(kāi)分帶，二次環(huán)流不斷將礦粒沿槽底輸送到外緣，促進(jìn)分帶的發(fā)展，最后礦粒運(yùn)動(dòng)趨于平衡，分帶完成，如圖3-6所示。靠?jī)?nèi)緣運(yùn)動(dòng)的重礦物通過(guò)排料管排出，輕礦物由槽的末端排出，達(dá)到輕、重礦物的分離。

（2）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用　國(guó)外生產(chǎn)的螺旋選礦機(jī)基本采用直徑為610mm，距徑比介于0.42～0.65，最大0.73，材質(zhì)已由鑄鐵轉(zhuǎn)為玻璃鋼，槽面上涂以聚氨酯耐磨層并摻入石英粉，以增大摩擦系數(shù)。我國(guó)生產(chǎn)的螺旋選礦機(jī)多為鑄鐵和玻璃鋼的橢圓形斷面。螺旋選礦機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，容易制造，占地面積小，單位處理量大，工藝指標(biāo)良好，操作維修簡(jiǎn)便，適于處理含泥砂少的礦砂，給礦粒度以0.1～2mm為佳。粒度回收下限一般為0.04mm。螺旋選礦多應(yīng)用于非金屬礦的選礦提純，如碎云母的除鐵、大規(guī)模獨(dú)居石、海濱砂的提純等。美國(guó)特雷耳山選廠采用螺旋選礦機(jī)回收密度較高的鋯英石。選礦過(guò)程中，粗選、精選、掃選均采用螺旋選礦機(jī)。重選較典型的是鉻鐵礦的重選提純，因鉻鐵礦與伴生的其他礦物密度差較大。美國(guó)漢弗萊斯公司選用30臺(tái)螺旋選礦機(jī)，日處理1000t含CrO₃12％的砂礦，使其和磁鐵礦、石榴石、鋯石、橄欖石分離，獲得含CrO₃25％的鉻鐵礦。

3.2.3.4　離心選礦機(jī)

離心選礦機(jī)是借助離心力的作用使回轉(zhuǎn)流內(nèi)的礦物顆粒按密度大小分離選礦的提純?cè)O(shè)備。離心選礦機(jī)有臥式和立式之分，選礦用離心機(jī)多為臥式。我國(guó)臥式離心機(jī)最初是由云錫公司在20世紀(jì)60年代研制成功的，經(jīng)過(guò)幾十年的研究和改進(jìn)，其性能有很大提高。如圖3-7所示為臥式離心選礦機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，主要部件為一個(gè)圓錐形轉(zhuǎn)鼓4，由內(nèi)向外直徑增大，坡度（半錐角）為3°～5°，轉(zhuǎn)鼓通過(guò)錐形底盤(pán)5固定在中心軸上，并由電動(dòng)機(jī)12帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。

（1）工作原理及過(guò)程　上給礦嘴3和下給礦嘴13伸入到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，礦漿由給礦嘴噴出順切線方向附著在轉(zhuǎn)鼓壁上，隨著轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，沿鼓壁的斜面流動(dòng)，形成在空間的螺旋形運(yùn)動(dòng)軌跡。此時(shí)的礦漿流為一弱紊流流膜，當(dāng)離心力大小適當(dāng)時(shí)可形成足夠的流變層厚度和合適的速度梯度，礦物顆粒在流變層內(nèi)發(fā)生有效分層，礦粒群借助切變運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的層間斥力松散，輕、重礦物依自身的局部壓強(qiáng)不同相對(duì)移動(dòng)，重礦物轉(zhuǎn)入底層，輕礦物進(jìn)入上層。進(jìn)入底層的重礦物即附著在鼓壁上較少移動(dòng)，輕礦物則在脈動(dòng)速度作用下懸浮，其礦漿流通過(guò)轉(zhuǎn)鼓與底盤(pán)間的縫隙隨較高的軸向流速排出。當(dāng)重礦物沉到一定厚度時(shí)，停止給礦，由沖礦嘴2給入高壓水，沖洗沉積的重礦物，實(shí)現(xiàn)了重、輕礦物分離。離心選礦機(jī)屬間斷性作業(yè)設(shè)備，但給礦、沖洗水和重礦物、輕礦物排出過(guò)程是自動(dòng)進(jìn)行的。離心選礦機(jī)按轉(zhuǎn)動(dòng)鼓數(shù)分為單轉(zhuǎn)鼓和雙轉(zhuǎn)鼓兩種，按轉(zhuǎn)鼓錐度分為單錐度、雙錐度和三錐度三種。

SL型連續(xù)排礦射流離心選礦機(jī)是我國(guó)研制的新一代離心礦泥重選設(shè)備。該機(jī)由離心沉降力、拜格諾力和強(qiáng)沖擊力聯(lián)合力場(chǎng)形成獨(dú)特的射流流膜選礦過(guò)程，對(duì)微細(xì)和超細(xì)粒物料有特殊分選效果，礦漿切面給入轉(zhuǎn)鼓表面，由于離心力較大，迅速在轉(zhuǎn)鼓表面形成環(huán)帶分布，借助高壓水射流的沖擊，轉(zhuǎn)鼓表面可形成動(dòng)態(tài)水力堰，瞬間產(chǎn)生沉積、松散、再沉積、再松散的離心流膜動(dòng)態(tài)過(guò)程，確保了微細(xì)粒礦物的分選回收，并推動(dòng)重礦物逆坡上行，輕礦物翻過(guò)水力堰順坡下行，實(shí)現(xiàn)同時(shí)反方向連續(xù)排礦。這種離心選礦機(jī)的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑有300mm、600mm和1200mm三種規(guī)格，可分離細(xì)度小于10μm的礦泥。

（2）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用　結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、分選效率高、單位面積處理量大、回收下限粒度低（達(dá)10μm）。缺點(diǎn)是精礦富集比低、耗水量大、水壓要求高、常需配備精選作業(yè)設(shè)備。離心選礦機(jī)在一些礦物如長(zhǎng)石、石英、硅藻土等礦物的脫泥中得到了應(yīng)用。

3.2.3.5　重介質(zhì)選礦機(jī)

礦物粒群在相對(duì)密度大于1的介質(zhì)中按其密度值的不同而分離的選礦方法為重介質(zhì)選礦，其配套的設(shè)備為重介質(zhì)選礦機(jī)，介質(zhì)多采用重液或重懸浮液，其介質(zhì)密度應(yīng)介于礦石中輕礦物與重礦物兩者的密度之間，即δ₂>ρ>δ₁。這樣輕礦物顆粒即不再沉降，重礦物顆粒則可下沉，從而實(shí)現(xiàn)按密度分離，其分選過(guò)程完全屬于靜力作用過(guò)程。

重介質(zhì)選礦設(shè)備有動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩類。動(dòng)態(tài)有重介質(zhì)旋流器、重介質(zhì)渦流旋流器和重介質(zhì)振動(dòng)溜槽等；靜態(tài)有鼓形重介質(zhì)分選機(jī)和圓錐形重介質(zhì)分選機(jī)等。重介質(zhì)選礦設(shè)備用于重選，主要是重介質(zhì)旋流器、鼓形或圓錐形重介質(zhì)選礦機(jī)等。

（1）工作原理及過(guò)程　重介質(zhì)旋流器結(jié)構(gòu)和普通水力旋流器基本相同，只是以重介質(zhì)代替水介質(zhì)，其結(jié)構(gòu)如圖3-8所示。主要由一個(gè)空心圓柱體1和圓錐體2連接而成，圓柱體中心插入一個(gè)溢流管5，沿切線方向接有給礦管3，圓錐體下部有沉砂口4。礦石連同重懸浮液以一定的壓力給入旋流器，在回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中礦物顆粒依自身密度不同分布在重懸浮液相應(yīng)的密度層內(nèi)。在重介質(zhì)旋流器內(nèi)存在一個(gè)軸向零速包絡(luò)面，包絡(luò)面內(nèi)懸浮液密度小，在向上流動(dòng)中隨之將輕礦物帶出，在向下作用回轉(zhuǎn)過(guò)程中由沉砂口排出。整個(gè)包絡(luò)面自上而下密度增大，故位于上部包絡(luò)面外的礦粒在向下運(yùn)動(dòng)中受懸浮液密度逐漸增大的影響不斷得到分選，即密度低者又被推入包絡(luò)面內(nèi)，從上部排出。

（2）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用　分選粒度粗，處理能力大，對(duì)給礦變化的適應(yīng)性強(qiáng)，選礦指標(biāo)較高，選礦費(fèi)用較低。缺點(diǎn)是礦石入選前需要洗礦或篩分，除去礦泥及細(xì)粒等，要配備介質(zhì)制備及凈化回收系統(tǒng)。重介質(zhì)洗礦機(jī)在非金屬礦的應(yīng)用較多，涉及的礦物有石灰石、白云石、長(zhǎng)石、紅柱石、菱鎂礦等，如美國(guó)凱澤公司以硅鐵作為加重劑采用重介質(zhì)選礦機(jī)回收作為尾礦的白云石資源，在分選密度為2.76kg/dm³、分離粒度為12～15mm條件下，進(jìn)行白云石和方解石的分離，結(jié)果分別回收了含MgO 21.01％、CaO 30.56％的重產(chǎn)品和含MgO 2.14％、CaO57.22％的輕產(chǎn)品。南非特蘭斯瓦爾公司采用圓錐重介質(zhì)選礦機(jī)提純紅柱石（密度為3.15kg/dm³），脈石為石英（密度為2.75kg/dm³），給礦粒度為0.6～3.3mm，以硅鐵為重介質(zhì)，設(shè)備為ф1500mm圓錐重介質(zhì)選礦機(jī)，分選密度為2.95kg/dm³，結(jié)果紅柱石作為沉砂被提純回收，石英作為浮物脫除。另外在菱鎂礦的粗選階段也有采用重介質(zhì)選礦機(jī)分選的，即準(zhǔn)確控制介質(zhì)密度，進(jìn)行菱鎂礦和白云石的分離。