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重选

发布时间:2008-08-02 00:00 作者:互联网 来源:百科
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重选(gravity concentration)根据矿物颗粒的密度差异在流体介质中进行矿石分选的选矿方法,又称重力选矿。在重力场或离心力场中,密度大的颗粒具有较大的沉降力,在运动中趋向于进入粒群的底层或外层;密度小的颗粒

重选(gravity concentration)

根据矿物颗粒的密度差异在流体介质中进行矿石分选选矿方法,又称重力选矿。在重力场或离心力场中,密度大的颗粒具有较大的沉降力,在运动中趋向于进入粒群的底层或外层;密度小的颗粒转入到上层或内层;分别排出后,得到重产品和轻产品。许多金属矿物的密度比脉石围岩高,分选后得到的重产品即是精矿,轻产品为尾矿。也有些情况(如选煤)有用矿物进入轻产品中,脉进入重产品中。与其他选矿法相比,重力选矿不耗费药剂等贵重原材料,对环境污染较少,处理粗、中粒矿石的设备能力大,机械结构多数也比较简单、单位能耗低;但它对微细粒级矿石的处理量低,分选效率也不高。

发展简史 重选是伴随冶金业的兴起而发展起来的。早在公元前两千余年,古希腊人就用兽皮在河溪中淘取自然金属和属矿物。以后随着金属需用量的增加而采用木溜槽操作,这是属于斜面流分选的雏形。中国的重选技术可以追溯到殷商甚至更早的年代。其原始形式为淘洗,常采用特制的木盘,湖北录山矿冶遗址出土的“船形木斗”是这类淘洗工具的代表,距今已有两干余年。到了宋代出现了木制溜槽。宋代朱或在《萍州可谈》卷二中记载“金、莱金坑户止用大木、锯剖之,留刃痕,投沙其上,泛以水,沙去,金著锯纹中”。明代宋应星在《天工开物》卷十四中这样描述了淘洗砂的盛况:“水锡衡永出溪中。广西则出南丹州河内,其质黑色粉碎。南丹河出者,居民旬前从南淘至北,旬后又从北淘至南,其砂百年不竭”。大约在14世纪出现了原始形式的垂直交变水流跳汰装置。但那时的生产均是作坊式的。中国到了清代洗选工具又有发展。清代严如煜著《三省边防便览》卷九《山货》中记载了南郑(汉中)采用淘床选金的情景。淘床为木制,上置一竹筐,将砂倒入筐内,一面注水,一面掀簸竹筐。金从筐底缝隙漏在淘床上。淘床上设置刻槽的木板,进一步将金粒加以富集。这种操作程序已接近现代的洗矿筛分一溜槽选矿的工艺了。18世纪后半叶,蒸汽机的问世为机械化生产提供了动力。从此,重选开始形成为一个产业部门。1830~1840年间在德国哈兹(Harz)矿区诞生了机械传动的活塞跳汰机;1892年出现了选用鲍姆(Baum)跳汰机;1896~1898年美国人威尔弗利(A.Wilfley)制成了选矿用摇床,以其独特的差动运动而有别于一般的斜面流溜槽。从此,以溜槽选矿、跳汰选矿和摇床选矿为主的重力选矿法便基本形成了。

1890年弱磁场磁选机的问世,20世纪初泡沫浮选法的兴起,打破了重选法在选矿工业中的垄断地位。但重选在矿物原料处理量方面却仍然保持着重要地位。在经过一段停滞之后,重选法继续向提高分选精确性和强化分选过程方向发展。1936年在美国首次出现用重介质分选铅锌矿石的工艺;1939年荷兰率先采用水力旋流器进行重悬浮液浓缩;1943年汉弗莱(I.B.Humphreys)研制成功螺旋选矿机。自此,重选法突破了原有垂直流和斜面流的分选模式,增加了静力分选和离心力分选形式。20世纪中叶,处理微细粒级矿石的流膜选矿技术兴起,40年代利用回转流进行矿石分选的技术获得成功;60年代,又有离心流膜选矿设备出现。西方重选技术于20世纪初开始传入中国,逐步建立起了机械化重选厂。中华人民共和国成立后,重选工业得到迅速发展。50年代末研制出了十六层翻床、陶瓷螺旋选矿机、双层摇床等设备。建立起多座大、中型重选厂。生产的钨精矿产量位居世界第一,锡精矿产量也名列前茅。60~70年代是中国重选设备大发展时期,先后制成了具有中国独特风格的卧式离心选矿机、弹簧式摇床、振摆皮带溜槽、旋转螺旋溜槽和大粒度跳汰机等设备。

在关于重选的理论研究方面,1687年牛顿(I.NeWTOn)提出的流体惯性阻力公式和英国物理学家斯托克斯(G.G.Stokes)于1851年提出的黏性阻力公式,为计算颗粒在介质中的沉降速度奠定了基础。1867年奥地利人雷廷格(P.R.Rittinger)根据牛顿公式导出了球形颗粒在介质中的自由沉降速度公式,并基于这一公式进行推理,提出了在垂直流中粒群颗粒按自由沉降速度差分层学说。1888年蒙罗(H.s.Munroe)修正了雷廷格的观点,提出了颗粒的干涉沉降速度差分层学说。20世纪初美国里恰兹(R.H_Richards)研究了颗粒的干涉沉降速度计算问题,力图对跳汰法能够分选宽级别原料作出理论解释。1937年美国赫斯特(A.A.Hirst)和汉科克(R.T.Hancock)一反按颗粒的沉降速度差分层的观点,提出了垂直流中的颗粒按悬浮体密度差分层学说,使分层理论研究由动力学转到静力学体系中来。苏联利亚钦柯也附合这种观点,并于1940年提出了不同密度宽级别粒群在垂向上升水流中按密度分层存在临界上升流速的概念。1939年美国人高登(A.M.Gaudin)用颗粒沉降的初加速度差解释跳汰选分层原因,其实质也属静力学观点。1947年德国人麦依尔(E.w.Mayer)基于自然界任一体系的自由能均有降低趋势的规律,高度概括地阐述了分层的必然性,称为位能分层学说。同年美国人伯德(B.M.Bird)以及1964年中国张荣曾和姚书典等人提出:在轻、重矿物粒度差较大的情况下的分层,是由细粒重矿物组成的重介质作用的结果。这一观点成为对悬浮体密度差分层学说的重要补充。上述这些围绕跳汰选提出的分层理论,丰富了人们的认识,但是也带来了概念上的混乱。1981年中国孙玉波基于对分层条件的分析提出:分层的作用力关系与粒群的松散度状态有关的观点;他认为随着分层时流体的速度作用力减弱,粒群的松散度减小,内部的局部悬浮体间的静力作用增强。上述各种垂向分层学说可以理解为是各就不同松散度条件提出的,这样就可取得统一的认识。在30~40年代高登和利亚钦柯曾分别进行了有关斜面流分选理论的研究。他们的主要观点是:不同密度的粗、中粒矿石在斜面水流中是以运动速度差作为分选依据的。1954年英国土木工程师拜格诺(R.A.Bagnold)提出了层间剪切斥力学说,对层流中的粒群松散机理作出了科学说明;1979年孙玉波根据水力学原理给出了离心流膜的流动参数计算式,并探讨了分选原理。有关重选理论的研究仍处于发展阶段

20世纪60年代以后,人类对环境保护的重视给浮选法带来了冲击。同时也因为贫矿开采量增加和能源价格上涨,生产中要求尽可能在粗粒条件下分选。因此,重选的优越性再一次突出起来,新型的重选设备不断涌现,处理粗、中粒级的传统的深槽型设备向大型化和高效率方向发展,处理细粒和微细粒级的流膜选矿设备则走向多层化和离心化道路。在新型设备研制和生产改进工作中,迫切需要可靠的理论指导。但是早期提出的重选理论多是以简单的概念表述分层过程的机理,实际应用价值不大。20世纪50年代开始采用新的测试技术,包括快速摄影、放射性同位素定位激光测速等方法对颗粒或介质的运动进行直观考查,以期对分选过程有更清楚的了解。结果是得到了不少经验性认识,但有关的物理力学关系仍未能建立起来。近年的研究开始转向实用化,开展了概率统计和相似模拟研究,通过对过程变量的大量统计分析和各物理量间的本质联系的研究,建立起经验的或理论的数学模型,这些模型反映了过程的变化规律,从而可为生产的最优化控制和设备改型设计提供依据。

工艺原理 重选过程中矿物颗粒在介质中发生相对运动,最后按颗粒密度差分层达到分选目的。研究矿粒在介质中的运动规律,以控制最佳分层条件,并最终达到分离,是重选理论研究的中心内容。

重选介质 为使矿物颗粒能够按密度分选,首先需要将粒群松散开来,而推动粒群松散的流动载体即为重选介质。水、空气、重液和重悬浮液都可以作重选介质。其中最常用的是水,在缺水或严寒地区或处理不宜沾水的原料时则采用空气作为介质,此时称为风力选矿。重液是密度大于水的有机液体或高密度盐类的水溶液。应用时要将重液的密度配制成大于轻矿物而小于重矿物的密度。但这类液体价格昂贵,常只限于试验室应用。重悬浮液是由密度高的固体微粒与水组成的混合物,其综合密度较高,可以代替重液在工业中应用。以重液或重悬浮液进行分选的方法统称作重介质选矿。介质的功用在于以其自身的静浮力和流动时的动压力推动矿石层松散,同时促使不同密度颗粒得以发生分层转移。介质对粒群的松散方式取决于介质在设备内的流动形式。主要有(1)垂直的等速上升流动;(2)上升下降交变流动;(3)沿斜槽作等速的或稳定的流动;(4)沿斜槽作非等速的或非稳定的流动;(5)回转的或螺旋形流动。介质在设备内随同矿石一起运动,在推动分层的同时并携带轻、重产物移向排矿端,故介质在设备内同时担负着输送产品的作用。

矿石重选的依据 矿粒按密度分层的基本根据是它们的密度差异。但颗粒的粒度和形状对分层也有重要影响。当粒群比较密集但仍有适当的活动性时,不同密度颗粒可自身的局部压强差异发生分层转移,这时的分层即主要根据颗粒的密度差进行,粒度和形状的影响相对要小一些;当颗粒与介质间的相对速度较大,粒群松散度足够高时,颗粒便将依沉降速度差相对运动。由于沉降速度是由颗粒的密度、粒度以及在一定程度上还有形状共同决定的,所以对形状差别不大的矿粒来说,粒度的影响便显得重要了。此时,重矿物的小颗粒和轻矿物的大颗粒便要分布在同一层位中。所以在借流体动力松散粒群的条件下,即须对入选矿石的粒度围加以限制,实行分级入选。

矿石重选可选性准则 用来评定矿石重选难易性的一种尺度,用E表示,计算式如下:

式中δ1、δ2、ρ分别为轻矿物、重矿物和介质的密度。按E值可将待分离矿物的难易性分成五个等级:

入选矿石的粒度范围随着E值的减小变窄。对同样密度差的原料,随粒度的减小而分选愈加困难。

工艺方法和流程 重力选矿的方法很多,根据所用的介质及运动形式不同,可分为如下七种:(1)重介质选矿;(2)跳汰选矿;(3)摇床选矿;(4)溜槽选矿;(5)螺旋选矿;(6)离心选矿;(7)风力选矿。不同的方法或同一方法不同结构的设备所处理的矿石粒度亦不同。除了这些按密度分选矿石的作业以外,也常将按粒度分离矿石的作业一分级和洗矿列入重选范畴,实际它们是属于重选前的准备作业。重选与其他作业相区别的实质,概括地说就是它属于松散一分层一分离过程。

重选能够处理的原料粒度范围很宽,对于金属矿石,粒度最大可达百余毫米,最小为十数微米;处理煤炭的粒度为300~0.5mm。实际分选时还要分成较窄的粒级分别处理。

一个完整的重力选矿流程包括原料的准备作业、重力分选作业和产品处理三部分。原料准备作业是为分选作业制备出粒度合适且矿物呈单体存在的物料。它包括破碎磨矿、洗矿、脱泥、筛分、分级等。重力分选作业是生产的主体环节。流程有简有繁,依矿石性质和分选目的而定。当用重选法进行矿石预选时,要求在粗粒条件下选出部分围岩和脉石即可,此时只需采用单元重介质选或粗粒跳汰选;当用于处理砂矿时,其中有用矿物基本已呈单体存在,原矿在除去大块砾石和矿泥后,再经筛分、分级,将备粒级分送不同设备中分选,粗粒级用跳汰机或粗粒溜槽分选;细粒级用矿砂溜槽(见细粒溜槽)、矿砂摇床或螺旋选矿机分选;矿泥则用矿泥溜槽、矿泥摇床或离心选矿机分选,此时即构成原料直接分级入选流程。当用重选法处理脉矿石时,原矿须先经破碎、磨矿,然后像处理砂矿那样,经过筛分、分级,将各粒级分送不同设备分选,但流程结构常比处理砂矿时复杂。如果矿石中的有用矿物易碎,且嵌布粒度不均匀而价值又较高时,则须分段破碎、分段选别,以避免一次破碎到最终粒度造成有用矿物过粉碎损失。生产中重选处理脉矿石经常采用1~3段选别流程。

重选产品处理包括精矿脱水(见选矿产品脱水)和尾矿处理。

应用 重选主要用于处理有用矿物与无用矿物之间密度差较大的矿石,它是、锡、金,特别是砂金矿石传统的选矿方法,也广泛用于处理含稀有金属(等)和放射性元素(等)的矿石。重选法还用来选别弱铁矿石锰矿石。在非金属矿石加工中被用于分选石棉金刚石陶土石英砂等原料。重选也是选煤的主要方法。在以浮选法处理有色金属矿石或硫铁矿石时,可用重选法预先除去粗粒围岩和脉石。在浮选和磁选流程内部,采用重选法提前回收已经单体解离的较粗粒有用矿物或抛弃最终尾矿,可以减少细磨的矿量和金属损失。


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